天津近岸台风暴潮漫滩数值模式研究

基于对POM(Princeton Ocean Model)模式的改进,采用Flather-Heaps干湿网格法和两重网格嵌套的数值计算格式,针对天津近岸海域的地形和易受风暴潮漫滩灾害侵袭的特点,建立了天津近岸海域三维动边界风暴潮漫滩模型,对天津近岸区域台风影响下的风暴潮漫滩进行了数值模拟研究。选取7203,8509,9216,9711号典型台风过程,计算了风暴潮漫滩水位变化,通过与塘沽站点实测数据的比较,计算的增水曲线过程与实测结果吻合较好,基本能够真实反映天津近岸的风暴潮水位变化情况及漫滩范围。研究结果验证了改进POM模式为动边界数值模型并应用于浅海区域是可行性的。     

渤海局部海域风暴潮漫滩计算模式──ADI干湿网格模式在渤海局部海域风暴潮漫滩计算中的应用

采用ＡＤＩ干湿网格模式和一种大小区嵌套式的数值计算格式，考虑了天文潮与风暴潮的非线性耦合效应，对渤海局部海域的风暴潮漫滩进行了数值模拟。模拟结果与实测结果符合良好，证实ＡＤＩ干湿网格模式对海湾风暴潮漫滩计算的可行性。指出ＡＤＩ干湿网格模式对预报淹水受灾范围具有应用价值。     

风暴潮漫滩的半隐半显数值模式及其在珠江口的应用

研究给出了风暴潮漫滩预报的一种半隐半显数值模式,并将其用于珠江口风暴潮漫滩的后报。该模式将风暴潮漫滩的控制方程进行半隐半显离散,使计算稳定性不受时间步长的限制;分别用共轭斜量加速Ｊａｃｏｂｉ法和文中提出的简化算法求解差分方程以提高计算效率。数值模拟试验表明：该模式计算的沿岸风暴潮与天文耦合水位与实测水位值吻合较好,因而对漫滩位置,范围和持续时间的计算应是合理,准确的;因模式允许使用的时间步长比ＡＤ     

温州近岸围堤对风暴潮漫滩影响的数值研究

利用-套基于非结构网格且能计算海水漫堤溢流的超高分辨率风暴潮漫滩数值模式模拟由9417号台风特大风暴潮引起的漫滩,结果与实测吻合良好。此外,选取超强台风强度并以9417台风路径为南路径,往北每间隔30 km为中路径和北路径设计了3条台风路径,进行了-系列数值模拟得出:近岸围堤加大了风暴潮、漫滩淹没对温州的威胁,而且由南路径引起的漫滩深度和中路径引起的漫滩面积影响最大。究其原因,近岸围堤对外海风暴潮在温州近海及瓯江口传播的阻隔和分流作用,两者综合变相加大了风暴潮往瓯江口北侧海域、瓯江北口、瓯江中上游的输送量。     

海平面上升对河北黄骅台风风暴潮漫滩影响的数值研究

基于河北省黄骅地区的风暴潮漫滩灾害风险评估模型,利用成熟的业务化台风风暴潮数值预报模式、100m分辨率的风暴潮漫滩数值模式,以及该地区的海平面上升和地面沉降结果数据,对台风登陆地点、路径、方向进行科学组合,利用各种组合参数条件进行数值计算,得到了995、985、975、965hPa四种台风强度下,海平面上升对风暴潮漫滩的影响。在相对海平面上升50cm和100cm情况下,四种台风强度的风暴潮平均最大漫滩面积分别增加了约35%和86%;台风强度中等,即985或975hPa时,风暴潮最大漫滩面积的增加更为显著。研究表明,海平面上升对该地区的漫滩影响非常明显,有效防范风暴潮灾害的同时,在气候变化的大背景下,应进一步研究和提出应对海平面上升的长效防治措施。     

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。     

风暴潮漫滩数值预报模式分析与探讨

用Ｆｌａｔｈｅｒ可变边界模式数值模拟黄河三角洲的风暴潮漫滩，比较计算的三种漫滩模式，讨论可变边界条件。     

极坐标变换变边界模型及其应用

Ｊｏｈｎｓ变边界模型用于海湾海域风暴潮漫滩计算是，由于岸界变曲较大，而影响了计算的稳定性和精度，本文针对这个问题，导出了极坐标下的连续移动边界模型，从而改善了对岸界弯曲较大海域的风暴潮漫滩计算，通过对１９６９年黄河口沿岸一带水域风暴潮漫滩的模拟，证明这种极坐标变边界模型用于海湾海域的风暴潮漫滩计算，优于Ｊｏｈｎｓ变边界模型。     

