ERA5海面气压和风速再分析资料在渤海和北黄海适用性分析（英文）

利用渤海和北黄海9个站位浮标的海面10 m气压和风速观测资料对ERA5再分析资料的适用性进行了初步评估。结果表明：海面气压和风速再分析资料与观测资料具有良好的相关性,不同时间尺度的统计结果具有一定差异,累年逐月的相关性优于日均和日极值,极端天气下的相关系数最低。不同时间尺度统计结果显示,气压再分析资料与观测值的偏差总体为负值,即高压再分析资料较观测值偏弱、低压再分析资料较观测值偏强,二者存在一定的系统性偏差;风速统计结果显示,偏差与风力级别有关,大风速时,风速再分析资料普遍小于观测值。累年逐月再分析资料反映了研究区气压和风速的季节变化特征,偏差也呈现出季节性变化,且冬季的适用性优于夏季;极端天气情况下,气压和风速再分析资料的适用性较差,需要开展进一步的订正处理。     

ERA5海面气压和风速再分析资料在渤海和北黄海适用性分析

利用渤海和北黄海9个站位浮标的海面10 m气压和风速观测资料对ERA5再分析资料的适用性进行了初步评估。结果表明：海面气压和风速再分析资料与观测资料具有良好的相关性,不同时间尺度的统计结果具有一定差异,累年逐月的相关性优于日均和日极值,极端天气下的相关系数最低。不同时间尺度的统计结果显示,气压再分析资料与观测值的偏差总体为负值,即高压再分析资料较观测值偏弱、低压再分析资料较观测值偏强,二者存在一定的系统性偏差;风速统计结果显示,偏差与风力级别有关,大风速时,风速再分析资料普遍小于观测值。累年逐月再分析资料反映了研究区气压和风速的季节变化特征,偏差也呈现出季节性变化,且冬季的适用性优于夏季;极端天气情况下,气压和风速再分析资料的适用性较差,需要开展进一步的订正处理。     

ERA-Interim和ERA5再分析风资料在中国近海的适用性对比研究

全球再分析海面风资料在波浪模拟和风能资源评估等研究中发挥着重要作用，但风场资料种类繁多，且准确性在不同海域差异较大，使用时需要进行适用性分析。本文基于欧洲中期天气预报中心的ERA5和ERA-Interim再分析风场，利用多个站点的实测数据，分析了其在中国近海的适用性，并将再分析风场输入FVCOM-SWAVE波浪模型，对比了它们在常风天和台风天对波浪模拟的效果。结果表明：（1）常风天条件下ERA5和ERA-Interim资料在中国近海表现相似，风速较实测值略偏大，均能基本反映海表面风场变化和平均风速分布，吻合度指标在各站点均超过0.9;(2) ERA5对台风的模拟显著优于ERA-Interim，能较好模拟台风风速结构，对不同台风模拟精度差异大，整体上会低估台风风速；（3）风场质量是造成波浪模拟误差的主要原因之一，ERA5和ERA-Interim均能较好地模拟常海况下的波浪变化情况，而在台风浪的模拟中ERA5更优，“双台风”现象对风速和波浪的模拟准确度影响大。     

基于ERA5再分析资料的中国近海浅水区域风能潜力评估

风能潜力评估是风电场选址工作的基础工作。本文基于欧洲中期天气预报中心的ERA5再分析数据,采用风功率密度（Wind Power Density,WPD）中值、容量系数（Capacity Factor,CF）以及鲁棒性变异系数（Robust Coefficient of Variation, RCoV）三种指标,对中国近海浅水区域的风能潜力进行评估,研究结果表明:（1）台湾海峡和东海南部风能资源最为丰富并且风能利用率最高,风功率密度中值和容量系数分别为400~900 和0.45~0.7。总体来看,风功率密度中值从渤海到台湾海峡,呈逐渐增加的趋势,从台湾海峡到琼州湾,呈逐渐减小的趋势,容量系数大小分布情况相似。（2）鲁棒性变异系数大小无明显分布规律,广东湛江近岸海域鲁棒性变异系数在0.70~0.75之间,风能发电量最为稳定,但该地区的风能资源丰富程度较低。（3）福州近岸海域不仅有丰富的风能资源和风能利用率,且发电量较为稳定。在不考虑其它因素的影响下,是中国近海浅水区域建设海上风电场的最佳地点。     

