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。     

越洋海啸波传播数学模型的研究

应用内外解匹配的方法和驻相法推导了柱坐标系下地震引起的水面波动方程的解,即推导了地震海啸波生成与传播的理论方程,并对越洋地震海啸理论方程进行了求解。基于Boussinesq方程出发,建立了二维越洋海啸波传播数学模型,并对越洋海啸进行了数值计算,计算方法采用有限差分方法,差分格式采用交替方向隐格式(Alternating Direction Implicit即ADI方法)。利用越洋海啸计算模式对发生在大洋中的地震海啸进行了模拟,将数值模拟结果与地震海啸波理论方程的计算结果进行了比较,两种计算结果吻合较好。     

局地海啸波传播数学模型的研究

推导了地震海啸波传播的理论方程,并时局地地震海啸情况下的理论方程进行了求解.基于Boussinesq方程出发,建立了二维局地海啸渡传播数学模型;对局地海啸进行了数值计算,计算方法采用有限差分方法.差分格式采用交替方向隐格式,即ADI方法.利用该模型对发生在台湾海峡的一次地震海啸进行了模拟计算.将计算结果与理论方程的计算结果以及实际情况进行了对比.计算结果较好.为局地海啸波传播提供了一种模拟方法.     

日本“311”海啸对江苏北部沿海影响分析

北京时间2011年3月11日13时46分日本东北部发生里氏9.0级强烈地震,江苏北部的灌河口潮位站正好记录下海啸期间的潮位资料。由于以往对海啸波动的过滤提取方法不统一,而且人为因素影响较大,误差积累影响了后续科研工作的进行。提出综合利用小波能谱、功率谱和滤波分析等方法结合海啸识别结果来提取海啸波的方法,并且成功提取出灌河口站海啸波的周期范围、影响时间和最大波峰。同时采用COMCOT海啸数学模型,讨论了江苏沿海海啸波传播方式,解释了灌河口潮位站海啸波最大波峰未出现在第一波的原因,是因为江苏北部山东半岛特殊的地形使得在黄海传播的海啸波发生反射,与之前的波动产生叠加效果导致的。分析结果表明:江苏沿海由于海啸直接引起的海啸波不高,但是海啸波叠加之后,最大波高却是之前的2倍,因此在海啸预报中应该全面考虑地理位置特点,分析海啸波运动的反射叠加等特征,从而提高预报质量。     

渤、黄、东海海域9711号风暴潮数值模拟

以整个东中国海为计算域,采用 64 个天文分潮控制外海边界,用台风中心气压、最大风速为参数,建立球面坐标系下平面二维风暴潮数学模型,模拟风暴潮与天文潮的耦合流场.数学模型采用改进的 ADI 法求解,以 9711 号台风为例,对风暴潮数学模型进行了风暴潮增水验证,数值模拟结果与实测值符合良好.     

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。     

8114台风暴潮与天文潮非线性耦合作用的初步探讨

黄海的台风暴潮,具有明显的周期性波动。除风暴扰动的长波效应外,还存在天文潮与风暴潮的耦合作用。本文对此进行了数值模拟。计算结果与实际基本相符。由此说明,潮周期波动主要是由天文潮与风暴潮的耦合作用所致,其波动的强弱取决于风暴潮流与天文潮流的相对运动方向、潮差及增水的大小。涨潮时增水最大;退潮时增水最小;而高潮时不出现增水极值。     

1994年发生在台湾海峡的一次地震海啸的数值模拟

建立了一个地震海啸数值模式,模式包含越洋海啸传播部分和近岸海啸变形部分,在越洋海啸传播部分中采用线性浅水方程,使用蛙跃格式求解,并且选择合适的空间步长与时间步长,使差分格式中产生的数值频散与包辛尼斯克方程中的物理频散一致,这样在不影响海啸数值计算精度的前提下,节省了计算机的机时与内存.在近岸海啸变形部分的计算中,考虑了非线性对流项与海底摩擦项.同时该模式采用了多重网格嵌套技术,提高了所关心地区的计算精度.利用这个地震海啸模式模拟了1994年发生在台湾海峡的一次地震海啸,结果与观测记录较吻合.这个模型已用于我国沿海核电站可能最大地震海啸的数值计算.     

上游洪水对台风风暴潮过程期间长江口水位的影响研究

河口地区是河流与海洋相互作用的集中交汇区,也是上游洪水、天文潮和风暴潮等各种动力要素的综合作用区,该区域的水动力研究尤为复杂。长江作为我国第一大河,上游洪水对河口地区的影响尤其明显,特别是天文高潮、风暴潮与洪峰效应相叠加时(俗称"三碰头"),往往会对沿岸造成严重的海洋灾害。以长江大通水文站为上边界建立了一个适合于长江口地区的精细化天文潮、风暴潮和洪水耦合模型,通过对近年来影响长江口的典型台风风暴潮过程的模拟发现,耦合洪水后模型计算结果与实测更为吻合。通过理想数值实验,充分考虑天文潮、风暴潮和洪水的相互作用,定量分析了不同径流量对长江口不同区域的影响,并给出了在不同上游洪水流量和不同台风强度组合情景下,洪水对长江口地区水位的影响以及长江口地区可能出现的高水位。     

