温州瓯江口浅滩地区越洋海啸影响评估计算

日本“3·11”地震海啸事件发生后,为了避免灾难重演,各滨海国家在加强海啸基础理论研究、改进海啸预警系统的同时,还应对沿海重大工程及重点保障目标进行地震海啸灾害风险排查及再评估工作;对在建的重大基础设施和社会经济功能区划应进行全面的地震海啸安全论证.在此背景下,该文首先概括总结了我国东南沿海的地震海啸风险及历史海啸事件时空分布,简要介绍了越洋海啸传播特征.海啸源选取基于潜在可能最大海啸,选取环太平洋地震带上的潜在地震海啸源,进行温州瓯江口地区越洋海啸影响评估计算.海啸数值计算模型采用美国康奈尔大学的COMCOT模型,利用该模型对2010年智利海啸、2011年日本海啸进行了近场、远场模拟验证,计算结果与观测数据吻合良好,模型可信.应用联合国教科文组织政府间海洋学委员会(UNESCO/IOC)太平洋海啸预警系统的海啸危险性等级标准,结合评估计算结果,对瓯江口浅滩地区海啸危险性进行等级划分,获得了该地区的海啸危险性初步评估结果.结果表明:在所选的10个潜在或历史海啸源产生的越洋海啸对研究区域的影响均小于100 cm,此规模的海啸不易对该地区造成灾害性影响.研究结果对于指导该地区的海啸灾害风险评估及风险排查具有一定的参考价值.     

深圳海域潮汐海啸波耦合数值研究

以COMCOT海啸模式和TPXO7.1全球潮汐模式为基础,采用三层嵌套网格,建立了南海海啸与潮汐耦合计算模型,分析深圳海域海啸和潮汐相互作用。潮汐计算结果与实测数据吻合较好,高、低潮位平均误差小于15 cm,20 cm;在潮汐验证的基础上,以马尼拉海沟潜在地震海啸源为案例,进行8.0,9.0级地震海啸与潮汐耦合情景模拟计算,计算结果表明,9级地震海啸在深圳海域外海波高为140~150 cm,如先行波为正波发生在高潮时将产生异常高潮位,负波发生在低潮时将产生异常低潮位,线性叠加计算结果偏大,在25.0 cm之内,到达时间差异小于6 min。     

东海海啸反问题预报模式研究——以日本“3·11”海啸为例

采用COMCOT数值模式,将日本东海岸划分为18个单位震源,建立了日本东海岸海啸数据库并用非负约束的最小二乘法建立反问题预报模式。将本模式应用于日本"3·11"海啸,计算所得的海啸初始水位有10 m的抬高与3 m的降低,与前人研究结果基本一致,预报的浮标水位与实测资料符合良好。对比浙江省近岸潮位站实测海啸波高,预报值与实测值偏差较大。若采用反问题反演的震源,通过COMCOT非线性模式求解近岸水位,可以大幅提高预报精度。     

基于有限元法的福建沿岸天文潮风暴潮耦合预报模式研究

采用有限元法建立了一个适用于福建沿岸的天文潮-风暴潮耦合预报模式(FETSCM),模式采用三角网格,在福建沿岸平均网格分辨率为1 km,最高500 m.利用福建沿岸6个潮位站的实测资料对模型进行了验证,天文潮模拟结果与实测吻合良好,5个站位平均绝对误差为22 cm;31场历史台风期间6个站位风暴潮后报模拟误差为24 cm;天文潮-风暴潮耦合总水位的平均极值误差为20 cm,表明该耦合预报模式对福建沿岸的台风灾害预警有较好实用价值.     