台风条件下ERA5再分析数据对中国近海适用性评估

2019年第9号台风“利奇马”是自1949年以来在浙江登陆的第三强台风,对中国近海沿岸地区造成了巨大的经济损失以及人员伤亡。为了研究ERA5再分析数据在渤黄东海的适用性,本文利用统计方法,针对台风“利奇马”期间位于渤海（QF104）、黄海（QF108）和东海（QF5003）的三套浮标观测数据对ECMWF最新推出的ERA5再分析数据进行评估分析。评估结果表明：1） ERA5再分析风速、风向、有效波高数据与浮标观测数据的匹配度较好,平均周期与海面温度数据次之;2）ERA5再分析平均波向数据相对平滑,而实测数据波动性大,两者之间的相关性有待进一步提高。     

基于ERA5再分析数据的中国邻近海域极端波高特征分析

极端波浪对沿海地区基础设施有着深远的影响,了解它们的变化规律是进行海岸带风险分析和灾害预防的基础。文章基于欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasting,ECMWF)第五代再分析数据集(ECMWF reanalysis v5,ERA5),对中国邻近海域1979~2018年间极端波高展开时空特征分析,并统计了40 a厄尔尼诺系数,利用广义极值分布(generalized extreme value,GEV)函数探究了近40 a厄尔尼诺现象对我国海域极端波高的影响,结果显示:统计1979~2018年整个研究区域前2%极端波浪年均值在6~10 m间浮动,且整体趋势递增,在四季趋势变化中,春夏极端波高增长趋势较秋冬高,且波动明显,在年际极端波高变化趋势中有较大波动时大多伴随着厄尔尼诺或是拉尼娜现象的发生,结合厄尔尼诺现象对GEV分布中位置参数的影响分布图和极端波高年、季节际趋势变化分布图,厄尔尼诺现象影响大的地区极端波高大多呈现增长趋势,表明厄尔尼诺现象对极端波高有较高影响。     

利用浮标资料初步评估NCEP再分析湍通量

通过与浮标观测资料的对比分析,指出NCEP动量通量、再计算NCEP热通量更能够代表NCEP再分析数据库的数值模拟效果。当风速大于20m/s时,数值模拟的湍通量低于浮标块体湍通量,当风速在10～20m/s时,数值模拟的湍通量高于浮标块体湍通量。同时还发现数值模拟结果的延迟现象,以及不能反映大风过后快速的海气温差变化而引起的感热通量变化。     

浙江沿海超强台风作用下的台风浪波高

基于 SWAN 波浪传播模型建立包含风暴潮与天文潮耦合传播的台风浪数值模型,通过多次台风引起的波浪模拟,证实该模型可适用于浙江沿海.将1949年以来登陆我国大陆沿海最强的“5612”号台风作为典型的超强台风,计算了超强台风在浙北至浙南3个不同地点登陆遭遇天文潮高潮位时产生的沿海波高过程.结果显示,在开敞海区,登陆点南侧附近及其以北沿海,台风登陆时过程最大有效波高与风暴高潮位基本同时出现,而在登陆点以南远区的沿海海域,最大有效波高出现在登陆前的一个高潮位附近;超强台风作用下浙江陆域沿海离岸近1 km 范围内有效波高可达4耀6 m.这些结论对海堤工程设计和防灾减灾具有重要意义.     

浙江东矶列岛海域实测波要素及典型台风浪特征分析

利用东矶列岛海域一年实测波浪资料,统计分析波要素特征,以台风“利奇马”为例,分析台风浪演变过程。结果表明：研究海域年平均有效波高0.88 m,年平均周期4.3 s,年最大波高8.67 m出现在夏季台风“利奇马”影响时。研究海域以轻浪为主,其次是小浪和中浪;常浪向为ESE,次常浪向为E和SE;强浪向为SSE,次强浪向为SE。波浪平均持续时间和波高之间符合指数衰减关系。台风“利奇马”影响期间,最大谱峰56.20 m²/Hz,台风浪谱型以双峰谱为主,台风浪类型经历了涌浪—混合浪—风浪—混合浪—涌浪这一演变过程。     

