WRF大气模式与台风经验模型在超强台风“山竹”过程重构中的比较分析

通过中尺度气象研究与预报模式WRF（weather research and forecasting）和两种台风经验模型重构了2018年影响我国珠江口地区的超强台风“山竹”过程中的气压和风矢量场,在台风最佳路径数据的基础上开展了方法间的比较,并与香港、澳门和深圳三个国际机场的实测数据进行了对比分析,验证了三种模拟方案模拟台风“山竹”的可靠性。利用非结构网格半隐式跨尺度海洋模式SCHISM （semi-implicit cross-scale hydroscience integrated system model）,将三种模拟气压和风场作为驱动场输入风暴潮模式中进行增水模拟试验,比较了它们在赤湾、三灶、横门和黄埔四个测站风暴潮增水中各自的效果,并进一步验证了WRF模式和两种经验模型模拟台风“山竹”的有效性。综合来看, WRF大气模式对气压、风速、风向及风暴增水模拟效果最佳,如果进一步优化该模式的各种参数化方案,可能还能提高其精度。如果不具备使用WRF大气模式的条件,台风经验1模型也是一个完全可以接受的、简单快捷的方案。     

四象限非对称风场对风暴潮的改进研究

分析了Holland 模型风场和四象限非对称模型风场的差异和适用性,基于ADCIRC 模型建立了适合华南沿海的高分 辨率风暴潮模式,将上述两种模型风场作为强迫场分别模拟1117 号台风“纳沙”风暴潮过程,结果表明：在珠江口、琼州 海峡岸段的风暴潮模拟有了较大的改进,究其原因是四象限模型相比Holland 模型更灵活、能够更好刻画“纳沙”台风非对 称风场结构,说明该风场模型可用于改进风暴潮数值模拟。     

珠江河网1822号台风“山竹”期间风暴增水模拟及特性分析

基于ADCIRC模式和Holland台风模型,建立精细化珠江口风暴潮数学模型.针对2018年台风“山竹”在该区域的灾难性影响,模拟其在珠江河网引起的风暴增水过程,并着重分析了八大口门水道增水的时空分布特征和成因.结果 表明:珠江口外海最大增水和2m以上增水整体由外海向口门、东南向西北增大,最大增水范围为0.5～3.0 ...     

深圳0814号台风风暴潮数值模拟及最高潮位特征分析

基于MIKE21-FM水动力模型,结合Holland台风模型和TPXO7.2全球潮汐模型,建立了风暴潮-天文潮耦合数学模型。根据0814号台风"黑格比"的最佳路径数据,模拟了该强台风在深圳引起的风暴潮过程,并对深圳沿岸最高潮位与对应岸段的警戒潮位进行对比分析。结果显示:深圳沿岸最高潮位普遍超出警戒潮位,其中前海湾以北珠江口岸段最高潮位超出红色警戒潮位,深圳湾岸段最高潮位高于橙色警戒潮位,大鹏湾湾顶西侧岸段最高潮位超黄色警戒潮位,仅大鹏半岛东南侧岸段最高潮位低于蓝色警戒潮位;深圳西部沿岸最高潮位明显高于东部沿岸;深圳珠江口岸段最高潮位沿珠江口伶仃洋纵深方向由南往北递增。     

珠江口伶仃洋风暴潮传播特性及影响因素数值模拟研究——以台风“山竹”为例

基于FVCOM海洋模式对珠江口伶仃洋内及周边海域的风暴潮增水传播过程进行研究。首先,建立珠江口风暴潮模型,采用超强台风“山竹”作为典型案例进行风暴潮过程模拟,并对模型的计算结果进行验证,发现模拟结果和测站潮位结果比较吻合;然后,对伶仃洋在“山竹”登陆前后的风暴潮增水过程的时空分布及变化特征进行分析。从伶仃洋湾口到湾顶选取12个点进行时间序列分析,发现除了因距离外海远近不同导致的相位差异外,基本特征相似,符合国际上类似海湾内的风暴潮增水波动特征,可分为初振段、主振段和余振段。为了进一步研究台风参数差异对伶仃洋风暴潮增水的影响,本文基于“山竹”超强台风的特征参数,设计了一系列变化条件下的数值试验,结果发现：（1）台风的登陆时间会影响到风暴潮增水和天文潮之间的相位关系,进而影响到增水的大小。如果风暴潮增水极值正好在天文潮高潮位,风暴潮增水就会削弱,而风暴潮增水正好在天文潮低潮位,风暴潮增水就会增强。（2）台风中心压差决定了台风风力的大小,从而影响风暴潮增水。但是在同一海湾内的影响在空间上并不相同,在较浅区域影响大而较深区域影响小。（3）台风路径会对风暴潮增水产生较大影响。基于“山竹”的路径,...     