胶州湾高分辨率三维风暴潮漫滩数值模拟

基于海表气压项改进的FVCOM(Finite-Volume Coastal Ocean Model)海洋模式,研发胶州湾高分辨率三维风暴潮漫滩数值模式(JS-FVCOM).利用 JS-FVCOM 模式通过对天文潮、台风强度和径流3要素的不同组合,共设计了5个试验,分别进行风暴潮漫滩模拟实验.分析各试验结果得到如下结论:(1)随着台风最大风速的增加,风暴潮增水迅速增加,当综合水位超过防潮堤高程后增水速度明显减慢.海水淹没范围和淹没深度受综合水位超防潮堤高程时间影响明显.(2)在入海河流的河口区,当洪水位与高潮位相遇时,由于高潮位的顶托作用,洪水下泄不畅,造成综合水位上升明显,极易发生海水漫溢现象.JS-FVCOM 的模拟结果清楚地再现了海水漫堤的淹没过程,可为紧急情况下的人员疏散提供科学的基础数据.     

街区尺度风暴潮漫滩数值模拟

本文利用ADCIRC模型,在宁波市北仑区建立了街区尺度的风暴潮漫滩模型,北仑区陆地分辨率达5～10 m。模拟结果整体展现漫滩淹没城市街道建筑的过程,细致刻画了水流在街区和建筑错综复杂分布时的流动情况,以及不同建筑物附近水深的变化,比以往的漫滩模拟更加精细,体现街区尺度网格的优势。数值模拟结果表明:此模型可以较好地模拟1211号台风“海葵”和5612号台风“温黛”的风暴潮过程。利用卫星遥感图像对北仑区地物进行分类,考虑下垫面底摩擦变化对漫滩模拟的影响。对比未考虑底摩擦情况的模拟实验结果,淹没面积减少了21.4%,大部分区域水深降低在0.1～0.2 m,街区尺度网格细致展示出不同地物所在区域的水深降低程度以及淹没面积变化。     

东南沿海台风风暴潮增水过程中非线性机制和地形的作用研究:以1509号台风"灿鸿"为例

本文基于FVCOM（Finite Volume Community Ocean Model）构建了一个覆盖中国渤海、黄海和东海的数值模型,采用NCEP-CFSR风场数据对1509号台风“灿鸿”产生的风暴潮进行模拟,与实测水位数据的对比表明该模型可靠、模拟结果合理。基于此模型,本文对非线性作用和地形在风暴潮增水过程中的作用进行了研究。首先,重点分析了增水过程中潮汐与风暴潮的非线性作用,结果表明：高潮时非线性作用使增水值降低;低潮时非线性作用使增水值升高。另外,开边界处分别只添加M₂、S₂和K₁分潮,分析天文潮的潮高和周期对非线性作用的影响,结果表明：潮高越高,非线性作用越明显;半日潮的非线性作用较全日潮更明显;并且,增水极值附近出现的半日周期的波动也与非线性作用有关。其次,除了非线性作用,地形对风暴潮的增水也有一定影响,本文改变地形的实验结果表明：坡度越大,增水极值越小。琉球群岛的存在使得东南沿海出现风暴潮增水的面积减小,但使得风暴潮增水的高值区域扩大。     

江苏近海风暴潮增水数值模拟研究

为研究江苏近海海域风暴潮的特性以及为该海域风暴潮增水变化机理及后报做铺垫,本文基于FVCOM(Finite Volume Coast and Ocean Model)海洋模式和Jelesnianski圆形台风风场模型,建立了江苏近海风暴潮数值模型,并对江苏近海的天文潮以及1109号台风和1210号台风引起的风暴潮进行模拟。结合验潮站水位观测,研究了连云港站和吕泗站的天文潮和风暴潮增水过程。我们将风暴潮与天文潮非线性作用下的风暴潮增水和纯风暴潮增水过程进行对比,讨论了天文潮与1109号和1210号台风风暴潮之间的非线性作用引起的增水特征。结果均表明,在天文潮高潮时,天文潮和风暴潮之间的非线性作用可以抑制增水,在天文潮低潮时,天文潮和风暴潮之间的非线性作用有利于增水。除了气象因子以及天文潮和风暴潮之间的非线性作用外,该海区的地理环境也对台风风暴潮增水产生影响。因此对江苏近海的海岸线变化和浅滩地形变化进行敏感性试验,结果表明,本文所设计的海岸线变化对该海域的风暴潮增水影响较小,江苏沿海岸线的向外推移使得江苏海域风暴潮的增水略微上涨,而本文所设计的地形的变化对风暴潮增水影响较大。     

