温州近岸围堤对风暴潮漫滩影响的数值研究

利用-套基于非结构网格且能计算海水漫堤溢流的超高分辨率风暴潮漫滩数值模式模拟由9417号台风特大风暴潮引起的漫滩,结果与实测吻合良好。此外,选取超强台风强度并以9417台风路径为南路径,往北每间隔30 km为中路径和北路径设计了3条台风路径,进行了-系列数值模拟得出:近岸围堤加大了风暴潮、漫滩淹没对温州的威胁,而且由南路径引起的漫滩深度和中路径引起的漫滩面积影响最大。究其原因,近岸围堤对外海风暴潮在温州近海及瓯江口传播的阻隔和分流作用,两者综合变相加大了风暴潮往瓯江口北侧海域、瓯江北口、瓯江中上游的输送量。     

雷州市沿海风暴潮淹没危险性评估*

文章基于近岸海洋数值模式ADCIRC (a parallel advanced circulation model for oceanic, coastal and estuarine waters)和近海波浪数值模式SWAN (simulating waves nearshore), 建立雷州市高分辨率的风暴潮-海浪耦合漫滩数值模型, 并反演了对雷州市影响较为严重的1415号台风“海鸥”的风暴潮过程。经过对比分析得出, 波浪对雷州市沿海海域的风暴潮产生重要影响。然后以8007号台风路径为基础, 构造了7个不同等级共35组台风风暴潮案例, 计算分析出不同等级台风强度下雷州市风暴潮淹没范围及水深。900hPa等级下, 雷州市淹没面积达到463.2km²。文章还构造了60组可能最大风暴潮事件集, 计算得到雷州市可能最大台风风暴潮淹没范围及水深分布。在可能最大台风影响下, 大量海水将漫过海堤, 造成极其严重的淹没灾害, 雷州市总的淹没面积可达602.0km², 其中465.8km²的淹没面积达到了危险性等级 Ⅰ 级, 淹没水深大于3m。雷州市东岸的淹没灾害大于西岸。     

普陀沿海风暴潮淹没危险性评估

基于ADCIRC模型,建立了1套适用于舟山市普陀区的高分辨率风暴潮漫滩数值模式,对历史上影响该海域最严重的台风——9711号"维尼"进行风暴潮过程模拟,结果与实测吻合良好。以9711号台风路径为基础,构造了对普陀区沿海最有利增水的台风路径,并设定了5个不同强度的天气系统,充分考虑海堤对风暴潮淹没的影响,模拟得到了不同强度等级下普陀沿海风暴潮的最大可能淹没范围。结果表明,将风暴增水叠加到当地的天文高潮位上时,普陀区本岛区域和六横岛地区都存在着风暴潮淹没风险,水位均超过了当地的警戒潮位线,由于其近岸区海堤内的高程普遍较低,一旦出现海水漫堤的情况,将在普陀主城镇区发生大面积的淹没,淹没水深最大达2.5m左右,淹没面积达到26km2。     

天津近岸台风暴潮漫滩数值模式研究

基于对POM(Princeton Ocean Model)模式的改进,采用Flather-Heaps干湿网格法和两重网格嵌套的数值计算格式,针对天津近岸海域的地形和易受风暴潮漫滩灾害侵袭的特点,建立了天津近岸海域三维动边界风暴潮漫滩模型,对天津近岸区域台风影响下的风暴潮漫滩进行了数值模拟研究。选取7203,8509,9216,9711号典型台风过程,计算了风暴潮漫滩水位变化,通过与塘沽站点实测数据的比较,计算的增水曲线过程与实测结果吻合较好,基本能够真实反映天津近岸的风暴潮水位变化情况及漫滩范围。研究结果验证了改进POM模式为动边界数值模型并应用于浅海区域是可行性的。     

海平面上升对河北黄骅台风风暴潮漫滩影响的数值研究

基于河北省黄骅地区的风暴潮漫滩灾害风险评估模型,利用成熟的业务化台风风暴潮数值预报模式、100m分辨率的风暴潮漫滩数值模式,以及该地区的海平面上升和地面沉降结果数据,对台风登陆地点、路径、方向进行科学组合,利用各种组合参数条件进行数值计算,得到了995、985、975、965hPa四种台风强度下,海平面上升对风暴潮漫滩的影响。在相对海平面上升50cm和100cm情况下,四种台风强度的风暴潮平均最大漫滩面积分别增加了约35%和86%;台风强度中等,即985或975hPa时,风暴潮最大漫滩面积的增加更为显著。研究表明,海平面上升对该地区的漫滩影响非常明显,有效防范风暴潮灾害的同时,在气候变化的大背景下,应进一步研究和提出应对海平面上升的长效防治措施。     

