西北太平洋夏季海浪数值模拟研究

为了解第三代海浪模式SWAN在西北太平洋海浪模拟效果,利用2013年7月期间Jason-2卫星高度计观测资料,通过计算模拟值和观测值的绝对误差、均方根误差和进行逐日统计、分级统计、一次台风过程的统计,对FNL风场资料驱动SWAN模式的西北太平洋海浪数值模拟有效波高进行了检验。检验结果表明,模式对较小波高模拟效果较好,模拟波高与实测值误差在可接受的范围之内,可满足业务化预报的要求,但对较大波高的模拟存在一定的误差,且驱动风场的精细化水平直接影响模拟效果。     

台风“灿鸿”影响下海浪的数值模拟研究

台风是影响中国黄东海的强天气现象,其引起的强风、巨浪和台风增水严重威胁着沿海地区人民的生命与财产安全。本文以海浪模式SWAN(Simulating Waves Nearshore)与区域海洋模式ROMS(Regional Ocean Modeling System)为基础,构建了中国黄东海海域在201509号台风"灿鸿"影响下的海浪-海洋耦合模式。通过浮标与Jason-2高度计有效波高数据验证了模式结果的准确性。进行了敏感性实验分析,对比耦合(ROMS+SWAN)与非耦合(SWAN)下以及使用不同地形数据(ETOPO1、ETOPO2、GEBCO)、不同物理参数化方案(风能输入、白冠耗散、底摩擦耗散)下的模拟结果差异。结果发现在射阳与前三岛浮标处,使用GEBCO地形数据(15弧秒间隔)下的模拟效果更好且稳定。在空间分布上,台风中心附近的浪流相互作用显著,在其前进方向右侧表现为耦合的有效波高值低于非耦合有效波高值,差值最高可达1米。选择不同风输入与耗散项方案时的模拟差异主要发生在最大波高处,选择不同的风能输入与白冠耗散项方案带来的差异接近0.4米,而底摩擦项方案选择不同带来的差异接近1米。...     

中尺度海气浪耦合模式对西北太平洋双台风影响下的海浪预报研究

为了分析中尺度海气浪耦合模式对西北太平洋双台风影响下的海浪预报效果,采用GFS全球预报系统和西北太平洋海洋预报系统预报场驱动区域中尺度海气浪耦合模式,针对西北太平洋一次"双台风"共同影响下的台风浪进行了连续5 d逐日72 h预报,并分析了海浪场预报分布特征,检验了耦合模式的海浪预报性。结果表明,耦合模式能较好地预报出双台风移动路径,以及双台影响下的海浪分布、演变特征。台风浪的最大有效波高与近中心最大风速成正比、中心最低气压成反比的演变规律与模式预报的较为一致,波高的整体预报效果与卫星高度计观测值较为吻合。但台风浪的预报效果受台风强度、所处海域等影响,远海期间海浪的预报效果要优于近海和台风强度明显变化期的。研究结果可为后续耦合模式的台风浪业务化定量预报发展提供有益参考。     

西北太平洋台风浪数值模拟

台风浪的研究对于船舶航行、港口、海洋和近岸建筑物的安全有着重要的现实意义。应用经验公式(MEF)和大风风圈反推(MGCR)两种方法计算最大风速半径,并基于Jelesnianski2型风场模式、藤田气压模式导出的风场模式、藤田气压场和第三代深海波浪模型(WAVEWATCHⅢ)进行了台风Winnie引起的台风浪的后报,将后报值与实测值进行了详细的比较和分析。结果表明:台风期间,MEF模拟出的西北太平洋海域风浪场变化合理,数值模拟结果与实测资料吻合良好,3个波浪测站的有效波高对比误差约为10%,而MGCR模拟结果误差偏大。因此,MEF的模拟结果能够为船舶、海洋与海岸工程的设计提供科学的依据。     

基于SAR海浪方向谱的西北太平洋海浪特性研究

应用中国海洋大学海洋遥感研究所基于Hasselmanns提出的MPI方法用C语言开发的SAR反演海浪方向谱的软件,对2003年1月—2012年1月间西北太平洋海域Envisat波模式数据进行海浪方向谱反演,共得到西北太平洋海域观测的海浪方向谱146 796个。统计由反演的海浪方向谱得到的海浪有效波高、平均波向、平均波周期等数据,分析了西北太平洋海浪场分布的特点,得到了一些有参考意义的结果。     