Numerical study on effect of tidal phase on storm surge in the South Yellow Sea

Because of the special topography and large tidal range in the South Yellow Sea,the dynamic process of tide and storm surge is very complicated.The shallow water circulation model Advanced Circulation(ADCIRC)was used to simulate the storm surge process during typhoon Winnie,Prapiroon,and Damrey,which represents three types of tracks attacking the South Yellow Sea,which are,moving northward after landing,no landing but active in offshore areas,and landing straightly to the coastline.Numerical experiments were carried out to investigate the effects of tidal phase on the tide-surge interaction as well as storm surge.The results show that the peak surge caused by Winnie and Prapiroon occurs 2-5 h before the high tide and its occurring time relative to high tide has little change with tidal phase variations.On the contrary,under the action of Damrey,the occurring time of the peak surge relative to high tide varies with tidal phase.The variation of tide-surge interaction is about 0.06-0.37 m,and the amplitude variations of interaction are smooth when tidal phase changes for Typhoon Winnie and Prapiroon.While the interaction is about 0.07-0.69 m,and great differences exists among the stations for Typhoon Damrey.It can be concluded that the tide-surge interaction of the former is dominated by the tidal phase modulation,and the time of surge peak is insensitive to the tidal phase variation.While the interaction of the latter is dominated by storm surge modulation due to the water depth varying with tide,the time of surge peak is significantly affected by tidal phase.Therefore,influence of tidal phase on storm surge is related to typhoon tracks which may provide very useful information at the design stage of coastal protection systems.     

一个高分辨率的长江口台风风暴潮数值预报模式及其应用

利用河口海岸海洋模式(ECOM-Si)建立了一个适用于长江口区风暴潮的数值预报模式.该模式采用对岸线有较好拟合能力的自然正交水平坐标系统和能分辨较复杂海底地形的垂直σ坐标系统.模式考虑了长江口径流量对风暴潮的影响,部分地考虑了天文潮和风暴潮非线性相互作用对风暴增水的影响.风暴潮预报的大气强迫场用模型气压场和模型风场.利用所建立的模式对长江口区台风风暴潮进行了8个个例模拟,模拟增水与实测增水的峰值相比较,平均绝对误差不足10cm.利用本研究建立的模式,就气象因子对风暴潮位的敏感性进行了数值试验.试验结果表明,台风中心气压降低(升高)20hPa可导致约100cm的风暴潮位升高(或降低).台风最大风速半径误差对台风增水的变化影响也较显著.试验还表明,长江径流量增加1倍(减半),可以造成风暴潮的平均增加25cm(减小13cm).天文潮位相变化对风暴增水的影响数值试验表明,当台风暴潮与天文潮在不同位相相互作用,可使风暴潮位最大增加达70cm或减小90cm.     

北黄海天文潮与风暴潮耦合水位的数值预报方法

本文在北黄海潮汐、天文潮与风暴潮耦合作用数值研究的基础上,建立了该区天文潮与风暴潮耦合作用下水位的数值预报方法,并取得了计算值与实测值较吻合的结果。     

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。     

浪潮耦合的舟山渔港台风暴潮数值模拟

建立能精确模拟舟山渔港台风暴潮过程的浪潮耦合模型,对渔港防灾减灾具有重要意义。基于Delft3D中的FLOW和WAVE模块,在二重嵌套网格下建立风暴潮和波浪的耦合模型。以9711号台风Winnie为背景,验证耦合模型的可靠性,结果显示,风速、天文潮潮位、风暴潮潮位和有效波高的计算值与实测值吻合良好。利用风暴潮模型与耦合模型分别计算了舟山海域的风暴潮,分析了波浪对风暴潮潮位的抬升影响,定海和镇海站最大波浪增水分别为23 cm和34 cm,耦合模型的模拟精度要高于风暴潮模型。通过模拟9711号台风期间舟山渔港的风暴潮过程,分析了风暴潮的时空分布特征,并给出了浪潮耦合作用对于风暴潮时空分布的影响。     

东海风暴潮与天文潮的非线性相互作用

中国东海的风暴潮具有明显的周期性波动。凤暴潮除了决定于风应力和长波效应外,还受到天文潮与风暴潮相互作用的影响。本文利用一个二维数值模式对天文潮与风暴潮相互作用的水位进行了模拟。我们选取了8114号台风加以计算。计算结果与实测资料基本相符,由此说明水位曲线中的潮周期波动主要是由于天文潮与风暴潮之间的非线性相互作用所致。数值实验还表明,如果考虑到天文潮与风暴潮的相互作用可以显著改善水位的预报精度。     

A Preliminary Investigation into the Nonlinear Interaction Between Storm Surge and Astronomical Tide During the No.8114 Typhoon in the Huanghai Sea

It is known from data analysis that periodic fluctuations are obviously present in theprocess curve representing a storm surge in either the Huanghai Sea or the East China Sea,which has been obtained on the basis of the difference-estimating method. Apart from long-wave effects by storm disturbance, there is a nonlinear interaction between storm surge and