基于随机事件集的风暴潮重现期计算的合理性研究（英文）

为了研究随机事件集实际应用于计算南通如东岸段风暴增水的合理性问题,基于ADCIRC模型模拟影响南通如东岸段基于随机事件集的风暴增水,然后利用P-Ⅲ型曲线对年增水极值进行拟合,得到各典型重现期下的增水值,并与由28年历史资料拟合得到的各重现期下增水值进行对比。结果表明,在历史资料长度所及的28年以及以下重现期,基于随机事件集模拟得到的重现期增水值与基于历史实测资料的比较符合,说明随机事件集的结果在低重现期情况下结果良好。对于高重现期增水值,基于随机事件集的拟合结果显著大于基于历史资料的拟合结果。由于历史资料时间太短,不足以发生非常极端的风暴潮事件,故对高重现期的拟合结果难以保证可信度,所以不能排除随机事件集拟合结果的合理性。随机事件集在南通如东岸段对低重现期增水估计准确,同时也能较充分地估计高重现期增水,在目前缺乏百年千年时间尺度的实测资料的情况下,不失为一种良好的风暴增水重现期计算工具。在全球变暖情况下,超强台风出现几率大大增加,典型重现期增水值也会相应提高,为了预防风暴灾害的侵袭,需要加深加固海堤、江堤等海岸工程。     

热带气旋资料长度对风暴潮危险性评估结果的影响

热带气旋历史样本数不足一直困扰着风暴潮风险评估研究,本文基于西北太平洋62 a(1949-2010年)历史观测热带气旋事件集资料和用随机模拟方法构造的1000 a模拟热带气旋随机事件集,以福建省连江县为例,开展了资料长度对风暴潮灾害危险性评估结果的影响分析。文中用ADCIRC模型模拟了两种数据集强迫下的风暴潮增水,采用极值Ⅰ型分布法得到了典型重现期的风暴潮增水,经过对计算结果分析发现典型重现期的风暴潮增水计算结果与所用数据资料长度有着密切相关性,数据资料越长,结果越稳定。对于1000 a一遇的风暴潮增水值,使用500 a长度的资料已经趋于稳定,并接近用1000 a资料计算得到的结果。在进行风暴潮危险性评估时,相比用几十年尺度的热带气旋历史数据集,1000 a的热带气旋模拟数据集的计算结果更具实际意义。     

上海沿海风暴潮历史特征分析

基于中国气象局台风最佳路径数据集和欧洲中期天气预报中心(ECMWF)风场再分析资料,遴选出1979—2019年影响上海的241场历史台风事件.采用ADCIRC风暴潮模型对241场历史台风所引起的风暴潮过程进行了模拟,计算得到了上海沿海历史风暴增水数据集,由此对上海沿海代表站点的历史风暴增水进行了特征分析.结果表明,崇西...     

我国部分测站台风潮重现期的计算

我国是世界上经常受风暴潮袭击的国家之一,因此,很需要计算每个测站《大增水值的重现期。首先,我们用耿贝尔方法,计算了资料序列长的17个站的最大增水值的重现期。在这些站计算的最大增水值的频率分布与由历史资料计算的重现期吻合得较好。其二,我们还用三种方法计算了海口站最大增水位的重现期并进行了计算结果的比较。最后,我们计算了湛江站的最高潮位的频率分布。其计算值与依据历史资料计算的重现期吻合得相当好。计算结果对做风暴潮预报、海岸工程设计和估计风暴潮造成的损失非常有用。     

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。     

1409号“威马逊”台风对铁山港海域的风暴潮增水研究

1409号"威马逊"台风是1949年以来登陆我国华南地区的最强台风。本文首先以铁山港海域的潮位站和气象站实测资料为基础,对铁山港海域的风暴增水特征进行了初步分析,结果表明:铁山港湾内最大风暴增水值要大于湾口处,通过对历史增水值进行重现期推算可知1409号台风造成的最大增水强度达到了200年一遇。台风登陆期间铁山港海域发生先减水后增水的现象,是因为铁山港海域的风向发生了转变,先是吹离岸风,后改为向岸风。然后基于MIKE21和Holland台风风场建立二维风暴潮数学模型分析了1409号台风的最大增水空间分布规律,模型结果显示地形与风暴潮增水的关系十分密切,铁山港内部湾顶位置处最大风暴增水超过了3.2 m,比铁山港口门处增加了1.2 m,因此需要格外重视铁山港湾顶处的风暴潮防灾减灾工作。     

