海浪预报知识讲座 第十三讲海浪预报技术及预报方法(6)——海浪数值预报(Ⅱ)

<正>1海浪模式的基本概念表面波的数学描述有很多的随机元素,需要统计说明。代表海浪场的统计参量在特定的时间周期和空间范围上表现海浪的特征。形式上,在这些尺度范围,需要假定我们所描述的海表面是稳态(时间上)和空间均一的。显然,缺少这样的条件将需要在更大尺度范围上描述海浪的成长与消衰。为了有效的模拟变化的海浪,时间步长、网格长度这些刻度都要足够小来刻画海浪的演变,但是更小的时间和空间是否合适必须经过验证。     

海浪预报知识讲座第十二讲海浪预报技术及预报方法(5)——海浪数值预报(I)

1海浪数值预报方法研究概况海浪是一种十分复杂的随机现象,因此海浪的物理机制研究进展缓慢,至今仍没有理论上严密和完善的海浪预报方法。由于海浪的应用性质很强,应用价值很大,所以应用部门不能等到海浪专家把海浪生成机制都弄清以后再来研究计算海浪的方法。因此在研究海浪生成机制的同时就已经开始研究怎样利用风来计算海浪。几十年     

海浪数值预报误差的统计分析

针对海浪资料同化中预报误差的统计性质难以确定的问题,利用WAVEWATCHⅢ和Topex/Posei-don(T/P)有效波高观测资料,对东中国海区的有效波高预报误差进行了统计分析。结果表明,预报误差符合正态分布;不同网格点的预报误差协方差随距离增长呈指数关系递减,并且空间上表现出弱各向异性;在预报模式空间网格为0.5°×0.5°条件下相关距离为3.0°~5.9°。     

全球海浪数值预报业务化试验

本文应用WAVEWATCHⅢ海浪模式,进行全球海浪数值预报试验,通过同期TOPEX/Poseidon卫星观测有效波高的检验,获得令人满意的结果。在模式移植时采用多种优化处理,有效地节约了机时,为我国的全球海浪数值预报业务化打下基础。     

海浪数值预报准业务运行试验

海浪是引起我国海灾海难事故的主要海洋环境过程之一。每年由海浪引起的海灾海难事故所造成的直接经济损失以亿元计。海洋环境预报中心引进第三代海浪数值模式，对中国海近海海域（１５°～４５°Ｎ，１０５°～１４１°Ｅ和１５°～４５°Ｎ，１０５”～１５５°Ｅ）进行了７２小时的海浪数值预报，从１９８９年１月起进行了试报，从１９９２年１１月起投入了准业务运行。预报结果能够为海浪业务预报提供一定的参考。本文介绍了浅水情形下的第三代海浪模式以及几年来的试运行情况。     

海浪数值预报的移套网格方法

网格分辨率对ＷＡＭ海浪模式预报结果的准确伺有重要影响。本文提出了一种移动套网格方法，并在西北太平洋海域的区域化模型中加以实现。利用模型飓风场物模拟风场检验了该方法，结果表明，该方法在计算量增加不多的前提下，可以有铲地校正由于网格过粗导致的ＷＡＭ模式预报结果偏代的缺陷，对业务预报具有重要实用意义。     

南海海浪业务化数值预报系统检验

为检验南海海浪业务化数值预报系统的预报效果,利用2010年和2011年3-11月的观测资料,通过计算预报值和观测值的绝对误差、相对误差等统计参数和线性回归分析对南海海浪业务化数值预报系统进行检验.统计结果显示有效波高和平均周期的预报误差24 h＜48 h＜72 h,有效波高的24 h、48 h、72 h预报平均绝对误差小于0.5 m,平均周期的24 h、48 h、72 h预报平均绝对误差小于0.8 s;预报误差有明显的季节变化,10月和11月的预报误差显著小于其它各月;回归分析结果显示预报值与观测值存在中度高度线性相关关系,随着预报时效的增长相关度逐渐递减,预报值较观测值偏大.总体来说,该系统的预报误差在可接受的范围之内,满足业务化预报的要求,但与欧洲气象中心等发达国家的预报系统比较来看,该系统还存在较大差距.     

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.     

台湾海峡及近岸区域精细化海浪数值预报系统

基于第三代海浪模式,采用四重嵌套网格,建立了WaveWatchⅢ和SWAN嵌套(方案一)和SWAN自嵌套(方案二)两套台湾海峡及其近岸区域海浪预报系统.通过对一次台风过程3天和7天的海浪预报实验,对两套预报系统作了检验.结果表明,方案一的3天和7天的预报误差分别为14.78％和19.53％,方案二的分别为10.38％和15.85％.两套系统的预报精度均能达到海浪精细化业务化预报要求.     