基于全球海洋模型GOCTM的海啸传播过程数值模拟——以2004印尼大海啸为例

文中利用在有限体积近海模型FVCOM基础上拓展开发的全球海洋模型GOCTM(Global Ocean Circulation and Tide Model)进行了海啸波传播过程模拟,GOCTM采用全球无结构三角形网格,避免了开边界条件引入带来的误差,利用德国AWI研究所提供的海啸源作为初始水位场,模拟了2004年12月26日苏门答腊-安达曼Mw 9.2地震引发的海啸传播过程。通过模拟结果与印度沿岸潮位站数据以及海啸发生过程观测到的卫星高度计数据进行了对比,发现模拟结果与观测值相近,相关系数最高达0.82,相关性较好。模拟的海啸波到达苏门答腊岛北部的时间与日本的TUNAMI 模型和德国AWI研究所的TsunAWI模型的模拟结果相符,时间相差不到30 min,证明GOCTM全球模型可以较好地对海啸传播过程进行模拟,结果令人满意,希望本工作可以为我国海啸预报和预警提供参考。     

Delft3D在天文潮与风暴潮耦合数值模拟中的应用

本文应用Delft-3D水动力学计算软件,以长江口地区为例建立的台风风暴潮、天文潮耦合数值预报模型,对台风风暴潮、天文潮两潮耦合预报模式进行探研和分析。该模式不同于以往的单纯台风增水模型与天文潮叠加的风暴潮模式,而是在计算中直接对天文潮和台风风暴潮进行两潮耦合,有效地消除了近岸地区潮波与增水之间叠加的非线性影响。通过模拟台风8114和7708过境对长江口的影响,并与实测数据比较,预报结果和实测水位过程的对比说明,台风风暴潮耦合数值预报模式对增水和高潮的过程预报是准确的,两者在高水位时同步且相差甚微。     

耦合潜源参数不确定性效应的地震海啸危险性分析——原理与方法

总结基于数值模拟的地震海啸危险性分析的基本步骤,论述潜源位置界定原则、潜源参数取值方法、潜源地震海啸发生率估算方法,同时给出一种可以耦合潜源参数不确定性效应的地震海啸危险性分析方法。     

波浪与大孔隙多孔介质相互作用的耦合数学模型

建立了波浪与大孔隙多孔介质相互作用的耦合数学模型,波浪域的控制方程为雷诺时均方程和k-ε紊流模型。对于计算域的入射波采用推板式造波,它可以是线性波、椭圆余弦波和孤立波。采用PLIC-VOF法追踪波浪自由表面。对于多孔介质内的孔隙流场采用非线性Forchheimer方程,两区域共享连续方程,最后导出的波浪域与孔隙流域的压力修正方程具有完全相同的形式,利用这个方程能够同时而不是分别求解波浪场和孔隙流场,避免了在内部边界上给定匹配条件,实现了波浪场与孔隙流场的同步耦合。波浪与粗颗粒海床、平底床面上抛石潜堤及斜坡上抛石潜堤相互作用的验证计算结果表明该模型可用于研究波浪与大孔隙多孔介质相互作用的问题。     

双曲余弦海脊上海啸俘获波的解析与数值研究

海啸能被大洋海脊引导以俘获波的形式沿其传播上万千米,且因其特殊的运动方式,携带巨大能量影响远场地区的港口,严重威胁海岸安全。本文首先基于线性浅水方程,推导了双曲余弦平方海脊上俘获波的波面解,其为μ阶ν次的连带勒让德函数的第一类解和第二类解的组合。进一步推导出其对应的频散关系,其中对于确定的频率ω,存在无穷多个波数k_y与之对应。采用MIKE21-BW模型,模拟了产生于海脊脊顶处的海啸在理想双曲余弦平方海脊上的传播变形过程。结果表明,小部分能量以自由先驱波进行传播,海啸波的波能大部分被海脊俘获。海脊俘获波沿着海脊方向为行进波,随着海啸波传播时间的增加,波浪在沿着海脊方向的延展范围也逐渐增大,波高逐渐减小、波的个数逐渐增加。俘获波能量主要由不同频率以相同速度传播的具有孤立波特性的波浪成分和能量主要集中在特定频率范围内的波浪成分组成。     

水动力与生态耦合的赤潮藻类生长模型研究

针对近岸海域赤潮藻类生长及分布的特点,将简化了的赤潮藻类模型与水动力学中的对流扩散方程相耦合,建立了一个水动力与生态耦合的赤潮藻类生长的深度模型。模型中用一个积分形式的指数函数模拟了藻类生长过程,用一个一阶线性函数近似模拟了藻类的死亡过程,用藻类浓度的一阶导数项模拟藻类的输运过程,用浓度的二阶导数模拟了藻类的扩散过程,并用高精度的三阶迎风格式对模型进行了数值模拟,结果表明,该模型能正确的反映藻类的生长特点,与实际情况吻合良好。     

