可能最大风暴潮风险评估中各等级热带气旋设定方法

可能最大热带气旋的设定是可能最大风暴潮计算的基础,对风暴潮灾害应急疏散具有重要意义。利用1949~2011年中国气象局(CMA)西北太平洋热带气旋最佳路径数据集、美国联合台风预警中心(JTWC)以及美国国家海洋和大气管理局(NOAA)最大风速半径数据集,基于各等级热带气旋参数之间的定量关系,建立了各等级可能最大热带气旋最大风速、中心气压、最大风速半径、移动速度、移动方向等参数设定及路径合成的方法。以福建省连江县为例,按照台风、强台风及超强台风强度等级,分强度衰减和不衰减2种情况,设定3种移动方向,合成了共216场热带气旋作为可能最大风暴潮的计算输入。另外,对参数敏感性、风场参数设定、参数设定与计算量的关系、叠加天文潮以及溃堤等问题进行了讨论。     

一个新的热带气旋参数调整方案

基于前人的统计经验公式和现有的实测资料,尤其是详实的热带气旋中心气压资料,对热带气旋的最大风速半径的确定提出一个新的调整方案,使之能较好反映热带气旋风场.比较结果表明,所计算的海浪场与实测资料吻合较好.     

日照沿海热带气旋风暴潮及其灾害特征分析

利用大量实测资料和有关文献资料[1-3]对影响日照沿海的热带气旋风暴潮进行了统计分析,分别给出了日照沿海热带气旋风暴潮及其灾害特征和致灾热带气旋类型统计。     

热带气旋风场对海浪分布特征的影响

设计了一系列理想的数值实验,利用高分辨率的WAVEWATCHIII海浪模式定量分析热带气旋移动速度、强度、最大风速半径和热带气旋移动时的转向等风场细节因素对热带气旋下表面海浪分布特征的影响。实验结果表明,热带气旋移动速度、最大风速半径和热带气旋移动时的转向会影响海浪的空间非对称分布。最大风速半径增大会使最大有效波高的位置向后移动,而移动速度增大会使最大有效波高位置向前移动。移动速度增大会使右侧象限内的有效波高增大,左侧象限内有效波高减小。最大风速半径增大和强度增强使各象限内有效波高均增高。热带气旋的转向使各象限内有效波高增高,除了右后象限。这些风场特征对各个象限内海浪的平均波长、平均周期、平均波向、和波峰方向都有很重要的影响,尤其以左后象限最为显著。     

热带气旋灾害预评估模型研究回顾

热带气旋所引发的暴雨、大风、风暴潮以及由此造成的衍生灾害对人身安全、基础设施、财产、农业生产活动均可造成严重影响。因此,做好灾前预评估对于提出防御对策、指导启动相应防灾预案及科学合理开展防灾工作等至关重要。在明确“预评估”定义后,将以往国内外研究中与热带气旋灾害预评估相关的模型分为统计模型、动力模型和动力统计模型三类进行回顾总结,并对其中一些典型例子进行详细介绍。最后,针对模型研究及业务开展现状和存在的问题,给出一定建议、意见和展望。深入了解各种热带气旋灾害预评估模型的建立思想,对今后逐步提升风险评估与防控技术的精细化、客观化、定量化水平具有重要指示意义。     

珠江口台风增水对热带气旋参数改变的反响

通过计算，研究热带风暴中心气压下降示度、最大风速半径、热带气旋登陆地点、热带气旋登陆时的入射角、热带气旋移动速度等参数改变条件下，珠江口５个测站风暴潮的变化。结果表明，各站的反响很不一致，在风暴潮预报中对地形的特点、热带气旋移动速度及热带气旋登陆地点等应给予足够的重视。     

珠江口台风增水对热带气旋参数改变的反响

通过计算，研究热带风暴中心气压下降示度、最大风速半径、热带气旋登陆地点，热带气旋登陆时的入射角、热带气旋移动速度度等参数改变条件下，珠江口５个测站风暴潮的变化，结果表明，各站的反响很不一致，在风暴潮预报中对地形的特点、热带气旋移动速度及热带气旋登陆地点等应给予足够的重视。     