Test of numerical prediction of sea water temperature in the Taiwan Strait

INTRODUTION ln the ocean environrnent prediction nurnerital medels in the China seas, the TaiwanStrait was usually considered as oPen boundary either in the study of the East China Ai or thefouth China As, so it is difficult to get a satisfactory predicted result in this strait area.Recently many stud1es on the Taiwan Strait have been made, arid the predlction serviceproects of the drine prediction stage are increasing and have achieved high--favorable econodricbenefit. Nevertheless, t…     

卫星高度计资料在三维海温和盐度数值预报中的应用

随着卫星遥感观测技术的发展,越来越多的卫星观测资料被应用于数值模式的同化研究中.基于国家海洋环境预报中心西北太平洋三维湿盐流预报系统,利用法国CLS中心的沿轨高度计资料的海表面高度异常的融合数据,结合基于三维变分的OVALS(ocean variational analysis system)同化系统,在垂向将海面高度...     

Surfer 7.0嵌入VB 6.0编程实现水文数据快速可视化

探讨了如何利用Visual Basic 6，0编程语言调用Sufer7．0进行嵌入式编程的基本原理，给出了关键性技术的描述。通过海洋水文数据可视化应用的实例展现了这种编程方式的优、缺点。     

福建近海区海温数值预报试验

将在黄海和东海区建立的有限区域异常海温动力数值预报模式应用于福建近海区海温预报,根据福建近海海区特征对模式作了必要的调整.举出两个试验个例,一个在夏季(3d预报),另一个在冬季(10d预报).在夏季的试验中,恰值台风过境,所计算的流场对台风有较好的响应.冬季,预报海温场与实际海温场的变化趋势基本一致,整个海区的绝对平均误差为0.6℃.海温的变化主要决定于夹卷与抽吸作用,这与海峡的地形特征有关.     

Fully nonlinear numerical wave tank (NWT) simulations and wave run-up prediction around 3-D structures

A finite-difference scheme and a modified marker-and-cell (MAC) algorithm have been developed to investigate the interactions of fully nonlinear waves with two- or three-dimensional structures of arbitrary shape. The Navier–Stokes (NS) and continuity equations are solved in the computational domain and the boundary values are updated at each time step by the finite-difference time-marching scheme in the framework of a rectangular coordinate system. The fully nonlinear kinematic free-surface condition is implemented by the marker-density function (MDF) technique developed for two fluid layers.To demonstrate the capability and accuracy of the present method, the numerical simulation of backstep flows with free-surface, and the numerical tests of the MDF technique with limit functions are conducted. The 3D program was then applied to nonlinear wave interactions with conical gravity platforms of circular and octagonal cross-sections. The numerical prediction of maximum wave run-up on arctic structures is compared with the prediction of the Shore Protection Manual (SPM) method and those of linear and second-order diffraction analyses based on potential theory and boundary element method (BEM). Through this comparison, the effects of non-linearity and viscosity on wave loading and run-up are discussed.     

变分伴随数据同化在海表面温度预报中的应用研究

将变分伴随数据同化技术应用于海表面温度(SST)数值预报.采用中国近海海表面温度短期数值预报模式,将船舶测报海表面温度同化到该模型中,对SST初始场进行优化.文中给出了中国近海SST数值预报同化模型5d试报结果与观测值的比较,整个区域的均绝差由同化前的2.71℃降至0.87℃,即变分伴随数据同化对改进SST数值预报的效果是比较明显的,表明它可成为SST数值预报初始化的新方法.     

Surfer软件在海洋倾倒区地形监测与管理中的应用——以连云港倾倒区为例

针对海洋倾倒区地形测量频次高、数据多的特点,利用Surfer软件对连云港倾倒区多次地形测量数据进行处理、计算、分析,以了解不同时段内水动力影响下连云港倾倒区地形的冲淤变化过程和特点,根据Surfer软件的特点和倾倒区管理的现状,探讨Surfer软件在海洋倾倒区监测与管理中的应用.     

基于SWAN模式的全球有效波高数值预报结果之初步验证

利用国家海洋环境预报中心基于SWAN模式和NCEP预报风场模拟的全球海浪预报场,结合Jason-2卫星高度计和NDBC浮标资料对全球海浪场进行了自2013年7月到2014年6月为期1 a的统计检验。结果表明:预报波高与实测值吻合较好,24 h、48 h、72 h预报的均方根误差均小于0.6 m,偏差绝对值均小于0.1 m,相关系数均大于0.91。有效波高的预报精度随预报时效的增加而降低,预报误差在48 h内变化不大,而在48 h后明显增大。有效波高的预报偏差存在地域性差别,全球西风带和热带地区的偏差较大,而赤道无风带和副热带高压控制地区的偏差较小。     

Representation of double-peaked sea wave spectra

About 1000 measured wave spectra from the North Atlantic and 6000 from the North Sea, were analysed so as to determine the frequency of occurrence of double-peaked spectra in sea states of different intensity. This type of spectrum did not occur so often close to coast and in high sea states. A four-parameter theoretical formulation was proposed to represent double-peaked spectra and was shown to provide an excellent fit to measured spectra. The average values of the spectral parameters describing the two peaks did not show any clear dependence on significant wave height.