台风“达维”影响期间江苏海域台风浪研究

2012年 10号台风“达维”是历史上登陆长江以北的最强台风。以 NCEP 风场和 J el es ni ans ki经验模型构造台风风 场,利用波浪谱模型 SW AN 对“达维”影响期间江苏海域台风浪进行数值模拟,模拟结果和实测结果吻合较好。在利用实 测风、波浪资料验证的基础上分析江苏海域台风浪的时空分布特征。“达维”影响期间,测风塔 100 m 高度实测最大风速为 42. 2 m/ s ,实测最大波高为 6. 17 m。数值模式结果显示江苏外海有效波高最大值超过 9 m,台风移向的中心右侧风速和有效 波高均较大,波向基本与风向一致;在台风移向的中心左侧一般风速较小,风速和有效波高也均比右侧小,波向与风向不一 致。在近岸台风浪要素受地形影响较大,与外海特点不同。     

东中国海台风浪分布特征研究

台风引起的大浪对海岸带及海洋工程有很大的影响。进行长时间序列的台风资料分析和台风浪模拟,对海岸带规划及海洋工程防护有一定的指导意义。本文利用西北太平洋热带气旋最佳路径数据集(CMA-STI热带气旋最佳路径数据集)中提供的台风信息,分别统计和分析了1949—2010年和1981—2010年出现在东中国海海域的台风的时间分布特征和空间分布特征,并将2个时间段的分布特征进行比较。利用高桥公式和藤田公式计算了1981—2010年间92次台风过程的气压场分布,进而计算出风场,把经过验证的风场做为驱动,通过SWAN模式计算出有效波高。经过与B22001号浮标实测资料的对比,模型计算风速和有效波高均与实测值符合较好。根据模拟计算结果,分析了东中国海海域台风浪有效波高的分布特征。     

基于SWAN模式的“灿鸿”台风浪数值模拟

以第三代海浪模式SWAN(simulating wave nearshore,近岸海浪数值模型)为基础,构建了东中国海海域波浪数值模式,并以高时间、空间分辨率的CCMP(cross calibrated multi-platform,多平台交叉校正)风场作为驱动风场进行波浪计算,模拟了1509号"灿鸿"台风的波浪过程。同时,对SWAN模式中的底摩擦参数化方案、波浪破碎参数、风能输入与白冠耗散、波-波非线性相互作用等因素对台风浪模拟的影响进行了分析,并对模式中的各影响因素给出了建议。模拟结果与浮标实测有效浪高数据(舟山朱家尖站、南麂岛站、舟山外海站、温州外海站)两者之间的偏差较小,表明本研究所建立的模式以及选择的参数合理,SWAN和CCMP风场的结合能满足海洋波浪数值模拟的需求。本研究对于台风浪数值预报具有参考意义。     

基于SWAN模式的南海台风浪推算的影响因素分析

基于南海实际地形和真实的台风过程,对影响SWAN模式在南海台风浪推算中的准确性的因素进行了较系统的研究。首先对不同的模型风场进行了对比分析,结果表明一个准确的风场是正确推算台风浪的关键。同时对SWAN模式中的白冠耗散作用、风能输入与白冠耗散不同的组合方式和折射项作用等因素对台风浪推算的影响进行分析,并对模式中的各影响因素给出了合理建议。使得SWAN模式在南海台风浪推算中具有更好的适用性。     

SWAN 模式中谱空间离散方案对台风浪模拟的影响研究

分别设计 3 种频率范围和 8 种方向间隔共 24 种谱空间离散方案,采用 SWAN 海浪模式对 Winnie ( 1997 ) 台风浪进行了数值模拟,并利用 Topex/Poseidon 卫星高度计观测的有效波高对各种方案的模拟结果进行对比分析,讨论了不同谱空间离散方案对台风浪模拟的影响.结果表明,频率范围相同的情况下,有效波高的模拟误差基本上随着方向间隔减小而减小,模拟结果对方向间隔分辨率比较敏感.方向间隔相同的情况下,SWAN 模式默认频率范围 ( 0.04 ～ 1.0 Hz ) 模拟效果是所选择的 3 种频率范围中最差的,但不同频率范围模拟结果差别并不十分明显.方向间隔和频率范围存在相互匹配问题,当两者不匹配时会增大模拟误差.     