有居民海岛土地开发利用强度评价研究——以东海岛为例

针对海岛土地资源的特殊性,制定了适合于有居民海岛的土地开发利用强度评价流程,给出了有居民海岛土地开发利用强度评价方法,并以东海岛为例,对其2006—2010年的土地资源开发强度进行评价。评价结果分为弱、较弱、中、较强、强和极强6个等级,各等级所占比重分别为94.00%、3.28%、1.98%、0.59%、0.04%和0.11%。评价结果表明,东海岛2006—2010年土地资源总体开发强度较弱。     

海岸带开发强度评价研究——以温州为例

文章采用资源(R)—生态环境(EE)—社会经济(SE)指标体系法,构建了陆域资源、海域资源、陆域生态环境、海域生态环境、社会发展和经济发展六大因素19项指标33个参数的评价指标体系,规范了海岸带开发强度评价内涵,建立海岸带开发强度评价方法,以温州为例,评价海岸带开发强度。研究结果:1温州市沿海没有开发强度等级高的区县。2龙湾区、乐清市、瑞安市和苍南县开发强度等级均较高,其评级顺序由高到低依次为龙湾区、乐清市、瑞安和苍南;开发强度等级中等县区是洞头和平阳,二者评价级别相同。3海域开发强度等级最高的是乐清市和洞头县,瑞安市海域开发强度等级最低。4龙湾区、乐清市、瑞安、平阳和苍南生态环境分项评价值较高,海岸带区域生态环境已经受到一定程度的损害。研究结论:基于R—EE—SE指标体系法是研究海岸带开发强度的一个较好评价方法。     

风暴潮灾害情景下海岸带暴露指数时空演变研究——以福建省东山湾为例

暴露指数反映了环境在面对极端天气事件时承受灾害的潜在风险程度。研究利用遥感影像数据、数字高程数据(DEM)、海洋水深及风力数据等, 基于暴露指数模型, 以福建省东山湾为案例研究区域, 对风暴潮灾害情景下的海岸带暴露指数及其时空演变进行分析。研究结果显示: (1)近十年来, 东山湾海岸带暴露指数总体呈下降趋势, 潜在风险程度为“中”及以上区域占比由67.14%下降至59.06%, 海岸带在面对风暴潮灾害等极端天气事件时潜在的风险程度总体降低, 海湾地貌类型差异及其形态变化是影响东山湾暴露指数产生波动的主要原因; (2)基于暴露指数评价结果, 结合海岸带开发利用现状, 研究可对东山湾海岸带生态环境的敏感区域进行识别, 并制定具有针对性的开发利用与风险防范对策, 为海岸带空间规划、生态保护修复格局的科学划定提供理论支撑, 在助力海岸带陆海统筹和可持续发展上具有重要意义; (3)研究提出的一种基于时间序列的暴露指数研究技术路线和框架, 可为海岸带脆弱性评估、海岸带韧性评估、海岸带灾害监测预警等相关研究提供新的研究视角, 在基于深度学习的海岸带灾害风险预警与灾害模拟等方面也具有较为广阔的应用前景。     

数字经济与现代海洋产业体系耦合协调关系及影响因素研究

推动数字经济与现代海洋产业体系协调发展是实现海洋经济高质量发展和海洋强国战略的重要内容。通过构建综合评价体系,文章从时间和空间两个维度考察中国沿海11个省(自治区、直辖市)数字经济与现代海洋产业体系的耦合协调关系;并基于空间误差模型,分析了两者耦合协调度的影响因素。结果表明：沿海地区数字经济与现代海洋产业体系发展水平均呈上升趋势,两者的耦合协调度逐步向高水平迈进,呈现出“以上海和广东为中心逐渐扩散发展”的空间特征;耦合协调度呈现明显的空间自相关性,经济发展、产业结构、人力资本、科技创新水平是重要驱动因素。因此,要重视数字经济发展,积极构建数字经济与现代海洋产业体系协同机制,促进海洋产业、人力资源、科技创新协同发展,助力海洋经济高质量发展。     