台风对珠江口风暴增水的影响分析

珠江口沿岸风暴潮灾害频发,且受台风影响显著。本研究对珠江口赤湾站近30 a(1990—2019)的极端增水进行了分析。结果显示:近年来该区域年平均增水没有显著变化,但极端风暴增水(99.9%分位数)强度显著增强(1.62cm·a^–1),意味着极端风暴潮灾害强度不断变大;在这30a里,有20a的年最大增水发生于台风期间(占66.7%),2018年超强台风“山竹”引起的增水峰值达254cm,为近30a最大的风暴潮灾害事件;增水对台风的最大响应距离约为500～800km。在台风影响范围内,增水强度与台风强度呈近似的线性关系,与距台风中心距离则呈指数关系。分别利用台风强度的不同指标(台风中心最低气压、最大风速和最大风速半径),结合观测站距台风中心的距离,对增水进行拟合,发现风速与距离组合对风暴增水的刻画效果最好[S_w=3.23e^–0.0036D×(Γ_w–3.90)+4.48,R²=0.78,RMSE=9.69cm]。这些研究结果可提升对珠江口风暴潮灾害的认识,为台风风暴潮模拟提供验证资...     

深圳近海风暴潮影响因素分析

风暴潮可能给沿海城市造成巨大破坏, 而深圳位于易受台风影响的南海北部沿岸, 经济和人口总量巨大, 但有关深圳近海风暴潮的研究工作却十分匮乏。本文基于区域海洋模式系统(regional ocean model system, ROMS)建立了一个以深圳近海为中心的三层嵌套模型, 用于研究深圳近海台风所致风暴潮的影响因素。首先对2018年台风“山竹”过境深圳导致的风暴潮进行模拟, 模拟结果与观测结果较为一致。在此基础上, 进行一系列参数调整试验, 研究台风登陆地点、登陆角度、台风尺度、台风强度以及移动速度的改变对风暴潮及其分布的影响。结果表明, 在深圳西边登陆的台风, 比在深圳东边登陆的台风产生的最大增水高1.5m左右。由东往西移动并登陆深圳的台风, 比由南向北移动的台风产生的最大增水高1.0m左右。台风最大风速半径增加15%, 最大增水上升0.2m左右。台风强度增强15%, 最大增水上升0.4m左右。台风移动速度总体上对风暴潮影响不大, 但不同登陆地点存在明显差异。当台风在深圳西边或者东边登陆时, 台风移动速度增加30%, 深圳沿海各海湾的最大增水反而上升0.2~0.6m。当台风从深圳中部登陆时, 台风移动速度增加30%, 珠江口的最大增水降低0.1m左右, 大鹏湾和大亚湾的最大增水却相反地上升0.2m左右, 不同海湾对台风移动速度呈现不同的变化特征, 与各海湾水体重新分布到稳定状态时间和台风作用时间有关。     

海平面上升背景下中国沿海台风风暴潮脆弱性分析

沿海地区既是我国人口、经济和社会发展的重要区域,又是自然灾害易发和频发区域。基于中国沿海1989—2008年台风风暴潮增水数据、航天飞机雷达地形测绘任务3秒数字高程模型(SRTM3 DEM)数据、2009年县级行政区数据、2005年100m土地利用栅格数据、2003年平方公里人口和国内生产总值(GDP)数据,进行了中国沿海海平面上升背景下的中国东部沿海台风风暴潮脆弱性分析。采用线性回归法得到海平面上升值,采用回归分析法得到风暴潮回归周期和相应潮高,采用高程面积法得到风暴潮土地利用淹没图,采用地统计法得到各高程内被淹县市土地利用面积、被淹人口和GDP。研究结果表明,珠江三角洲地区、长江三角洲和长江以北的江苏北部沿海地区、莱州湾及黄河三角洲和渤海湾与辽东湾地区是我国沿海三大主要台风风暴潮脆弱区,也是今后台风风暴潮重点预防地区;农田、水域与建设用地是沿海地区最易遭受风暴潮增水淹没的3种土地利用类型。     

