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。     

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.     

台风“妮妲”风暴潮与近岸浪的数值模拟与预报

利用一套基于非结构网格的高分辨率风暴潮-近岸浪耦合模型(ADCIRC-SWAN),选取2016年第4号热带气旋"Nida"开展针对珠江口风暴潮、近岸浪的数值模拟与预报。结果表明:选取的模型能够较好的模拟风暴潮与近岸浪,模拟结果与实况较为吻合。24 h预报、12 h预报最大增水平均相对误差为72.42%和38.54%;24 h、12 h预报最大有效波高平均相对误差为34.55%和16.3%。可以看出由于台风预报路径与实况不同,导致风暴潮和近岸浪预报与实况有较大差异,且近岸浪误差明显小于风暴潮。表明与海浪相比,风暴潮预报与台风移动路径相关性更高,在风暴潮预报中值得密切关注。     

温州洞头中心渔港精细化浪潮耦合数值预报系统研究

浙江温州沿海是我国台风风暴潮灾害的重灾区之一。本文基于目前国际上广泛应用的浪潮耦合模型(ADCIRC+SWAN),在洞头中心渔港附近建立了高分辨率的天文潮、风暴潮和近岸浪耦合数值预报系统。该系统综合考虑了天文潮、风暴潮和海浪的实时相互作用,系统对温州及洞头渔港区域的水平分辨率在100 m左右。通过近年来对温州洞头地区影响严重的台风风暴潮(含近岸浪)过程的后报模拟可以看到,该系统均能够较好的模拟天文潮的演进,准确的反映台风过程期间风暴潮、海浪的传播过程,精细化浪潮耦合预报系统采用了Matlab+GUI方式实现了计算结果的人机交互展示。     

南中国海北部对台风的响应

南海北部近岸海域的风暴潮爆发频率高、危害大,其中广东近岸海域每年由于台风遭受的经济损失高居全国之首,因此更好地评估和预测南海近岸对台风的响应过程有着重要意义。本文基于实测数据,利用潮汐风暴潮近似解公式分析了潮汐与风暴潮相互作用在风暴增水中的作用比例和特征。基于FVCOM-SWAVE模型,分析在台风登陆过程中,南海北部区域对不同路径台风的响应,并设计风场气压驱动实验和波流耦合模型实验,探究了南海北部近岸对不同台风的响应过程的成因,分析了波流相互作用对近岸增水过程的影响。结果显示:潮汐风暴潮相互作用会对风暴增水有着重要的调制作用。首先,其会使余水位有着近似潮汐的震荡,振幅约为0.1m-0.2m。其次,在风暴潮模拟中,加入波流相互作用的分析能够明显改善南海西北部近岸风暴增水过程的模拟精度,误差能够提高0.1m左右。最后发现,南海北部区域存在着由台风激发、向西传播的陆架波,路径有两条:一条沿着我国南海沿岸并穿过琼州海峡进行传播,另一条沿着海南岛东侧路径进行传播,其速度大约在2-5m/s左右,并造成水位响应的西边界强化现象。同时,在台风到来时,琼州海峡东西两侧产生较大的水位梯度,西向流通量显著增加,造成大量的海水进入北部湾。     

浙江沿海超强台风风暴潮灾害的影响及其对策

对浙江省历史台风基本资料进行分析后发现,近年来台风严重影响浙江的趋势和登陆浙江的台风个数均有明显的增强和增加.浙江省沿海各测站的历史最高潮位均由台风暴潮引起,其中"9417"号、"9711"号两次台风与天文大潮遭遇引起的风暴潮次数占了绝大多数.受台风暴潮影响时,岸边观测到的潮位由天文潮和台风引起的增水两部分组成.采用潮波与风暴增水耦合的非线性效应模型研究了风暴潮.在验证"5612"号、"9417"号、"9711"号、"0414"号、"0509"号和"桑美"6场台风暴潮的基础上,模型以1949年以来我国大陆沿海最强的一次台风("5612"号台风)参数为基础,设计了台风在浙北(穿山)、浙中北(石浦)、浙中(椒江)、浙中南(坎门)和浙南(琵琶门)登陆的5条路径,以反映超强台风在浙江沿海不同地点登陆与天文高潮位"碰头"时可能造成的最高潮位,它可以基本代表超强台风登陆浙江沿海时的风暴潮位.根据两潮耦合模型计算得到的沿海高潮位与海塘塘顶高程进行比较,分析沿海海塘发生漫顶甚至溃堤的可能性.通过对海塘可能损毁机理的分析,根据不同登陆线路的超强台风在遭遇天文大潮高潮位时对浙江沿海可能造成的威胁程度进行淹没风险分析.在上述计算分析的基础上,结合浙江沿海的实际情况,提出相应的防御超强台风风暴潮的工程和非工程措施.     