基于台风风场模型的台风浪数值模拟

以CCMP风场资料为背景风场,结合藤田风场模型、Myers风场模型、Jelesnianski风场模型、Holland风场模型,分别构建全新的海面风场.基于非结构三角网格,采用第三代近岸海浪模式SWAN对2011年第5号强热带风暴“米雷”产生的台风浪进行数值模拟.比较SWAN模式模拟的结果和浮标实测数据,发现风场模型能够有效提高台风中心附近3至5倍台风最大风速半径范围内风场和台风浪有效波高的模拟精度.对比4种风场模型对应的台风浪模拟结果,发现Holland风场模型模拟的有效波高与浮标实测值最接近.     

基于Holland台风模型及三重嵌套海浪模式的台风浪数值模拟研究

现有的风场资料存在台风中心附近风速偏低的问题。为改进台风期间风场数据, 使用Holland经验台风模型结合多平台交叉校准数据(cross-calibrated multi-platform, CCMP)及欧洲中期天气预报中心的再分析数据(European Centre for Medium-range Weather Forecasts Reanalysis data, ERA5)风场资料, 研究了不同台风最大风速半径(maximum wind radius of the typhoon, RMW)、Holland B参数对模拟效果的影响, 确定了最优模拟参数, 并以改进后的风场驱动三重嵌套海浪模型对台风“威马逊”发生期间的台风浪进行模拟。模拟结果与实测数据对比表明, (1)改进的风场资料与实测结果更为接近, 作为海浪模式驱动项可更好地模拟台风期间波浪状况; (2)三重嵌套海浪模型的波浪模拟效果优于单独的海浪模型。     

耦合模式中海浪参数对台风浪预报的影响研究

以西北太平洋一次"双台风"共同影响下的台风浪为例,针对模式中风摄入和白帽耗散、底摩擦、波破碎、波-波非线性相互作用等海浪物理过程对台风浪预报的影响进行了敏感性试验分析。在此基础上,基于各物理过程最优参数化方案探讨了耦合模式和单独海浪模式的海浪预报性能,分析了耦合模式的海浪预报场分布特征。结果表明:不同海浪物理过程参数化对于波高预报的准确性是有所差异的。在相对最优的海浪各参数化方案组合下,无论耦合模式还是单独海浪模式都能较好地反映波高的变化和分布趋势。相比而言,耦合模式对于台风浪大值区的浪高预报要比单独海浪模式的更接近观测,且可以很好地刻画出双台风影响下浪的分布演变特征,对于西太平洋台风浪的预报具有很好的适用性。     

台风浪场及天气形势图的智能检索研究

本文对台风浪场及天气图的智能检索功能提出了许多设想，其中着重阐述了智能相似检索的机制，并对各种随机检索和静态相似检的系统软件进行了开发设计和试验研究。     

台风浪数值模拟方法比较——以1513号台风“苏迪罗”为例

为减少复杂地形对台风浪数值模拟的干扰,有效优化模拟精度和效果,充分发挥台风浪数值模式在防灾减灾中的作用,文章利用ERA-interim风场驱动模式,以1513号台风"苏迪罗"为例,采用2种方案对其形成的台风浪进行数值模拟,并对二者进行比较。其中,方案(1)为采用WW3模式,方案(2)为采用WW3模式和SWAN模式嵌套。研究结果表明:选取有效波高的模拟值和观测值,根据对散点分布的定性分析以及对相关系数、偏差和均方根误差的定量计算,采用方案(2)的模拟精度更高;通过绘制台风浪场分布图,采用方案(2)对有效波高的动态数值模拟更加明显和准确,尤其对于复杂地形海域的模拟效果更优。因此,在未来的海浪数值模拟中,可参照采用方案(2),即在大区域采用WW3模式,在复杂地形海域嵌套SWAN模式。     

1105号台风“米雷”台风浪模拟研究

以CCMP(Cross-Calibrated,Multi-Platform)风场驱动目前国际先进的第三代近岸海浪模式SWAN (Simulating WAves Nearshore),对1105号台风“米雷”造成的台风浪进行数值模拟,基于浮标观测资料,验证了模拟数据的有效性,并对台风浪场的分布特征进行分析.结果表明:(1)以CCMP风场驱动SWAN模式,可以较好地模拟“米雷”所形成的台风浪场;(2)模拟的有效波高(SWH——Significant Wave Height)与浮标观测SWH在波高变化的走势上具有很好的一致性,模拟数据的走势则较为平缓,观测数据跳跃较为明显,模拟的SWH具有较高精度,仅在数值上略低于观测SWH; (3) SWAN模式对“米雷”所形成的台风近中心大浪区、台风眼、台风尾迹等方面进行了较好地刻画.     