台州温岭市风暴潮淹没危险性分析

利用MIKE21FM模块建立了适用于台州温岭市的高分辨率风暴潮漫滩数值模式,以9711号台风路径为基准,分别以5 km为间隔向两侧平移,构造各种设计台风路径,找到最不利登陆位置进行风暴潮计算,再利用SWAN计算不利路径的堤前台风浪要素,通过经验公式计算越浪量,进行溃堤判断。最后将各路径的淹没计算结果取最大包络,画出6档台风的风暴潮淹没范围图。结果表明:在最高等级的915 h Pa时,由于沿海堤防几乎全溃,因此处于沿海平原区的乡镇基本受淹,随台风强度降低淹没水深及范围逐渐减小,最低等级的965 h Pa时无淹没,其他等级风暴潮淹没介于两者之间。     

浪流耦合数值模式在苏北辐射沙洲海域的应用研究

采用三角形网格海洋模式ADCIRC-2DDI和海浪模式SWAN双向耦合模式,建立了苏北辐射沙洲海域高精度水动力模型,用以研究该海域天文潮-风暴潮-海浪相互作用。以2012年15号台风"布拉万"为例,分别采用WRF气象模型后报风场和台风模型风场进行台风期间水位和波浪场的数值模拟,与实测资料的对比结果显示模型较准确地模拟出了"布拉万"台风期间的风暴增水与海浪过程,但模拟的极值增水和二次增水时间较实测资料提前了3 h左右。对"布拉万"台风期间模拟结果的分析表明:在浅滩及浅滩前沿水域,水位和海流对海浪模拟结果具有显著影响,是否耦合计算的有效波高差异可达1 m以上;波浪对水位的影响具有空间差异,在水深大于15 m的区域,波浪引起的水位变化小于5 cm,在浅滩区域,波浪引起的水位变化在4～10 cm,是否考虑波浪耦合对漫滩区域的模拟结果影响较大,进行浅滩及浅滩前沿的水动力计算,有必要考虑浪流耦合过程。     

渤海局部海域风暴潮漫滩计算模式──ADI干湿网格模式在渤海局部海域风暴潮漫滩计算中的应用

采用ＡＤＩ干湿网格模式和一种大小区嵌套式的数值计算格式，考虑了天文潮与风暴潮的非线性耦合效应，对渤海局部海域的风暴潮漫滩进行了数值模拟。模拟结果与实测结果符合良好，证实ＡＤＩ干湿网格模式对海湾风暴潮漫滩计算的可行性。指出ＡＤＩ干湿网格模式对预报淹水受灾范围具有应用价值。     

上海黄浦江及沿海高分辨率非结构网格风暴潮数值模型

为提高复杂区域内风暴潮的预测能力,以上海黄浦江、长江口和沿岸近海为研究对象,构建了基于浅水方程的风暴潮模型。模型运用HLLC格式计算通量,具有高空间分辨率,能够模拟风暴潮、天文潮、洪水等多重因素作用下潮水位过程变化。它采用了非结构的四边形和三角形混合网格,适合应用于跨尺度河渠和河口等区域潮汐交互作用的分析模拟。为了验证模型,开展了0012号派比安台风和0509号麦莎台风影响下的潮汐变化过程计算。结果表明,该模型能够分析天文潮和台风组合作用下的潮水位变化,能够满足风暴潮预报要求。     

厦门港潮汐、风暴潮耦合模型

建立一个适合台湾海峡及小港湾,特别是能够反映小港湾的漫滩及潮汐、风暴潮耦合效应的数值模型,对小港湾风暴潮进行数值预报,有重要的社会和经济意义.文中以厦门港作为小港湾研究区域,在漫滩、风暴潮的耦合、开边界条件等方面对小港湾风暴潮数值计算作了一定的尝试,提出了一种能够模拟小港湾台风增水,潮位和流场变化情况的途径.     

厦门风暴潮淹没风险预警系统研究

为提高厦门防御台风风暴潮灾害风险的能力,辅助政府部门开展海洋防灾减灾工作,文章基于风暴潮数值模型开发厦门风暴潮淹没风险预警系统,并以1521号台风为例模拟其淹没风险。研究结果表明：风暴潮数值模型能较好地刻画影响厦门的台风风暴潮过程,满足风暴潮淹没风险分析需求;厦门风暴潮淹没风险预警系统采用按警戒潮位预警和按高程预警2种方法分析风暴潮淹没风险,可对影响程度不同的岸段采取不同的预警和防御措施;基于数值模型的风暴潮淹没范围与实地调查区域的淹没范围基本一致,可对未开展实地调查区域的淹没范围进行补充;今后须进一步完善厦门风暴潮淹没风险预警系统,同时建立厦门风暴潮风险评价体系。     