风暴潮、大潮对广西涠洲岛西南沙滩侵蚀的影响分析

本文统计分析了广西涠洲岛沿海气候、潮汐和风暴潮等历史资料,利用耿贝尔方法推算了涠洲岛多年一遇年极值高潮位,并估算了其漫滩范围分布,指出近几年高潮位出现的频次和极值均越来越高是涠洲岛西南部沙滩侵蚀愈加严重的重要原因,最后结合风暴潮-海浪耦合数值模拟了研究区域内"0312"号台风风暴潮漫滩的情况,分析了风暴潮和大潮对涠洲岛西南部沙滩侵蚀的影响,对当地岸滩修复和防护具有一定的指导意义。     

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。     

渤海台风暴潮的数值模拟以及黄河口附近台风暴潮的数值估算

本文在分析渤海台风暴潮特征的基础上,将进入渤海的台风,按其路径的不同分为三种类型,采用动力数值计算方法,模拟了具有代表性路径的三次台风暴潮实例,取得了计算值与实测值基本一致的结果。进而用模式风暴进行风暴潮的数值估算,文中给出了10条台风移动路径,计算了在不同风速和移行速度影响下黄河口近岸12个地点的风暴潮的高度值。     

舟山渔港风暴潮模拟分析

渔港风暴潮研究对防灾减灾具有重要意义。本文构建了舟山海域嵌套网格的风暴潮模型,经天文潮与风暴潮实测资料验证效果良好。设计5个方向共14条台风路径,计算了2017年8月8?12日大潮期12～17级台风下舟山渔港的风暴潮位。结果表明,由于向岸风作用南侧SE向比北侧E向登陆台风所造成的最高风暴潮位高35.7%,差值可达82 cm;对于两端通海的舟山渔港,南侧0.5R处登陆的SE向台风,风向与东口门朝向一致而跟渔港走向斜交,有利于水体进入并滞留,此时风暴潮位最高。南侧12级台风下ESE、SE、SSE发生漫堤,而北侧登陆台风无漫堤风险,沉降等原因造成海堤防台能力两头低于中段;数值试验显示,若在小干岛东侧设置丁坝,可将17级台风作用下的漫堤概率由26.23%减为10.66%。     

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.     

浙江沿海超强台风作用下风暴潮增水数值分析

基于河口海岸水动力二维数值模型,建立风暴潮与天文潮耦合作用的数值模式,通过三次强台风和二次超强台风引起的风暴潮增水模拟和分析,证实该模式可用于浙江沿海增水预测.以1949年以来登陆我国大陆沿海最强的"5612"号台风作为典型的超强台风,利用本模式计算分析了超强台风在浙北至浙南5个不同地点登陆遭遇大潮时可能出现的风暴潮增水过程和最大增水,该结果对于海岸工程的防护具有实际的意义.     

风暴潮沿珠江河道上溯运动的数值模拟

采用动力学数值模式对风暴潮沿珠江河道上溯的个例进行了模拟,并就有关机制进行讨论.结果显示,风暴潮位是否沿珠江河道向北逐渐递增,和风暴强度有很大的关系,也和风暴登陆的路径有关;南海的热带气旋多数是西行的,这样就使本文研究的对象像是“过路”的风暴,伶仃洋的聚水面积不算大,加上蛛网般河网的分散作用,都使珠江一线的风暴增水很少超过2.5m.但即使这样规模的增水,也对河口平坦地区造成很大威胁.由于天文潮的耦合,以及浅水效应,风暴潮常有不同程度的变形.本文的模拟中,模式、参数和计算对象等早已选好,计算时只作了少许调整,就能得到较好的结果,说明模式是合理和可靠的.     

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。     

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。     

舟山海域风暴潮特征及数值模拟研究

选择20个对舟山海域有较大影响的历史台风案例,开展定海站实测潮位数据的分析与归纳,总结得出20个台风中风暴潮过程增水最大值为5612号台风的207.1 cm,风暴潮高潮位最大值为9711号台风的283.7 cm。同时,在三维斜压水动力模型SELFE的基础上加入台风气压场和风场模块,建立了一个采用非结构三角形网格的天文潮-风暴潮耦合模型,模拟表明定海站的斜压效应较为明显,非线性耦合作用相对较弱,但两潮耦合风暴潮增水结果仍优于风暴潮单因子增水结果,与实际增水更为接近。在此基础上,以一定间隔在5612号台风原路径南北两侧各设计了2条平行路径,分别模拟两潮耦合风暴潮增水,结果表明5612号台风参数沿其原路径偏南1个最大风速半径距离的S1路径运动时可模拟得到定海站可能最大风暴潮增水为243.9 cm。最后,在S1路径下模拟可能最大风暴潮增水分别遭遇天文高、中、低潮位时的风暴潮高潮位,结果表明天文潮高潮时可得到可能最大风暴潮高潮位约为400 cm,天文中潮时次之,而天文低潮时风暴潮高潮位最低。     

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。     

浙江沿海超强台风作用下的台风浪波高

基于 SWAN 波浪传播模型建立包含风暴潮与天文潮耦合传播的台风浪数值模型,通过多次台风引起的波浪模拟,证实该模型可适用于浙江沿海.将1949年以来登陆我国大陆沿海最强的“5612”号台风作为典型的超强台风,计算了超强台风在浙北至浙南3个不同地点登陆遭遇天文潮高潮位时产生的沿海波高过程.结果显示,在开敞海区,登陆点南侧附近及其以北沿海,台风登陆时过程最大有效波高与风暴高潮位基本同时出现,而在登陆点以南远区的沿海海域,最大有效波高出现在登陆前的一个高潮位附近;超强台风作用下浙江陆域沿海离岸近1 km 范围内有效波高可达4耀6 m.这些结论对海堤工程设计和防灾减灾具有重要意义.     

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。