基于模型风场的台风浪数值模拟

利用Ueno台风风场模型构建了1211、1214、1215号台风风场,并以此作为驱动WAVEWATCH-III海浪模式的外界强迫场,计算得出了对应的台风浪场,通过与浮标观测资料对比分析,有效波高相关性均达80%及以上,模拟结果较为理想,可有效弥补现场观测资料的不足,为海洋工程设计以及防灾减灾提供技术保障。     

冰区四季通用灯浮标的二阶波浪力计算

冰区四季通用灯浮标是一种为满足北方冬季冰冻港口一年四季的助航服务需求研制的新型灯浮标,二阶波浪力对其漂浮姿态和漂移运动有较大影响。文中研究了浮标受到的二阶波浪力的数值计算方法,计算了不同流速下罐形和锥形灯浮标的二阶波浪力。研究结果显示,罐形和锥形灯浮标受到的一阶波浪力相差不大,罐形的二阶波浪力明显小于锥形,具有一定的外形优势。     

单点GPS浮标测波方法与数据质量控制研究

首先对GPS浮标测波原理进行分析,介绍了GPS接收器测量运动参数的多普勒方法;然后对于在现场测量中可能发生的采样丢失所导致的数据间断进行探讨,并提出了间断接续和冗余采样的解决方法,通过数值模拟实验证明了数据质量控制方法的有效性.     

ERA5风场与NCEP风场在黄海、东海波浪模拟的适用性对比研究

全球再分析数据集已成为研究气候规律和数值模拟的重要工具,其中海面风场数据集是波浪模拟的重要资料,风场资料的准确性是影响海浪要素模拟结果的关键因素,不同的海面风场资料在中国各个海域的适用性具有不确定性。利用黄海、东海海域的12个观测点,选取了2006—2018年间的11场台风进行对比,验证了ERA5和NCEP风场在台风期间与常海况下的风速;模拟了中国近海海域的波浪场,与范围内15个测站的有效波高及谱峰周期进行了对比验证;分析了ERA5和NCEP风场在黄海、东海波浪模拟的适用性。主要结果如下:(1)风场质量是造成台风浪模拟误差的主要原因之一,研究区域内ERA5风场在台风期间的风速大小与实测资料具有较高一致性;长江口邻近海域内,ERA5风速相关性在0.8以上;江苏海域内,ERA5风速相关性在0.9以上;(2)分别采用ERA5和NCEP再分析风场资料作为驱动风场输入Mike21 SW模型,较好地模拟了黄海、东海海域在不同海况下的波浪变化情况;在江苏海域,ERA5资料模拟波高值与浮标测站观测波高资料相关性超过0.85,平均绝对误差不超过0.2 m;(3)两种风场在江苏海域、长江口及其邻海的适用性比黄海北部更好。结果表明,NCEP和ERA5在中国近海海域波浪模拟的适用性有差异,在江苏海域、长江口及其邻海,基于ERA5的数值模拟结果相对于NCEP模拟结果精度提高。     

基于ERA5再分析系统海上丝绸之路海况及波高周期联合分布特征

利用欧洲中期天气预报中心的ERA5再分析系统,基于2012—2022年时间分辨率为1 h的全球气象资料,对海上丝绸之路沿线典型海域进行海况分析。利用我国东南海域、孟加拉湾海域和阿拉伯海域的实测数据验证ERA5资料的有效性和准确性,获得该目标海域风、浪共同限制条件下各季节海况情况。统计得到各季节平均多年海上丝绸之路沿线波浪特征分布规律,并统计分析我国南海、孟加拉湾和阿拉伯海各典型海域的有效波高与谱峰周期联合分布概率。研究结果表明,ERA5数据能较好地反映目标海域的海况特征;工程施工过程中需重点关注夏季波浪波高及全年长周期波浪的影响;我国东南沿海和阿拉伯海整体海况条件较好,孟加拉湾海况较为复杂,有效波高在1.5 m与谱峰周期在10s以上在85%以上,在前期投资规划时需重点关注。     