2016年全球地震海啸监测预警与数值模拟研究

回顾了国家海洋环境预报中心(国家海洋局海啸预警中心)2016年全球地震海啸监测预警的总体状况, 并基于震源生成模型和海啸传播数值模型的计算结果详细介绍了几次主要海啸事件及其影响特性。2016年全年国家海洋环境预报中心总共对全球6.5级(中国近海5.5级)以上海底地震响应了45次,发布海啸信息81期, 没有发生对我国有明显影响的海啸。结合精细化的数值模拟结果和浮标监测数据,重点介绍了苏门达腊7.8级地震海啸、厄瓜多尔7.8级地震海啸、新西兰7.1级和7.8级地震海啸, 以及所罗门7.8级地震海啸的波动特征和传播规律, 模拟结果与实测海啸波符合较好。针对厄瓜多尔7.8级地震海啸事件, 本文比较分析了均匀断层模型和多源有限断层模型对模拟结果的影响; 针对新西兰7.1级地震海啸, 探讨了色散效应对海啸波在大水深、远距离传播过程的影响规律。     

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。     

浙江沿海潜在区域地震海啸风险分析

采用COMCOT海啸模型建立三重网格模型模拟了2011年3月11日日本东北部9.0级地震引发的海啸发生、发展以及在我国东南沿海传播过程。震源附近浮标站以及浙江沿海的潮位站实测资料验证结果显示,大部分监测站首波到达时间和海啸波的计算值相差在15%以内,表明模型可较好的模拟海啸在计算域内的传播过程。研究表明日本南海海槽、冲绳海槽以及琉球海沟南部是影响浙江沿海主要的区域潜在震源,通过情景计算分别模拟3个潜在震源9.1级、8.0级和8.7级地震引发的海啸对浙江沿海的海啸风险,计算结果表明,海啸波产生后可在3~8h内传至浙江省沿岸,海啸波达1~3m,最大可达4m,此时浙江沿岸面临Ⅲ~Ⅳ级海啸风险,达到淹没至严重淹没等级。     

COMCOT数值模式的介绍和应用

介绍了一个成熟的海啸数值模式-COMCOT模式.COMCOT模式是一个能够模拟海啸产生、传播和增水全过程的基于浅水波方程的有限差分模型.模型采用多层网格嵌套,根据海啸在不同区域的传播特点和要求,分别选用不同的分辨率和计算设置,从而兼顾了模式的精度和计算效率.利用此模式模拟了2006年12月26日台湾南部7.2级地震产生海啸波的传播情况,结果与两个潮位站的海啸波监测数据相吻合.     

海啸波传播的线性和非线性特征及近海陆架效应影响的数值研究

浅水方程被广泛应用于海啸预警报业务及研究,而针对线性浅水方程与非线性浅水方程在不同海区水深地形条件下的适用范围、计算效率问题是海啸研究人员急需了解的。本文应用基于浅水方程的海啸数值预报模型就海啸波在南海、东海传播的线性、非线性特征以及陆架对其传播之影响进行了数值分析研究。海啸波在深水的传播表征为强线性特征,此时线性系统对海啸波幅的模拟计算具有较高的精度和效率,而弱的非线性特征及弱的色散特征对海啸波幅的预报影响甚微,可以忽略不计。海啸波传播至浅水大陆架后受海底坡度变化、海底粗糙度等因素影响,波动的非线性效应迅速传播、积累,与线性浅水方程计算的海啸波相比表现出较大差异,主要表现为:在南海区,水深小于100m时,海啸波首波以后的系列波动非线性特征比较明显,两者波幅差别较大,但首波波幅的区别不大,因此对于该区域在不考虑海啸爬高的情况下,应用线性系统计算得到的海啸波幅也可满足海啸预警报的要求;在东海区由于陆架影响,海啸波非线性特征明显增强,水深小于100m区域,首波及其后系列波波幅均差异较大,故在该区域必须考虑海啸波非线性作用。本文就底摩擦项对海啸波首波波幅的影响进行了数值对比分析,结果表明:底摩擦作用对海啸波首波波幅影响仅作用于小于100m水深。最后,该文通过敏感性试验,初步分析了陆架宽度及陆架边缘深度对海啸波波幅的影响,得出海啸波经陆架传播共振、变形后,海啸波幅的放大或减小与陆架的宽度及陆架边缘水深有关。     

黄海风暴潮和天文潮非线性耦合作用的数值研究

本文以4个主要分潮之和为开边界输入条件,对黄海天文潮及8114、7708、7303号台风潮与天文潮耦合作用进行数值模拟,计算结果与实测值基本相符,又通过模拟的流场和水位的变化,分析了不同风暴条件下,天文潮与风暴潮及其流场耦合作用的时空变化规律,从水位场流场整体上研究其相互关系及其动力机制。讨论了几种主要动力因素在非线性耦合作用中的作用,取得了一些有益的结果。     