热带气旋尺度和结构的影响因子和理论探索

热带气旋是地球上最主要的自然灾害之一,其结构和尺度不仅直接影响其致灾范围,还间接影响其强度和移动路径。对热带气旋结构和尺度的科学认识有助于其强度和路径预报能力的提高,本身也是重要的科学问题。热带气旋的尺度通常用最大风速半径和外围半径刻画,而结构通常指最大风速半径和外围半径的相对大小。自然界中热带气旋的尺度和结构可以有很大的差异,在其发展过程中尺度和结构也可以发生明显的变化,从而影响强度和路径。本文从观测、模拟和理论三方面简要回顾了热带气旋结构和尺度方面的相关研究,重点介绍了Emanuel-Rotunno台风结构模型的理论推导,并展望了未来可能的研究方向和思路。     

变化环境下中国东南沿海致灾气旋及其人口暴露度研究

本文基于气象观测站的逐日气压、风速和降水量确定致灾气旋阈值,结合区域气候模式COSMO-CLM (CCLM)输出,研究中国东南沿海地区2021—2050年RCP2.6、4.5、8.5情景下致灾气旋的时空变化特征。并采用人口-发展-环境分析模型(PDE),预测共享社会经济路径SSP2下东南沿海地区人口发展趋势,揭示了致灾气旋人口暴露度演变。研究表明:(1) RCP2.6情景,东南沿海地区平均每年发生致灾气旋6.3次,风速和降水量较基准期(1986—2005年)分别增加9%和15%,72%区域致灾气旋人口暴露度有所增加。暴露在超基准期最大影响面积和最强风速下的致灾气旋人口分别增加2.1亿和0.1亿。(2) RCP4.5情景,致灾气旋年均发生7次,风速和降水量较基准期分别上升16%和32%,89%地区致灾气旋暴露人口增加。暴露在超基准期最大影响面积和最强风速下的致灾气旋人口分别增加2.6亿和0.5亿。(3) RCP8.5情景,致灾气旋年均发生5.8次,风速和降水量较基准期分别增加32%和50%,65%区域致灾气旋暴露人口度有所增加。暴露在超基准期最大影响面积和最强风速下的致灾气旋人口分别增加5.7亿和1.9亿。(4)相比RCP2.6,RCP8.5情景致灾气旋风速和降水量高出23%和35%,暴露于超基准期最大影响面积和最强风速的致灾气旋人口分别多3.6亿和1.8亿。控制温室气体浓度对降低致灾气旋的不利影响具有重要意义。     

夏季黄海中北部孤立气旋对渤海风暴潮影响模拟研究

应用经验风场模型刻画夏季黄海中北部孤立气旋的风场,利用数值模拟开展孤立气旋强度和移动路径对渤海内风暴潮的定量影响研究。结果表明：受黄海中北部孤立气旋的影响,渤海中3个海湾的最大风暴潮分别发生在各湾顶附近的葫芦岛站、黄骅站和潍坊站,渤海海峡内最大风暴潮对气旋路径的敏感性较小。渤海沿岸潜在最大风暴潮与黄海中北部孤立气旋强度存在幂指数相关关系■。初步分析得出造成渤海内海湾和海峡较大风暴潮的孤立气旋的移动关键区域分别为威海市东南附近海域、烟台市东部及威海市北部沿海海域、烟台市东部沿海海域、青岛市东部—威海市南部沿海海域。     

Empirical studies of the peak surge due to tropical storms at Hong Kong

Correlation studies of the peak surges at a particular location in Hong Kong due to tropical storms with differing storm tracks and landfall positions relative to Hong Kong are presented. Empirical equations relating the peak surge with the central pressure of storm and the local maximum wind speed have been determined and these could be used for the further prediction of storm surges.     