South China Sea wave characteristics during typhoon Muifa passage in winter 2004

The responses to tropical cyclones of ocean wave characteristics in deep water of the western Atlantic Ocean have been investigated extensively, but not the regional seas in the western Pacific such as the South China Sea (SCS), due to a lack of observational and modeling studies there. Since monsoon winds prevail in the SCS but not in the western Atlantic Ocean, the SCS is unique for investigating wave characteristics during a typhoon’s passage in conjunction with steady monsoon wind forcing. To do so, the Wavewatch-III (WW3) is used to study the response of the SCS to Typhoon Muifa (2004), which passed over not only deep water but also the shallow shelf of the SCS. The WW3 model is forced by the NASA QuikSCAT winds and tropical cyclone wind profile model during Typhoon Muifa’s passage from 0000UTC 16 on November to 1200UTC on 25 November 2004. The results reveal the unique features of the SCS wave characteristics in response to Muifa, such as non-decaying, monsoon-generated swell throughout the typhoon period and strong topographic effects on the directional wave spectrum.     

东中国海海浪数值模式的研究

为建立适应东中国海的海浪数值模式，主要基于目前广泛使用的WAVEWATCHⅡⅠ海浪数值模式进行东中国海海域的海浪数值模拟。以NCEP和NCEP与QSCAT的混合风场资料为输入，模拟了两个时间段的东中国海海域的海面风浪场。选取的两个有实测资料的输出点分别在渤海和东海。从所得结果来看，使用NCEP与QSCAT混合风场模拟的东海观测点处的波高和风场的观测值和模拟值符合的较好；利用1998年相应时间段的NCEP风场模拟的上述两点结果与实测比较也是可以接受的。研究结果说明，在目前情况下，运用NCEP与QSCAT混合风场建立统一的东中国海海浪数值预报模式是可行的，同时为东中国海波气候学研究及海洋大气耦合作用研究奠定了模式基础。     

南海土台风强度变化特征分析

南海土台风,是在南海局地形成的热带气旋的统称。本文选用1949—2014年CMA-STI 整编的“热带气旋最佳路径数据集”,对研究区域范围(5°～22.5°N、105°～120.5°E)的南海土台风强度及强度变化特征进行了探讨。结果表明:(1)南海土台风强度随时间的变化曲线呈近似对称的“漏斗状”,即强度从弱—强—弱的变化,在最大强度前后6 h时域内强度变化最显著,夏季台风强度变化比冬季快。(2)土台风强度存在1个增强中心,位于海南岛以东的南海北部近海区域,在中国华南沿岸陆区则减弱明显;台风增强/减弱区域随着季节变化而南北移动,夏季主要在北部近海/近岸区域18°~23°N附近,冬季随台风活动南移至10~18°N附近靠近西部近海/近岸区域,且冬季的平均减弱速率较夏季大。(3)东向移动的土台风最大强度一般比西向移动的强,其中夏季东移台风平均强度最大,冬季西移台风强度最小;夏季东移台风最大强度前后强度变化最快,冬季西移台风变化最慢;夏季西移台风强度分布呈北强南弱、东移台风强度呈东北向带状分布,冬季东、西移台风强度分布皆呈西强东弱,这种空间分布差异,主要是台风移动路径随季节变化而形成的。(4)海上活动时间的长短与台风最大强度的大小、变化幅度成正比。海上活动时间较短的台风,以西行路径为主,强度的分布较均匀,平均强度较弱,增强/减弱中心较多而小,增强/减弱速率较慢;反之,海上活动时间较长的台风,以东行路径居多,强度的分布呈多中心状,平均强度较强,增强/减弱中心较集中且广阔,增强/减弱速率较快。     