浙江省海洋水质监测浮标设计与实现

作为一种高技术监测手段,海洋浮标可实现现场自动监测而不受恶劣海况的影响,近年来得到了广泛的重视和快速发展。文中介绍了浙江近岸海域海洋水质监测浮标的结构设计和自动监测实现。浮标设计为生态浮标、海滨浮标和专项浮标3种类型,由浮体、标架、供电设备、防护设备、锚系、传感器、数据采集传输、电子/电池舱、岸站接收系统等9个部分组成。浮体设计为圆饼形,浮体下方正中安装稳定锤以保证具备足够的稳定性。供电设备由太阳能电池板、大容量蓄电池组成,可保障海上30 d连续阴雨天气、恶劣海况下的不间断供电。浮标经喷防污漆、牺牲阳极保护、裹铜皮、加过滤网和人工清除等5种方法防腐、防污处理后投放入海,采用常规维护、应急维护和年度维护等3种方式保障浮标系统运行稳定。投放后可实现对标浮所在海域水质、气象、生态等参数的连续、实时、自动监测。最后对浮体直径设计和浮标投放点选址提出了建议和要求。该设计可为其它类似区域的水质监控提供良好的参考。     

山东沿海台风浪数值模拟与统计分析

为了得到山东沿海台风浪的重现期波高分布场,以Jelesnianski-Ⅱ模型构建的风场作为模式驱动,利用SWAN模式建立了山东及其附近海域的台风浪数值模型。通过对典型台风过程"麦莎"和"梅花"的数值计算,将模拟的有效波高与观测数据作了对比分析,验证了模型在计算海域的适用性;基于建立的模型,对1960-2012年期间发生于山东沿海的50场台风进行模拟。选取计算海域10个点的模拟所得波高序列,寻求复合极值分布拟合最优的分布型式,根据所得分布进行重现期波高的统计分析;最终绘制计算海域50年一遇和100年一遇的台风浪波高分布图,为山东沿海的防灾减灾和海洋结构设计提供参考依据。     

基于实测数据的台湾海峡中部波浪特征分析 *

利用台湾海峡中部2号大浮标2017年全年的实测波浪资料, 对海浪的基本波要素及其与风的相关性、波谱特性进行统计分析, 得出了重要特征波参数之间的回归关系和适合台湾海峡中部的海浪谱形式。研究结果显示: 1) 台湾海峡中部的常浪向是NE向, 强浪向是NNE向, 月均有效波高的变化范围为0.87~2.98m, 7月波高最小, 12月波高最大, 波周期与波高有着相似的月际变化趋势; 2) 主要波浪类型是以风浪为主的混合浪, 谱型上以单峰为主, 波高与风速整体上呈正相关关系, 大浪主要由台风和强劲的东北季风引起; 3) 波浪的平均周期与大部分特征波周期之间具有良好的线性相关性, NNE、NE方向的波浪有效波高和有效波周期线性相关性较强; 4) 相比于Jonswap谱, 规范谱一是更符合本区域的海浪谱模式, 给出了基于有效波高和谱峰周期拟合的规范谱一形式。这些研究成果可为海洋工程设计和波浪数值模拟提供参考。     

根据漂流浮标资料对黑潮15m层流路及流轴特征的分析

利用1979-02—2012-03共33a的水帆位于15m层的Argos漂流浮标资料,绘制黑潮流系15m层的多年年平均和月平均流场,运用特征线方法计算得到黑潮流轴,定义黑潮流动路径的边界为流速大小20~30cm/s的过渡性区域。结果显示:黑潮多年年平均流路大致是一个以(13°30′N,142°00′E)为圆心、2 235km为半径的直角弧段,其在吕宋海峡、台湾东北、九州西南及伊豆海岭附近海区发生气旋式弯曲前先进行反气旋式弯曲调整,弯曲处出现的路径开口主要是支流的并入或分支的流出;黑潮流轴整体性偏向黑潮左边界,其中在吕宋岛东北至台湾以东海域最为显著,在本州岛以南海域次之,而在东海段基本居中;黑潮流路上的流速在总体上由南向北呈增大趋势,但并非沿流路持续性逐渐增加,而是呈现出较平直流段的大流速区和弯曲调整流段的低流速区相互交错的状况,其中四国岛以南至伊豆诸岛以西流段的流速为最大。多年月平均流场显示,2月,5月,8月和11月这4个月份是黑潮流路和流轴发生变化的重要转折期,而1月,4月,7月和10月这4个月份则是各季节的代表月份。其中,冬季月份的黑潮流路和流轴最为曲折,向边缘海发生显著入侵;夏季月份的黑潮流路和流轴最为平直,左侧伴随有北向流动;春、秋两季的过渡性特征则比较明显。