风暴潮淹没范围确定方法与应用——以台风“玛莉亚”风暴潮为例

确定风暴潮淹没范围是风暴潮灾害损失评估工作的核心内容。为提高海洋灾害调查水平,全面掌握灾害影响情况和制定灾害应对措施,文章梳理确定风暴潮淹没范围的主要方式,即遥感和现场调查;重点介绍现场调查手段的4种确定方法,即通过淹没痕迹、漂浮物聚集位置、植被变化和现场询问确定,并分别提出调查结果的可靠性判定方法;以2018年第8号台风"玛莉亚"造成的风暴潮淹没影响为实例,综合采用查找淹没痕迹、查找漂浮物聚集位置和现场询问3种方法,确定牙城镇风暴潮的淹没范围约为91.7万m2。研究结果表明:与采用遥感手段确定淹没范围相比,现场调查结果更具准确性和科学性,可适用于小规模淹没范围的确定,相关方法可行有效。     

滨海新区温带风暴潮灾害风险评估研究

建立了一套基于非结构三角网、适用于滨海新区的高分辨率风暴潮漫滩数值模式,在陆地区域分辨率达到50~80 m,对两次典型的温带风暴潮进行模拟得到满意结果。计算了塘沽站19 a平均天文高潮值并根据对历史天气过程的分析,选取制定了4个强度的天气系统,而后模拟得到不同强度下滨海新区的温带风暴潮最大淹没范围。综合考虑风暴潮淹没风险与承灾体脆弱性制作出滨海新区温带风暴潮灾害风险图。结果表明:大部分地区都存在风暴潮灾害风险,沿海地区风险大于内陆,其中天津新港、临港工业区、海河北岸地区、大港地区南部的灾害风险最大。     

台风风暴潮异模式集合数值预报技术研究及应用

台风风暴潮数值预报的准确性在很大程度上取决于台风路径预报和强度预报的精度以及风暴潮预报模型的计算精度。目前,国际上24/48 h台风路径预报平均误差分别约为120/210 km左右[1],对于走向异常的台风误差更大;更有,根据单一的台风路径和单族的风暴潮数值预报模式并不能保证获得可靠的风暴潮预报结果。考虑多重网格法原理具有在疏密不同的网格层上进行迭代以达到平滑不同频率的误差分量,使得计算快速收敛,精度提高的特性。在前期研究基础上基于业务化高分辨率(结构网格/有限差分算法)和精细化(非结构网格/有限元算法)台风风暴潮集合数值预报模型构建多模型台风风暴潮集合数值预报系统。采用"非同族"模型进行集合预报很大程度上降低了误差相似遗传的可能性。应用该方法对典型台风风暴潮过程进行了试应用,试报结果表明:该方法对风暴潮增、减水预报效果高于单一集合预报,具有一定的应用前景。     

胶州湾高分辨率三维风暴潮漫滩数值模拟

基于海表气压项改进的FVCOM(Finite-Volume Coastal Ocean Model)海洋模式,研发胶州湾高分辨率三维风暴潮漫滩数值模式(JS-FVCOM).利用 JS-FVCOM 模式通过对天文潮、台风强度和径流3要素的不同组合,共设计了5个试验,分别进行风暴潮漫滩模拟实验.分析各试验结果得到如下结论:(1)随着台风最大风速的增加,风暴潮增水迅速增加,当综合水位超过防潮堤高程后增水速度明显减慢.海水淹没范围和淹没深度受综合水位超防潮堤高程时间影响明显.(2)在入海河流的河口区,当洪水位与高潮位相遇时,由于高潮位的顶托作用,洪水下泄不畅,造成综合水位上升明显,极易发生海水漫溢现象.JS-FVCOM 的模拟结果清楚地再现了海水漫堤的淹没过程,可为紧急情况下的人员疏散提供科学的基础数据.     

长江口以外海域风暴潮与天文潮的非线性相互作用

一个二维数值模式被用于研究长江口以外海域的风暴潮与天文潮的非线性相互作用。用这个模式模拟了 1981年 8114号台风与天文潮共同作用下所引起的风暴潮增水。 8114号台风是近 2 0年中最重要的台风之一。该台风登陆点附近有吴淞验潮站 ,这里有完整的风暴潮水位记录。计算结果与该站实测值符合较好 ,说明模拟是成功的。此外 ,从模拟结果中还可得出一些有益的结论     

浪潮耦合的舟山渔港台风暴潮数值模拟

建立能精确模拟舟山渔港台风暴潮过程的浪潮耦合模型,对渔港防灾减灾具有重要意义。基于Delft3D中的FLOW和WAVE模块,在二重嵌套网格下建立风暴潮和波浪的耦合模型。以9711号台风Winnie为背景,验证耦合模型的可靠性,结果显示,风速、天文潮潮位、风暴潮潮位和有效波高的计算值与实测值吻合良好。利用风暴潮模型与耦合模型分别计算了舟山海域的风暴潮,分析了波浪对风暴潮潮位的抬升影响,定海和镇海站最大波浪增水分别为23 cm和34 cm,耦合模型的模拟精度要高于风暴潮模型。通过模拟9711号台风期间舟山渔港的风暴潮过程,分析了风暴潮的时空分布特征,并给出了浪潮耦合作用对于风暴潮时空分布的影响。