南海海面风、浪场时空变化特征及其关系分析

利用长时间序列的卫星观测数据,对南海海域的风、浪场时空分布及其相互关系进行了分析。结果显示,海面风距平场VEOF分解后得到的第一模态具有明显的季节变化,即季风特征,说明季风是影响整个南海风速的主要因素;第二模态具有较强的区域变化特征,是季风转换时期的距平场特征;第三模态反映的是海面风距平场受陆地地形影响所表现的分布特征。有效波高距平场EOF分解后得到的第一模态、第二模态与风距平场的前2个模态的空间分布较为相似,并且,风、浪距平场第一模态间的相关系数达0.76,均说明南海作为边缘海其波浪场与风场变化有很好的相关性。有效波高第三模态的分布与风场的第三模态相关性较弱,反映的是受海底地形影响所表现的分布特征。     

台风Wayne过后南海北部陆架海域的近惯性振荡

1986年8月18日8616号台风维纳(Wayne)在南海中部生成,其后在南海北部迂回盘旋,前后3次穿越巴士海峡,9月4日在海南岛登陆。布放在海南岛东部陆架上的锚系浮标记录了台风中心过境前后风和近表层的海流响应。分析结果表明,台风中心过境造成海水强烈的近惯性运动,其影响大约持续了6—8d,近惯性振荡的频率为0.029 2周.h-1(周期约34.2h),高出当地的惯性振荡频率(0.028cph)4.3%。带通滤波所提取的惯性运动特征显示,台风过境后惯性振荡逐渐衰减,惯性圆逐渐向西南方向偏移。根据这一个例,探讨了台风条件下近表层流速与风速的关系以及台风尾迹中近惯性流流速衰减过程的经验描述,可为近海海洋工程设计提供参考。     

基于多卫星融合资料的南海浪高时空分布特征研究

为提高对南海波浪场的认识, 采用基于多卫星融合的2009年9月～2011年11月的AVISO(Archiving, Validation and Interpretation of Satellite Oceanographic data)有效浪高格点数据对南海浪高的月变化特征进行分析, 并结合南海的波浪特征和地形特点, 将南海划分为6个海区, 讨论南海浪高的空间分布规律。研究发现南海浪高具有以下2个特征: (1)南海浪高表现为由东向西、由北往南递减: 北部深水区>北部陆架区>南海中部≈北部湾>南部陆架区>泰国湾。(2)浪高的月变化与季风的变化密不可分: 10月～次年3月(冬季风影响期间)>4月和9月(季风转换期)>5月～8月(夏季风影响期间), 1月最大, 5月最小。该研究成果对开展南海海浪的中长期预报、保障南海资源开发和军事安全等有一定的借鉴意义和参考价值。     

南海灾害性波浪基本特征研究

本文基于1991-2016年全球卫星高度计融合数据对南海灾害性波浪基本特征进行了分析,根据灾害性波浪诱发天气类型不同,将其分为"台风浪"和"非台风浪"。依此主线,对两类波浪在南海不同海域的特征进行了研究,并提出了用于定量研究两类波浪强度关系的台风浪权重系数（W）,得到了两类波浪在南海相对强弱关系的分布规律,量化研究了南海灾害性波浪的特征。本文以卫星高度计波高数据为样本进行了极值分析,得到了南海重现期波浪要素整体分布规律,研究发现W值大小与广义极值曲线类型显著相关。     

南海盐致环流对台风降水的响应特征分析

本文采用多源卫星遥感数据通过统计分析的方法研究了17年间(2000—2016年)南海夏季(6—9月)台风对该海域降水、淡水通量的贡献及其可能导致的环流异常。主要结论如下: 1) 台风是南海中北部降水的重要影响因子, 可导致日平均降水量增加12mm, 约占南海夏季日平均降水(25mm·d ^-1)的一半, 且西北太平洋台风和南海“土台风”产生的降水分布存在显著的区域和强度差异; 2) 夏季, 南海由淡水通量引起的盐致环流表现为以海南岛东南部海域为中心的弱气旋式, 其流量量级约为-0.15Sv, 约占同期风生环流流量(约为-1.5Sv)的10%; 3) 夏季, 台风带来的降水使得南海中北部的气旋式盐致环流增强, 且西北太平洋台风降水导致的淡水通量变化引起的盐致环流强度要强于南海“土台风”。