一次台风过程对西北太平洋西边界流系源区影响的数值模拟研究

利用POM及其与WRF的耦合模式对"格美"台风影响下的该海区进行了5组数值模拟试验,在对结果分析的基础上,得到了西北太平洋西边界流系源区对此次台风过程的响应。研究表明:在台风影响下,最大风速区及热通量输送决定了海表温度(SST)降温中心范围,热通量的输送对SST的降低贡献超过16.7%;受此次台风影响的混合层(OML)加深、维持的时间为42 h,热通量对OML的加深有正作用,但不如风应力的贡献明显。台风移动方向右侧,OML加深范围更大,且SST最大降低区并不是OML最大加深区。此次台风过程对黑潮南向流的影响较弱,主要增加了海洋混合层的北向流流量。利用耦合模式,考虑了海气间的相互作用,在台风中心附近模拟出由于低压引起的海面升高现象。     

西北太平洋台风路径的聚类分析

重点研究了1983—2002年的西北太平洋台风最佳路径数据资料集,运用Python编程语言,编写聚类分析程序,对台风数据进行聚类分析。通过资料中包含的台风强度、中心位置坐标的台风路径特征参数,利用K均值聚类法对西北太平洋台风路径进行客观地分类,分类数选定为6类。比较各类台风路径类型的生成位置、强度、气候趋势等特征,为台风路径的气候预测提供有用的信息。结果主要表明:6类台风包含4类转向路径台风和两类西北偏西的直行路径台风;直行路径台风几乎全部影响我国,转向路径中只有1类台风主要影响我国;从各类台风发生的频数来看,两类直行路径台风均呈下降趋势,有3类转向路径台风呈上升趋势。     

卫星高度计波高数据同化对西北太平洋海浪数值预报的影响评估

通过数值试验验证卫星高度计波高数据同化对西北太平洋3 d海浪预报的改进效果。驱动海浪模式的强迫场采用国家海洋环境预报中心基于MM5模式预报的风场,波高数据同化使用的观测数据是Jason-1卫星高度计有效波高。用最优插值数据同化方法获得海浪有效波高的最优估计并重构相应的海浪方向谱,以此为初始场进行为期3 d的数值预报试验。与没有同化的预报进行了比较和分析,结果表明卫星高度计海浪数据同化对0~72 h预报有不同程度的明显改善,改进程度随预报时效的增加而减少。     

运动坐标系下海浪数值模拟

以运动坐标系中的海浪谱为靶谱应用静止坐标系中随机波面的模拟方法－－线性叠架法和线性过滤法模拟均速运动坐标系听随机波面,给出了两种方法的原理及模拟手续。通过模拟实验发现,在高速运动的坐标系中线性叠架法优于线生过滤法,在低速情形,线性过滤法好于线性叠加法,并在模拟技术上给出了各参数的选取方法。     

S坐标下西北太平洋环流和海温数值模拟

综合考虑侧边界水通量、海表面风应力、热通量、蒸发和降水等,建立了一个采用垂向S坐标的西北太平洋海洋模式,模拟和分析西北太平洋环流和海温。S坐标具有使海洋上层趋于同一水深的物理平面和同时底层拟合海底变化的优点。与日本2008年西北太平洋实测温度断面资料比较,模式计算的海温在分布势态和量值上较为一致,模式能较好地验证海洋温度分布情况。与σ坐标相比,S坐标能更好地验证海温的变化。模式较好地模拟出了西北太平洋气候态环流和海温变化。由于在σ坐标系下水深的水平变化体现在σ层上,海洋表层的分辨率比S坐标系下低,以及初始海温的水平分布含有水深水平变化的信息,S坐标海洋模式能更好地模拟环流和海温的变化。     

西北太平洋上三个爆发性气旋的对比分析和数值模拟研究

利用FNL(Final Analysis)再分析资料对西北太平洋上三个爆发性气旋,即2007年11月18—21日的OJ(Ok-hotsk-Japan Sea Type)型,2012年1月10—13日的PO-O(Pacific Ocean-ocean Type)型,以及2014年3月28—31日的PO-L(Pacific...     