Derivation of Parametric Tropical Cyclone Models for Storm Surge Modeling

In this paper, the parametric tropical cyclone models for storm surge modeling are further developed. Instead of tangential wind speed via cyclostrophic balance and radial wind speed using a simple formulation of defection angle, the analytical expressions of tangential and radial wind speed distribution are derived from the governing momentum equations based on the general symmetric pressure distribution of Holland and Fujita. The radius of the maximum wind is estimated by tropical cyclone wind structure which is characterized by the radial extent of special wind speed. The shape parameter in the pressure model is estimated by the data of several tropical cyclones that occurred in the East China Sea. Finally, the Fred cyclone (typhoon 199417) is calculated, and comparisons of the measured and calculated air pressures and wind speed are presented.     

基于海气耦合模型的渤海两种类型风暴潮数值模拟与对比分析

渤海一年四季都易受到由温带风暴和热带气旋所致风暴潮的影响。为了缓解风暴潮灾害对海岸地区人员生命财产的影响,十分有必要了解大型风暴潮的发生过程和机制。目前大部分研究主要局限于单一的温带风暴潮或台风风暴潮。本文利用所构建的海气耦合数值模型研究了发生于渤海的两种类型的风暴潮,对发生在渤海的2次典型强风暴潮过程进行了模拟。由WRF模型模拟得到的风场强度和最低海平面气压与实测数据吻合较好,由ROMS模型模拟得到的风暴潮期间水位变化过程与潮位站观测结果也吻合较好。对两种类型风暴潮期间的风场结钩、海面风应力、海洋表面平均流场以及水位分布进行了分析对比,并将耦合模型结果与非耦合模型结果进行了对比。研究表明,渤海两种类型风暴潮期间的风场结钩、海面风应力、海洋表面平均流场以及水位分布等均存在巨大差异。渤海风暴潮的强度主要由海洋表面的驱动力所决定,但同时也受海岸地形地貌的影响。     

Evaluation of future storm surge risk in East Asia based on state-of-the-art climate change projection

The present study evaluates future storm surge risk due to tropical cyclones (typhoons) in East Asia. A state-of-the-art atmospheric general circulation model (GCM) outputs are employed as the driving force for simulating storm surges associated with the projected changes in climate. The reproducibility of tropical cyclone (TC) characteristics from the GCM in the Northwest Pacific (NWP) is confirmed by comparing with the observed best track data, and future typhoon changes were presented. Storm surge simulation is carried out for East Asia, with the finest nested domain on the Japanese coast. The probability of maximum storm surge heights with specified return periods is determined using extreme value statistics. We show a strong regional dependency on future changes of severe storm surges.     

Modeling of tropical cyclone winds and waves for emergency management

This paper compares three commonly used parametric models of tropical cyclone winds and evaluates their application in the wave model WAM. The parametric models provide surface wind fields based on best tracks of tropical cyclones and WAM simulates wave growth based on the wind energy input. The model package is applied to hindcast the wind and wave conditions of Hurricane Iniki, which directly hit the Hawaiian Island of Kauai in 1992. The parametric wind fields are evaluated against buoy and aircraft measurements made during the storm. A sensitivity analysis determines the spatial and spectral resolution needed to model the wave field of Hurricane Iniki. Comparisons of the modeled waves with buoy measurements indicate good agreement within the core of the storm and demonstrate the capability of the model package as a forecasting tool for emergency management.     

北海市沿岸风暴潮特征研究

根据1965—2009年间影响北海市沿岸的热带气旋资料和风暴增水资料,进行统计分析北海市沿岸的风暴潮特征。结果表明:北海市沿岸平均每年发生风暴增水2—3次,其中较大以上强度的风暴增水每年0.87次,严重以上强度的风暴增水每3年有一次;北海市沿岸每年4—11月均有可能发生风暴增水,且集中在7—10月,尤以9月最多。影响北海市沿岸的热带气旋主要以西北行路径为主,且多是穿过雷州半岛或海南岛后在越南沿海登陆,此种情况下,风暴增水曲线表现为周期性波动。另外,本文还采用Pearson-Ⅲ分布和Gumbel分布来估算风暴增水频度,得出北海市沿岸不同重现期的高潮位值。     