资料同化在渤黄海风暴潮重现期 计算中的应用研究

基于渤黄海沿岸 14个潮位站的历史潮位资料,同时刻同化利用 W RF 大气模式驱动风暴潮数值模型模拟得到沿岸 2忆 格点的逐时风暴增水。通过烟台潮位站的同化试验以及与观测资料完整的塘沽和羊角沟潮位站进行重现期比较分析,表明最 优插值法可以提高数值模拟法计算得到的重现期风暴潮位的准确度,至少是在潮位站附近同化后的重现期值是合理可信的, 证实资料同化在渤黄海风暴潮重现期分析中具有良好的性能,可在大范围、高分辨率进行沿岸风暴潮重现期分析中予以采 用。据此给出了渤黄海沿岸五十年一遇和百年一遇风暴潮的分析结果,以期为渤黄海沿岸今后的布局规划和堤防建设工作提 供决策支持。     

广西沿海风暴增水特征分析

根据1965—2016年间影响广西沿海的热带气旋资料和风暴增水资料,分析研究广西沿海风暴增水特征。结果表明:在时间分布上,广西沿海平均每年发生风暴增水过程1.8次,每年6—10月均有可能发生风暴增水,且集中在7—9月。在空间分布上,广西沿海风暴增水过程呈现出规律性:在不同路径热带气旋影响下,各观测站风暴增水均是先减水,后增水,最后逐渐回落至正常状态;观测站距离热带气旋登陆地点越近,其最大增水值越高;反之,其最大增水值越低。另外,还采用Pearson-Ⅲ型分布计算广西沿海不同重现期的高潮位值。     

中国大陆沿海离岸海啸振幅统计分析

采用MOST海啸传播模型计算历史地震可能在中国沿海附近引发的海啸增水。历史地震的发生频次采用Poisson分布拟合,离岸海啸增水采用复合分布进行拟合。对比Poisson-Weibull分布与Poisson-Generalized Extreme Value分布的计算结果,Poisson-Lognormal分布可以更好地描述离岸海啸增水的概率分布。进一步给出中国沿海离岸地点的海啸振幅并估计了相应的重现值。结果显示,重新期为2 500a年时,广东省东北部海域、福建省西南部海域及台湾南部和东部海域的离岸海啸振幅达到50cm。所得结果可为中国沿海城市防灾减灾提供参考。     

风暴增水系统的记忆期概念及其预报方法

本文提出风暴潮增水系统的记忆期概念，用实测资料和理论模型分析了记忆期的存在，把记忆期的概念应用于风暴增水预报方程中，并且用实测资料作了检验，收到了良好的效果     

南黄海海域风暴潮精细化数值模式研究

基于目前国际上应用广泛的ADCIRC水动力模型在南黄海海域建立了重点岸段网格分辨率达到100 m的精细化风暴潮数值预报模型,该模型采用非结构三角网格及并行计算技术,能够准确地刻画出南黄海海域复杂的岸线分布和地形情况。通过对历史典型台风风暴潮和温带风暴潮的模拟、预报检验发现:台风风暴潮的后报平均相对误差为14%,温带风暴潮24 h预报平均相对误差为12.9%。     

江苏省洋口港风暴潮数据分析

主要对江苏如东燃气电厂厂址(如东县长沙港海堤外)所在洋口港进行了风暴潮数据分析及对厂址影响评价。通过对风暴潮影响规律和历史强风暴潮过程灾情分析,仔细研究了相关特征潮位与潮位重现期和波浪爬高计算,确定了厂址区域的警戒潮位。研究认为:现有的堤防工程能够抵御重现期为200a一遇的风暴潮过程的堤防设计标准要求。     

铁山湾内天文潮对风暴潮水位的影响研究

作为半封闭狭长海湾,铁山湾受风暴潮灾害的影响较为严重。根据多年观测资料和数值模型对铁山湾内的风暴潮水位特征进行了研究。观测资料表明海湾内风暴潮峰值水位受天文潮相位影响较为显著,然后基于ADCIRC风暴潮模型和1409号“威马逊”台风参数,定量评估了天文潮对风暴潮水位的影响。模拟结果表明当考虑天文潮作用时,会显著提高模拟结果精度,然后通过数值实验研究了风暴潮与不同相位天文潮相互作用时的水位变化特征。数值实验结果表明天文潮-风暴潮相互作用引起的非线性水位在涨潮阶段不明显,在高潮位时非线性水位达到负值最大;在落潮时达到正值最大。风暴潮增水峰值由于受到这种非线性效应的影响,在高潮位时数值最小。海湾内非线性作用要远大于外部,非线性效应越强,总水位峰值相对于天文潮高潮位的延迟时间也就越长。     