舟山港台风风暴潮的气侯特征

风暴潮是指由强烈的大气扰动所引起的海平面异常变化现象。舟山市地处长江口南侧,杭州湾外缘的东海洋面上。每年夏秋季节,天文大潮期间,恰逢台风盛行,常引发台风风暴潮。台风风暴潮是造成舟山市台风灾害的主要因子。本文利用1956～2000年舟山市定海验潮站潮位观测资料,对历年影响舟山的风暴潮灾害进行了全面的统计分析,并将台风按路径分型,分析研究了不同路径下台风风暴潮的特点。本文对舟山市风暴潮灾害特征的研究,为下一步建立风暴潮预报模型奠定了基础,有十分重要的意义。     

台风"科罗旺"风暴潮分析

0312号台风“科罗旺”引起的风暴潮灾害是湛江市自1980年以来最严重的一次,该文以台风移动路径、登陆点、风力及气压等气象数据为基础,运用动力学、水文统计学等相关知识,对风暴潮的成因、潮位、增水等特性进行初步分析,得出联系台风与风暴潮之间的一些规律,表明了台风的风力、中心气压、登陆位置和大风持续时间对风暴潮的产生有重要的指示作用。     

基于SSA-ELM模型的台风风暴潮灾害损失预评估

近年来全球气候变化加剧,台风风暴潮灾害的频率、强度和损失逐渐加大,台风风暴潮灾害损失的预评估对海洋防灾减灾工作有重大现实意义.作者选用广东省1995年—2020年间的50组台风风暴潮数据进行研究,量化气候变化数据,建立台风风暴潮损失评估体系并通过主成分分析进行降维.采用麻雀搜索算法优化极限学习机建立预评估模型,分别对台...     

1013号台风“鲇鱼”风暴潮特点分析

1013号超强台风“鲇鱼”在福建漳浦县登陆.登陆时逢农历九月十六的天文高潮,给闽南沿海地区造成了较大的灾害.本文从台风路径特点及灾害、天气形势、与历史相似台风(9914号)对比、数值模拟等方面对此次台风引起的风暴潮过程进行分析得出:进行历史台风相似分析时,除了台风本身路径、强度、移速等参数之外,还要注意分析台风的季节时间,天气形势,登陆地点,这些都会造成台风增水的明显不同;台风登陆后,受地形和降水影响,有时增水也会持续增大几小时.     

波流耦合作用下渤海及北黄海风暴潮增水及海浪过程的数值模拟

本文基于三维波流耦合FVCOM-SWAVE数值模式,采用Jelesnianski参数化风场与再分析数据集ECMWF风场数据叠加而成的合成风场作为外力驱动力,模拟了1818号"温比亚"台风引起北黄海及渤海海域风暴潮增减水及波浪的生长与消减过程,进而分析该海域在"温比亚"台风作用下波浪对流速垂向分布的影响。研究结果表明:合成风场得到的风速最大值及出现时刻与实测数据符合较好,合成风场较为合理,能够为模拟波流耦合机制下海域水动力变化提供准确的风场条件;几个测站的风暴潮增水模拟结果与实测数据较为吻合,FVCOM-SWAVE耦合系统合理地再现了"温比亚"台风在黄渤海引发的风暴潮增水以及台风浪过程。此外,计算结果显示"温比亚"期间黄渤海海域最大有效波高分布于台风中心外围,且位于台风前进方向上,波浪最大有效波高值与台风强度有关;在台风过境期间,波流相互作用对近岸海域流速的垂向分布具有一定影响,考虑波流相互作用可有效提高台风风暴潮数值模拟精度。研究结果对台风灾害预报、防灾减灾及港口建筑选址具有一定的参考意义。     

2012年“苏拉”和“达维”双台风影响的近海风暴潮过程

作为影响我国沿海的主要自然灾害之一,台风风暴潮的产生和影响机制与防灾减灾息息相关。双台风引起的风暴潮因台风强度、路径等相对关系复杂多变,目前双台风相互作用下的风暴潮研究还不充分。采用参数化台风模型对2012年典型双台风"苏拉"和"达维"的风场、气压场过程进行了模拟与融合,并采用ELCIRC模型对双台风作用下的风暴潮过程进行了模拟。引入单台风单独作用的假设算例,探讨了双台风之间对增水、流场的相互影响和影响区域。研究结果表明,虽然两个台风登陆强度相当,但台风"达维"在海州湾海域引起的增水要远大于"苏拉"在台湾、福建海域引起的增水。风暴潮引起的增水及流速变化与台风在海表的风应力密切相关,较大变化幅值分布在台风行进路径的右侧。与台风单独作用时相比,台风"苏拉"与"达维"引起的风暴潮增水与流速变化在两者相互作用下均有所削弱,其中"苏拉"引起的风暴潮受到的影响更大。双台风风暴潮之间的非线性效应在不同区域的强度存在差异,在台风"苏拉"主要影响区域内非线性效应较强,其他区域则相对较弱。以上结果表明产生风暴潮较弱的台风一方对气象环境敏感性更高,风暴潮的响应更显著。     