西北太平洋台风降雨日变化

利用TRMM(Tropical Rainfall Measurement Mission)卫星15 a降雨数据,研究了西北太平洋非台风与台风降雨日变化。对于非台风降雨,其日变化信号最大值出现在上午06∶00,在下午15∶00时存在一较小的极大值。统计台风中心500 km内的平均降雨,发现其存在明显日变化信号,最大值出现在03∶00~09∶00之间,降雨量与日变化均大于非台风降雨;同时,台风增强及快速增强均在03∶00~08∶00之间发生次数较其他时间更多。从2002年台风“海神”的卫星云图上可以看出,云系内部强对流的面积在06∶00时明显大于18∶00时,这与降雨日变化的模态一致。     

北太平洋海浪数值预报试验

本文利用美国华盛顿数值天气预报中心(KWBC)的3—5天预报的1000hPa等势面的格点高度场(5°×5°)资料,由“海上风的边界层模式”计算的风场,应用“一个参数的大洋波谱模式”,进行了北太平洋海浪数值预报的试验,试验结果表明,尽管输入风场资料存在一定误差,计算的浪场与3─5天后的实测浪场仍有较好的吻合。     

西北太平洋台风眼形态特征分析

利用Best Track资料与卫星遥感图像资料,对2001—2009年西北太平洋共计131个台风眼的形态特征进行了分类统计。结果表明,当台风强度达到峰值时,台风眼各形态的出现频率由高到低依次为圆形、开放形与多边形。在台风生命周期内,台风眼的各形态可能交替出现,并对台风强度变化具有较强的指示意义。此外还对部分类型台风眼的时空分布特征进行了讨论。     

南极海冰与西北太平洋台风

本文利用最大熵谱分别计算了南极４个区海冰和西北太平洋台风发生频数的变化周期，并对前３年的南极海冰强弱和当年的台风发生频率数进行了逐月时间序列相关分析。     

西北太平洋灾害性海浪的监测和预报

一、灾害性海浪监测和预报的意义 灾害性海浪是指由于强烈大气扰动形成的巨浪（有效波高≥4m）,是造成海难事故的最主要原因,它给海上航船、军舰和海上石油平台以及沿岸港工和军事建筑等带来巨大威胁,中外历史上由灾害性海浪造成的严重事故不胜枚举。1780年英、美海军在安的列斯群岛附近海战时,突然遭遇大飓风的袭击,双方并未接战就被巨浪卷沉400余艘战舰,死亡4万余人。第二次世界大战期间1944年12月17日,美国海军第三舰队在菲律宾以东洋面,遭到巨大台风浪的袭击,在海面高达18.3m的怒涛中舰身横摇十分剧烈。在近两天的海难中舰队损失惨重,有790名官兵丧生,3艘驱逐舰沉没,100多架飞机被毁。1955～1982年的28年时间里全球因巨浪发生的石油平台翻沉事故有36起,平均每年1～2座,最多的一年有8座。我国类似的海难事故也有发生,70年代末80年代初有2台石油钻井平台分别沉浸于渤海和南海,丧生百余人。经济损失惨重。从1949～1982年的34年时间里就我国近海由恶劣海况翻沉的船只就有2000多艘。据日本报道,从1969～1982年的14年时间里,就有     

运动坐标系下的海浪数值模拟

以运动坐标系中的海浪谱为靶谱应用静止坐标系中随机波面的模拟方法─—线性叠加法和线性过滤法模拟匀速运动坐标系中的随机波面,给出了两种方法的原理及模拟手续。通过模拟实验发现,在高速运动的坐标系中线性叠加法优于线性过滤法,在低速情形,线性过滤法好于线性叠加法,并在模拟技术上给出了各参数的选取方法。     

西北太平洋暖池区台风对海表盐度的影响

分析了西北太平洋暖池区2002和2003年夏季ARGO浮标得到的次表层温度和盐度剖面,结果表明大多数台风经过暖池区时,会引起海面盐度下降,这与Kwon和Riser等在大西洋观测到的飓风过后海面盐度上升的结论不同,表明西北太平洋暖池区特有的上层结构以及台风在此海域的降雨与大西洋不同,结果对研究西北太平洋暖池区的混合层混合和热交换过程有重要意义.     

秋季西北太平洋转向台风对南海冷空气的影响

本文分析了10年中西北太平洋转向台风对南海冷空气的影响情况,揭示了几点事实,并对造成这种事实的原因进行了分析,提出了转向台风影响冷空气过程的可能机制。     

浅水海浪的数值模拟

一、前言在海浪的研究中,用精度较高的测波仪器,从自然界获取各种天气情况下的海浪实测资料,用于揭示海浪本身的变化规律是一种非常重要的研究手段.然而,由于海上条件的复杂和严峻,且费用昂贵,常使系统的观测资料很难得到.近几年来,随着电子计算机应用的推广,一些研究者利用计算取得大量人为资料作为研究海浪本身变化规律的依据,已在海浪谱和海浪外观统计特征的研究方面取得了可喜的成果.本文根据波的叠加原理,利用已知谱,对浅水海浪数值模拟进行了初步尝试,模拟了波剖面、谱曲线及海浪要素.