水动力时空变化对近岸风浪演化的影响——以渤海湾西南岸为例

采用SWAN模型和ADCIRC模型建立了风浪、潮汐和水流联合作用的耦合数值模式,并通过渤海湾西南岸实测资料对该模式进行了验证。利用该模式分析了近岸区水位和流场时空变化对风浪模拟结果的影响,计算结果表明水位变化对近岸区风浪模拟结果有显著影响,特别是中等大风过程高潮位时波高受水位影响的变化幅值可达0.5m以上,且水深越浅影响越大。但在岸滩平缓的近岸海域由于流速、流向的时空变化不太剧烈,流场作用和波浪辐射应力作用对波浪场的影响都基本可以忽略。在模拟近岸风浪过程时,应选用耦合模式。     

基于GIS的特色小镇生态敏感性研究——以山东营丘镇为例

生态敏感性评价是制定生态环境规划、区域环境政策的重要依据。文章利用生态敏感性相关理论,在营丘镇调研数据和影像遥感数据基础上,选取高程、坡度、水域、用地类型、道路交通5个敏感因子,构建评价指标体系;运用层次分析法确定各敏感因子权重;利用GIS多因子加权叠加法对山东营丘镇生态敏感性进行综合评价,得到营丘镇生态敏感性的空间分布。结果显示:区域生态敏感性的空间分布存在较大差异,敏感程度总体较高,极敏感区、高敏感区、中敏感区、低敏感区、非敏感区分别占总面积的10.09%、12.50%、25.57%、32.24%、19.60%。研究营丘镇的生态敏感性,并进行生态功能分区,提出分区保护和城镇规划建设措施,既满足发展需要,又能将生态环境影响最小化,保证营丘镇生态环境可持续发展。     

GF-3号SAR卫星遥感围填海监测方法研究——以大连金州湾为例

依据不同围填海类型在高分三号(GF-3)合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)卫星遥感影像上可分性,建立围填海遥感分类体系及相应的围填海类型解译标志,进而分析SAR图像岸线提取方法,构建GF-3围填海监测技术流程。采用几何主动轮廓模型进行GF-3 SAR影像自动提取海岸线,获得围填海专题图。通过外业精度调查验证GF-3 SAR卫星遥感影像可以有效获取围填海信息。     

基于Delft3D模型的风暴潮增减水模拟研究——以“9711”号台风为例

为了精确模拟"9711"号台风期间风暴潮增减水过程,考虑耦合作用下的非线性,利用Delft3D建立三维天文潮和风暴潮耦合模型,利用实测数据进行了验证,探究了台风经过日照港时风暴潮增减水过程。结果表明:(1)"9711"号台风引起的风暴潮增减水位呈现周期性变化,其变化周期与天文潮周期相近;(2)风暴潮期间,日照港西南侧海域增减水幅度较大,增水时,NE流向与SW流向的潮流在该区域相遇叠加,使增水幅度加重,减水时,该区域潮流由SW向NE流动,使减水幅度加重;(3)非线性引起的水位变化在风暴潮的水位变化过程中起负相关作用。     

基于多波束背向散射强度信号的海底表层沉积物粒度分类研究——以澳洲Joseph Bonaparte湾为例

近海海底地形探测与沉积物精确分类对涉海工程建设、生物栖息地反演以及海底资源勘查与开发具有重要的现实意义。以澳洲Joseph Bonaparte湾为例,利用多波束测深技术获取了该海湾约880 km2水域的水深数据与背向散射强度信号,结合同步采集的54个海底表层沉积物样品,通过随机决策树模型对该海域海底表层沉积物进行了分类研究。结果表明:（1）利用随机决策树模型分析该海域沉积物类型与背向散射强度的关系时,当模型内部参数设置:树的总数为200,最小分裂节点为2,每棵树的最大分裂级数为5时,可提高预测准确率;（2）该参数设置下,利用13°和37°入射角的背向散射强度预测该海域沉积物类型时,准确率最高,其值为83.3%,且在研究海域,砂质砾和砾质砂分布在背向散射强度较强的深槽或海沟等地区,而砾质泥质砂和含砾泥质砂主要分布在背向散射强度较弱的浅水海域。分析还发现,当水深数据作为预测海底表层沉积物类型的特征变量时,有可能降低最终预测结果的准确率。