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,崇西闸、堡镇、吴淞口、高桥、芦潮港、金山嘴、洋山港站和绿华山等8个代表站历史最大增水在1.38~2.58 m之间,各站最大增水小于1 m的累积频率均超过0.9。尽管各站最大增水时间序列未通过Mann Kendall趋势性检验,但吴淞口站的年最高水位却呈现出显著的增加趋势,这可能与上游径流、天文潮、风暴潮和海平面变化等因素的综合影响有关。     

我国南海沿海台风及暴潮灾害趋势分析

利用中国气象局上海台风研究所(CMA)和国家海洋局(SOA)数据资料, 对南海沿海台风活动(1949—2016)和风暴潮灾害趋势(1989—2016)进行了统计分析。结果表明, 南海地区台风年登陆频数整体上呈微弱减少趋势, 但强台风影响及强度呈加强趋势; 1990年代中期台风登陆频数出现显著突变, 粤东地区受高强度台风的影响变得频繁, 粤西地区从2007年开始台风登陆强度逐年增强; 研究区域内台风强度分布一致性较好。文章还总结了典型的热带气旋路径, 分析了不同入射角范围的台风在强度和地区分布上占比的变化规律, 指出近年来中国南海沿海地区年强台风暴潮灾害发生频数增多, 年最大风暴潮等级有增大趋势。     

台风过境期间辽河口滨海湿地水动力特征的数值模拟研究

本研究基于FVCOM环流模型,耦合ECMWF背景风场和Jelesnianski台风经验模型形成合成风场,对9711台风“温妮”过境辽河口区域的水动力进行模拟研究。模型通过在动量方程、湍流方程中加入附加源项来表达盐沼植被对水动力的阻碍作用。使用研究区域实测的潮位、流速、流向等数据对水动力模型进行验证,模拟结果与实测数据吻合较好。结果表明：潮滩盐沼植被对台风过境期间的潮位变化无明显影响,但对流速具有显著的衰减作用,且芦苇对潮流的衰减作用大于盐地碱蓬植被,芦苇区的速度最大衰减率达81.43%。此外,台风路径变化对辽河口湿地海域的增减水及流速影响较大,台风强度越强,局部区域造成的风暴潮增水和流速也相应越大。     

台风风暴潮气压项作用探讨

在台风风暴增水过程中,风应力占主要作用,气压项的作用要上对较小,许多风暴潮预报模式中气压项被忽略。本文在建立台湾海峡风暴潮预报模型的基础上峄台风气压项作用进行了模拟,结果发现在台湾海峡狭长的海域内,台风气压项的作用表现得较为特殊,在台风风暴潮模拟过程中,应考虑其贡献及大小。     

舟山港台风风暴潮的气候特征

风暴潮是指由强烈的大气扰动所引起的海平面异常变化现象。舟山市地处长江口南侧，杭州湾外缘的东海洋面上。每年夏秋季节，天文大潮期间，恰逢台风盛行，常引发台风风暴潮。台风风暴潮是造成舟山市台风灾害的主要因子。本文利用1956-2000年舟山市定海验潮站潮位观测资料，对历年影响舟山的风暴潮灾害进行了全面的统计分祈，并将台风按路径分型，分析研究了不同路径下台风风暴潮的特点。本文对舟山市风暴潮灾害特征的研究，为下一步建立风暴潮预报模型奠定了基础，有十分重要的意义。     

台州沿海地区台风风暴潮淹没风险分析

台州市是我国遭受台风风暴潮灾害最为严重的地区之一,对台州地区进行风暴潮淹没风险分析对于该区域的海洋防灾减灾工作有着十分重要的意义。找出对整个评估区域各控制点均能产生较大增水的台风路径作为淹没风险分析的基础路径,同时为保守起见,保证每次台风过程的最大增水均叠加在当地天文高潮上,根据台风强度不同分为6个等级对应风暴潮的不同强度,评估分析六个不同等级的台风风暴潮叠加到台州当地天文高潮所产生的风暴潮灾害。评估中还充分考虑了实际一维海堤等对评估结果的影响,评估结果更加合理。从分析的结果来看,由于台州市区高程普遍偏低,一旦出现海水漫堤的情况,将会在评估区域内造成大面积的淹没,受灾程度视淹没深度和范围不同而不同。