基于非对称Archimedean Copula的三变量风浪重现水平分析

采用非对称Archimedean Copula函数与Kendall分布函数分析极端波况下的波高、周期和风速三变量联合概率分布与风险率及其设计分位数,为海岸海洋工程设计和风险评估提供参考依据。以粤东汕尾海域的实测风浪数据为例,使用非对称Gumbel-Hougaard Copula函数计算三变量风浪联合分布的"或"重现期、"且"重现期和二次重现期及其最可能的风浪设计值。主要结论如下:对比不同设计风浪重现期显示,"或"重现期的风险率偏高,"且"重现期的风险率偏低,二次重现期更准确地反映了特定设计频率情况下三变量风浪的风险率;按目前有关规范设计要求的单变量风浪要素设计值已经达到安全标准,按三变量"或"重现期和三变量同频率设计值推算的风浪设计值偏高,以最大可能概率推算的三变量风浪要素的二次重现期设计值可为相关工程安全与风险管理提供新的选择。     

风暴潮、大潮对广西涠洲岛西南沙滩侵蚀的影响分析

本文统计分析了广西涠洲岛沿海气候、潮汐和风暴潮等历史资料,利用耿贝尔方法推算了涠洲岛多年一遇年极值高潮位,并估算了其漫滩范围分布,指出近几年高潮位出现的频次和极值均越来越高是涠洲岛西南部沙滩侵蚀愈加严重的重要原因,最后结合风暴潮-海浪耦合数值模拟了研究区域内"0312"号台风风暴潮漫滩的情况,分析了风暴潮和大潮对涠洲岛西南部沙滩侵蚀的影响,对当地岸滩修复和防护具有一定的指导意义。     

不同路径台风作用下长江下游沿线风暴增水分布研究

长江口受台风影响严重,台风风暴潮、上游洪峰及天文大潮相遇将致使长江下游至长江口水位暴涨,对沿岸至河口的防汛安全构成严重威胁。基于ADCIRC模型构建东中国海至长江口风暴潮数学模型,模拟9711号台风和0012号台风两场典型台风水位过程。以典型台风为基础构成多种台风路径,分析不同登陆位置和走向对长江沿线风暴增水影响。研究大洪水、不同路径台风、天文大潮共同影响下长江下游沿线风暴增水分布规律。结果表明:登陆位置处于长江口南侧情况下长江河道沿线增水大于正面登陆长江口和北侧登陆型台风;平行于长江河道方向移动的台风造成沿线增水大于斜向穿越长江口的台风,不同台风走向对于风暴增水影响程度小于登陆位置;台风风暴潮、上游洪峰及天文大潮“三碰头”情形下长江沿线增水分布呈单峰型,从大通至江阴不断增大,江阴至中浚维持高位,中浚至口外迅速减小。     

考虑溢流条件下的核电厂址风暴潮模拟与研究

基于ADCIRC建立了三门湾风暴潮模型,模型模拟结果与实测数据吻合较好。以可能最大热带气旋参数为基础构建了多种假想台风路径来计算三门核电厂址处的可能最大风暴潮增水。结果表明,NW向登陆且距离核电厂址左侧为R(最大风速半径)时的假想台风使得三门核电厂址处的增水达到最大,风暴潮增水最大值为4.58 m。将可能最大风暴潮增水叠加天文高潮位进行计算,厂址前沿处水位达到了7.75 m,而三门湾顶附近的最高水位已经达到9 m,超出了三门湾沿岸海堤高程。将三门湾沿岸陆地依照高程概化为计算区域进行漫堤计算,当天文高潮位叠加可能最大风暴潮水位时,三门湾沿岸会发生漫堤溢流现象,淹没范围最严重的区域出现在湾顶处,最大淹没面积达到了120 km2。此时厂址前沿最高潮位为7.25 m,与不溢流相比下降了0.50 m。本研究可为三门核电厂址的安全防护提供科学依据。     

日照地区风暴潮增水重现值计算

为给政府、规划、设计部门决策提供参考,采用组合分布法对日照地区风暴潮增水的重现值进行了计算。提出了以台风发生强烈的季节和月份进行统计抽样统计的替代方法,简化了工程设计初期的数据处理工作量;并给出了适用于日照地区风暴潮增水的分布模式。与传统的年极值法和过阈法相比,该方法考虑了风暴潮增水的季节变化,物理意义更趋明确。     

Adaptive mesh refinement for storm surge

An approach to utilizing adaptive mesh refinement algorithms for storm surge modeling is proposed. Currently numerical models exist that can resolve the details of coastal regions but are often too costly to be run in an ensemble forecasting framework without significant computing resources. The application of adaptive mesh refinement algorithms substantially lowers the computational cost of a storm surge model run while retaining much of the desired coastal resolution. The approach presented is implemented in the GeoClaw framework and compared to ADCIRC for Hurricane Ike along with observed tide gauge data and the computational cost of each model run.