辽东湾东部区块热带风暴设计增水的计算

以辽东湾东部区块出现的极值增水序列为例,考虑热带气旋过程出现频次的影响,采用泊松-最大熵复合极值分布进行了增水统计分析,计算得到辽东湾东部区块的增水重现值.最大100年一遇值为183cm,最大50年一遇值为158cm,皆出现于第1区块.由于受地形的影响,区块1、2与3的增水大小相似,区块4则略小.该结果对辽东湾东部区块...     

闸坡站风暴潮增水与热带气旋登陆点及路径的关系

将1992～2006年15a间影响和登陆闸坡站的热带气旋按照登陆点和移动路径进行分类．研究各类热带气旋在闸坡站引起的风暴潮增水峰值的出现时间与热带气旋登陆点及移动路径的关系,定性分析热带气旋风场结构对风暴潮增水的影响并经过2007年至今风暴潮增水预报过程中的实例检验．结果表明：闸坡站的增水类型与热带气旋的登陆地点和路径关系密切．在闸坡站登陆的东北行热带气旋引起的风暴潮增水多出现在登陆前,其他路径则出现在登陆时或登陆后;在闸坡以西登陆的热带气旋引起的风暴潮增水峰值一般发生在登陆时或登陆后1h以内;在闸坡站以东登陆的热带气旋引起的风暴潮增水峰值一般发生在登陆前10h以上;而其他类型的热带气旋引起的风暴潮增水由于个例较少规律尚不明显．     

热带气旋下海浪对大气向海洋输入的动量和能量的影响

海浪不仅决定着海洋表面的粗糙度,由热带气旋引起的海浪,还通过其发展演化控制着大部分的海气之间的动量和能量传递。本文采用热带气旋观测数据IBTrACS和海浪模式WW III的模拟结果探究了热带气旋下海浪对大气向海洋输入的动量和能量的影响。结果发现,近30 a热带气旋的强度约每10 a增加 1 m/s,但移速没有明显变化。热带气旋的强度越大,从大气输入到海浪和从海浪输入到海流中的动量之差和能量之差也越大。由于热带气旋的风场和海浪场都有较强的不对称性,海气动量差和能量差也表现出非均匀分布:动量差较大的区域在热带气旋移动方向的后方,能量差的最大值则分布在右后象限,且二者均为左前方比较小。逆波龄与动量差和能量差呈高度正相关,相关系数约为0.95,说明波越年轻吸收的动量和能量越多。气旋移速越快逆波龄越大,且热带气旋移动速度与动量差和能量差呈正相关,相关系数在0.8以上。因此,海浪影响着大气向海洋输入的动量和能量的分布和大小,在以后关于海洋边界动力学和热力学的研究中,考虑海浪的演化可能会使结果更加准确。     

Effects of tropical cyclone paths and shelf bathymetry on inducement of severe storm surges in the Gulf of Thailand

The influences of tropical cyclone paths and shelf bathymetry on the inducement of extreme sea levels in a regional bay are investigated. A finite volume coastal ocean model(FVCOM) has been configured for the Gulf of Thailand-Sunda Shelf. A parametric wind model is used to drive the FVCOM. The contributions of the tropical cyclone characteristics are determined through a scenario-based study. Validation based on a historical extreme sea level event shows that the model can resolve the oscillation mechanism well. The intensification of severe storm surges in the region highly depends on four factors including phase propagation of the storm surge wave determined by the landfall position, funnel effect caused by locality of the coastline, and shelf bathymetry determined by the state of mean sea level and coastline crossing angle of the storm path. The coexistence of these factors can cause particular regions e.g. the Surat Thani Bay, inner Gulf of Thailand and Ca Mau Peninsular to experience a larger surge magnitude. These areas are found to be highly related to monsoon troughs that develop during the onset and early northeastern monsoon season(October–November).