台风波浪数值预报的CHGS法 Ⅰ.成长过程中的海浪谱

文章指出,由于台风风场中风速、风向随时间和空间急速地变化,越近台风中心风速越大、风区越短、风时越小,风浪就越是不可能充分成长。所以在台风浪数值计算工作中不能使用充分成长的海浪谱模式。作者等在最近提出的台风波浪数值预报方法(以CHGS表示)中,建立了一种成长海浪谱模式(如文中(2)式),该模式中包含了标志着风浪成长程度的参数——平均波龄β。当β值较小时,波浪的能量主要集中在谱的峰值频率附近,使谱峰高而陡,随着β的增大,谱形逐渐变得低矮坦缓,当β=1时波浪充分成长,成长谱转变成了充分成长的P-M谱。该模式还表现出了谱在“平衡域”内的“超射”现象。     

台风波浪数值预报的CHGS法——Ⅲ.风浪的成长和涌浪的消衰

文章给出了成长谱(GS)中的参量随风区、风时成长的计算式,其中由Toba的3/2次方定律引出了随有效波龄β_s变化的有效波陡的表达式。文章给出了CHGS方法中波高、周期随风时及风区的成长曲线,并与其他方法作了比较。文章还对波浪数值计算中风浪和涌浪的概念及其划分作了阐述。     

台风波浪数值预报的CHGS法——Ⅱ.台风风场中梯度风摩擦修正系数和风向内偏角的计算

本文采用含有摩擦力项的台风梯度风方程,其离心力项中曲率半径的计算考虑了台风移动的因素,由此得到的台风风场模式,其梯度风摩擦修正系数c和风向内偏角β都是变化的。c一般从台风外围的0.6以下向台风中心方向递增,到台风眼壁附近其值接近1.0;β由外围的35°左右向台风中心方向递减,到眼壁附近减为5°以下,这比以往所用模式都有明显的改进。     

LGFD海浪数值预报方法——Ⅱ.海浪数值预报计算格式

本文给出波数空间中的特征线计算格式及沿特征线的波能计算格式。经北部湾和南海部分测站实测资料的验证,模式在最大波出现前后一天内的后报特征波高和周期值的相对偏差,一般不超过7％。后报结果表明,在南海海域内,特征波高与谱峰值频率之间存在一个-3/10次方定律,它十分类似JONSWAP观测结果,只是其系数略偏低。     

三维斜压台风模式 Ⅱ.预报试验

一种斜压多重移动套网格台网模式在国家海洋环境预报中心已被应用于海洋环境预报。本文第一部分已描述了模式方程组和数值方法。本文继续概述模式网格、变分调整初始化和预报试验结果。最外粗网格域固定,内部细网格域随台风中心轨迹移动。模式中,粗细网格变量采用双向耦合。平衡方程和方程,理想台风场和变分调整方案被用于台风模式初始化。一种简单而有效的资料同化方法,即用第6h台风报和弱约束变分原理调整初始场,被应用于提高预报结果。最后本文给出预报试验结果。预报误差统计显示本模式对台风路径预报具有相当能力,而且可以提供海面风和气压场较好的预报。本模式已经与海浪模式联结,得到满意的波高预报结果。     

LGFD海浪数值预报方法 Ⅰ.海浪数值预报模式

一、前言由于海浪本身的随机性,描述海波运动的最合理逻辑的方式应当是能量或它在波数(或频率)空间中的分布这样的统计特征量。基于能量平衡的现代海浪预报方法的发展取决于我们对以下两方面知识的深化: Ⅰ)海波能(或海波能谱)的输入和消衰机制; Ⅱ)海波能(或海波能谱)在物理空间中和在波数相空间中的传播机制,以及计算机和计算技术的发展。人们根据自己对以上诸方面认识的不断深化,在不同的年代提出了一代又一代的海浪数值预报模式。40—50年代建立在Jefferets机制和总能量(特征波高)平衡方程基础上的Sverdrup-Munk方法是典型的第一代海浪数值预报模式。     

MASNUM海浪数值模式业务化预报与检验

介绍了MASNUM(Key Laboratory of Marine Science and Numerical Modeling)海浪数值预报系统,并利用全球和西北太平洋的Jason-1卫星数据和NDBC浮标数据中的海浪波高观测,对该预报系统进行了自2007年8月1日-2007年12月31日5个月的24,48和72 h预报结果的比较检验.模式校验结果表明,有效波高预报与观测的绝均差在0.5 m左右,从夏季到冬季,预报精度不断提高,与风场冬季预报精度较高吻合.     

三维斜压台风模式Ⅰ.数值方法

一种多重移动套网格斜压台风模式已被应用于海洋环境数值预报.模式采用σ坐标系的原始方程组作为控制方程.现在用于国家海洋环境预报中心的模式垂直方向为非等距4层,水平方向为Arakawa B型格式,所采用的差分格式满足动量和能量守恒原理.模式控制方程组分离成平流过程和适应过程二组方程,并根据大气运动不同过程的特性,分别采用不同的时间步长和不同的积分方法.预报和后报结果显示该数值方法不仅可以缩短机时,而且可以得到稳定的预报结果.     