“3.11”日本地震海啸及南海和琉球群岛假想地震海啸对福建近海影响的数值模拟

福建地处西北太平洋沿岸,在环太平洋地震带附近,是海啸灾害潜在风险区.＂3.11＂日本地震海啸,福建沿岸验潮站就监测到其海啸波.利用CTSU地震海啸数值模式,模拟了＂3.11＂日本地震海啸对福建近海的影响,模拟结果与实况较吻合.同时,利用该数值模式模拟分析了可能来自于琉球群岛和南海附近海域的地震海啸对福建近海的影响,分析表明,如果在琉球群岛海域（28.0°N,129.0°E）发生8.8级地震,引发的海啸波将在4.5 h左右抵达福建北部海岸,最大海啸波幅可达2 m;如果在马尼拉海沟附近海域（17.5°N,119.0°E）发生8.8级地震,引发的海啸波将在4 h左右抵达福建南部海岸,最大海啸波幅可达3 m,均会给福建沿海地区带来灾害性影响.为此,本文亦针对性提出了防范地震海啸的一些措施与建议,为福建省海洋防灾减灾提供参考.     

基于数值模拟的渤海海域地震海啸危险性定量化研究

根据地震海啸产生的条件,结合渤海海域的地形特征、地质构造、地震学特征和历史地震及海啸记录对渤海海域潜在的地震海啸进行了数值模拟研究。分析了渤海可能引发地震海啸的震源区域,讨论了渤海发生海啸灾害的可能性。文中通过数值模拟再现了渤海历史上几次规模较大的地震事件可能引发的海啸情景,研究分析了可能的地震海啸在渤海及周边海域的传播过程及波动特征.地震海啸传播模型采用基于四叉树原理的自适应网格加密技术,有效解决了局部分辨率与计算效率之间的矛盾。数值计算包括地震海啸产生及传播过程。利用该模型对渤海潜在的地震海啸进行了数值计算,基于数值计算结果定量阐述了渤海海域潜在地震海啸对渤海局部岸段及北黄海沿岸的影响,给出了渤海可能地震海啸危险性划分;研究结果将为我国海啸危险性分析和海啸预警技术研究工作提供技术支持。     

典型海湾风暴潮特征数值模拟与研究

铁山港海湾是一个遭受风暴潮灾害影响较为严重的半封闭型海湾,基于有限元海洋数学模型ADCIRC (Advanced Circulation Model)研究了1409号"威马逊"台风期间铁山港海湾的风暴潮特征及非线性作用。结果表明:当考虑天文潮与风暴潮之间的相互作用时,风暴潮水位的计算结果更加准确,只考虑纯台风影响时,计算结果会低估风暴潮增水值,高估减水值,对预报结果造成较大的误差。海湾内部的增水要远大于湾外,但是减水值则相差不大。通过对天文潮和风暴潮非线性作用的影响因子进行分析,风应力的浅水效应可以忽略,但底摩擦项和对流项影响较大。在海湾内部对流项占主导地位,与天文潮的耦合作用也较强;而在湾外,底摩擦项占优势,耦合作用在海湾内外都较强。天文潮与风暴潮相互作用产生的非线性水位在湾顶处最大可达0.94 m,出现在风暴潮最大减水时刻,风暴潮增水发生后有所减弱,非线性水位表现出从湾外向湾内递增的规律。     

2014年4月2日智利海啸数值模拟与分析

北京时间2014年4月2日智利北部近海发生8.2级地震。地震引发了海啸,南美智利、秘鲁等国沿岸的多个海洋站监测到了明显的海啸波动。文章利用国家海洋环境预报中心开发的CTSU海啸数值模式对这次智利海啸事件进行了数值模拟。模拟结果显示距离震源最近的智利北部受灾严重,秘鲁以及智利南部等海域的海啸波相对较小。沿海站点的第一波海啸波的数值模拟曲线与实测曲线基本吻合。由于数值模型的理想化和近岸水深地形数据分辨率不够,后续海啸波部分模拟结果与实测值存在一定误差。     

日本南海海槽地震海啸对我国东海沿岸影响

本文利用数值模拟技术重现了1707年宝永地震海啸的传播过程,定量分析了我国东海沿岸海啸时空分布特征。计算结果表明,地震发生2.5小时后海啸波传至东海陆架,震后6小时浙江沿海地区遭到海啸的袭击,沿岸最大海啸波高为0.8米。通过海啸波在东海大陆架传播时海底地形与波幅的关系,研究分析了东海陆架缓变地形下海啸放大效应,为及时判断沿海可能的海啸强度和受灾程度提供了便捷的估算方法。此外,本文还评估了南海海槽发生极端地震时,中国东海沿岸的海啸危险性,为东海区域针对日本南海海槽进行海啸预警和减灾评估提供定量科学的参考。