三维斜压台风模式I.数值方法

一种多重移动套网格斜压台风模式已被应用于海洋环境数值预报。模式采用坐标系的原始方程组作为控制方程。现在用于国家海洋环境预报中心的模式垂直方向为非等距４层,水平方向为ＡｒａｋａｗａＢ型格式,所采用的差分格式满足动量和能量守恒原理。模式控制方程组分离成平流过程和适应过程二组方程,并根据大气运动不同过程的特性,分别采用不同的时间步长和不同的积分方法。预报和后报结果显示该数值方法不仅可以缩短机时,而且可以得到稳定的预报结果。     

胶州湾的波浪数值计算

本文利用波浪方向的能量分布概念和公式,计算了胶州湾多年一遇的设计波浪要素,并绘制了整个胶州湾主要方向50a一遇波高和周期的分布图.由此可以了解胶州湾波浪的地域特征和方向差异.     

WAM正在开发第三代波浪数值预报模式

六十年代起,波浪数值预报开始实用化。至1985年止,据统计世界上已有十多个国家和地区的海洋和气象预报部门已正式开展了波浪数值预报工作,并发布其产品,作为日常业务预报内容之一。目前世界各国已采用的模式有DP（Decoupled Propagation）模式,即非耦合传布模式,CH（Coupled Hybrid）模式,即耦合混合模式;CD（Coupled Discrete）模式;即耦合离散模式,一般CD模式称为第一代模式,CH和CD模式称为第二代模式, 欧州共同体拟于1989年正式发射ERS-1地球资源卫星,其中有几个通道是专门用于海洋观测,包括波浪观测,为了充分利用人造卫星的观测资料,1984年批定了波浪模式化计划（WAve Modelling project。简称WAM）,并设立了一个专门小组,由荷兰气象研究所G·Komen任主席。该组织开始限于西欧共同体,1985年以后,成员扩展到美国、日本、加拿大、中国等国,成为一个波浪数值模式化的世界性学术团体。该组织的主要任务是: ──联合开发第三代全球波浪数值预报模式;     

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.     

近岸波浪增水与近岸流的计算方法研究：Ⅱ.数值模式与模拟计算

本文建立了一套计算近岸复杂地形上由二维随机波浪引起的波浪增水与近岸流的数值模式,并在模拟地形上实施了计算实验。结果显示,波浪增水基本发生在破碎线以内,增水强度因地而异,岸边最大增水幅度可达深水有产波高的３１％;波浪增水可导致漫滩过程,以近岸波浪的计算具有较大影响;近岸流以流包形式存在,流速量级与以往观测值相近。     

波浪浅水变形的数值计算

本文给出缓慢倾斜海底上波浪浅水变形计算的数值模式。该模式取相对水深h/L0＝0．1为连结点，根据已知的初始波要素值,使用线性波理论和椭圆余弦波理论，分别计算因水深变浅引起的波高、波速的波长的变化。     

波浪浅水变形的数值计算

本文给出缓慢倾斜海底上波浪浅水变形计算的数值模式。该模式取相对水深h/L_o=0.1为连结点,根据已知的初始波要素值,使用线性波理论和椭圆余弦波理论,分别计算因水深变浅引起的波高、波速和波长的变化。     

台风Fitow降雨的数值预报试验

用MM5对热带气旋Fitow(2001)的登陆过程进行了成功的预报，特别是对台风暴雨中心的位置和降雨量的预报与实况相当吻合。敏感性试验表明，华南地形对本次台风登陆过程中心气压和位置的变化没有明显的影响，但对台风低压北侧还是有一定的阻挡填塞作用，尤其是对24h累计的降水量有明显的增幅作用，而华南地形的这些影响主要是由南岭山脉所造成的。由于南岭山脉的阻挡，使南来的暖湿气流强迫抬升，促进了对流活动和降水系统的发展，最终造成台风降雨量明显加强，其增幅达30％。     

基于WRF-SWAN耦合模式的台风“威马逊”波浪场数值模拟

获取高分辨率的风场数据和气压场数据是精确模拟台风浪的基础,采用经验公式构建台风风场和气压场对海浪模式进行驱动,无法反映台风影响下海气动力过程,难以提供高精度的风场、气压场数据。本文基于中尺度大气模式WRF(Weather Research and Forecasting model)和第三代海浪模式SWAN(Simulating WAves Nearshore model),构建了南中国海地区大气—海浪实时双向耦合模式,针对超强台风"威马逊"进行数值模拟。将数值模拟结果与现场观测结果及卫星高度计观测结果进行对比验证,验证结果表明,本文建立的WRF-SWAN耦合模式在对台风"威马逊"影响下的南中国海台风浪的模拟中展现出较高的模拟精度,揭示了台风风场分布和台风浪分布在空间上的"右偏性"不对称分布特征及其形成机制。基于WRF和SWAN建立的大气-海浪实时双向耦合模式能够准确模拟台风动力过程以及台风浪的时空分布特征,可以推广用于南中国海地区台风浪的模拟分析。     

应用Bretschneider经验公式及Meyers台风模式计算台风波浪

本文应用Bretschneider经验公式及Meyers台风模式,对发生在西北太平洋的台风波浪进行了计算,结果表明:计算得到的台风波高与实测波高基本符合.本文应用Meyers台风风场模型时,对其最大风速半径公式中的平均气压值进行了订正:当台风中心移入东海时,取P_N=1010mb,移入南海时取P_N=1008mb。