风暴潮预报知识讲座 第八讲 波浪增水

第八讲波浪增水 国内外现有的风暴潮预报模式均没有包括由风浪活动引起的水位升高(波浪增水-wave set up)的计算,最新的观测与计算结果表明,在一些台风登陆点的右半圆,并仅局限于台风最大风速半径附近有合适海岸坡度的岸段的波浪增水是明显的。波浪增水是     

汕头近岸区的台风波浪(三)各种重现期台风波浪要素的确定

本文以现场的实测资料和４４年间台风波浪后报结果为基础,考虑到各种重现期波浪出现时伴随着台风增水对计算点各种累积率波高的影响,通过对复合极值分布法,皮尔逊Ⅲ型曲线法和短期资料外推法的比较,给出进行波和破碎波条件下的各种重现期台风波浪要素。     

远区台风“三巴”对河口波浪增水和波生流影响数值模拟研究

波浪增水和波生流是河口泥沙输运、地貌演变和污染物扩散的重要动力之一,但目前关于远区台风影响下长江口波浪增水和波生流的研究比较缺乏。本文建立了覆盖东中国海的台风-天文潮-波浪耦合三维数值模型,研究了远区台风“三巴”对长江口波浪增水和波生流的影响。结果表明:波浪从台风中心向近岸传播过程中,能量耗散引起波浪作用力的衰减和辐射应力的增大,产生波浪增水,长江口波浪增水在0.05 ~0.20 m之间,占台风总增水值的15%~22%。从NW向入射的台风浪产生自北向南的波生沿岸流,垂向上呈现三维结构,平均流速在0.05~0.20 m/s之间,占风暴潮流的15%~50%,充分说明了远区台风可以对长江口波浪增水和波生流产生明显影响,研究成果可以为河口极值水位和流速计算、泥沙输运、水下三角洲地貌演变等研究提供参考。     

长江口及其邻近海区无结构网格风暴潮预报系统的研制与分析

利用基于有限元方法的ADCIRC模式,并耦合SWAN波浪模式,建立了一个适用于长江口及其邻近海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无结构网格,综合考虑了波浪、天文潮、风暴潮、径流相互作用。利用该模型对长江口及其邻近海区一系列台风风暴潮进行后报检验,计算结果与实测资料有较好的一致性。最后,利用建立的模式,针对影响长江口地区的两类典型路径台风——近转向型台风和登陆型台风,讨论了气压、风应力、台风路径等因素对增水的贡献;并对台风移动路径与外高桥实测增水强度进行统计分析,给出了台风移动路径、气压梯度和增水强度的定量关系。     

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。     

江苏沿海台风暴潮过程中的波浪增水分布研究

基于浅水方程和第三代波浪模型,构建了江苏沿海的风暴潮和台风浪耦合模型,并通过对天文潮、风暴潮和台风浪的模拟对模型进行验证.通过比较6场典型台风过程中江苏沿海的波浪增水特征,剖析了江苏沿海波浪增水的量级及空间分布特征.研究表明:受岸滩地形控制,不同台风暴潮期间江苏沿海最大波浪增水分布呈现类似特征,总体上,江苏中部和南部沿...     

基于ADCIRC+SWAN耦合模型的风暴潮数值模拟研究——以深圳西部海域为例

本文采用ADCIRC和SWAN模式建立了基于非结构网格的深圳海域高分辨率天文潮-风暴潮-海浪耦合数值模型。基于历史统计资料,以1604号台风"妮妲"作为基础路径、以1319号超强台风"天兔"作为设计强度设计了超强台风,计算了超强台风影响下深圳西部海域的最高潮位,结果显示宝安机场、赤湾和深圳湾顶的最高潮位为5.71 m、4.67 m和5.06 m,分别超过当地红色警戒潮位2.69 m、1.65 m和2.98 m。为验证波浪增水作用设计了敏感性实验,结果显示波浪对风暴潮增水的贡献量值约0.1 m。     

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。     

广东大亚湾核电站海滨处不同重现期台风增水值推算

本文采用数值模拟方法,以汕尾、港口两站的历史台风增水资料作校验,计算了107个(1949～1983年)台风在核电站海滨处引起的台风增水。从中每年挑出一个最大值构成台风增水的年极值样本序列,用P-Ⅲ型曲线,弓贝尔分布等四种方法计算了不同重现期的台风增水值,后以P-Ⅲ型曲线的计算值作为最终结果。并通过与站址附近历史台风暴潮灾害的调查资料,大亚湾两侧某些站不同重现期台风增水值的计算结果,以及假想台风的台风增水计算值三个方面的比较论证了本文提出的核电站海滨处不同重现期的台风增水值的可靠性。     

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。     

滨海核电可能最大台风浪的推算

采用当前国际流行的第三代波浪模式SWAN探讨了滨海核电工程可能最大台风浪的计算,并分析了可能最大台风浪与相伴随的可能最大风暴潮成长规律.分析得可能最大台风浪通常滞后可能最大风暴潮增水峰值,推算得到的可能最大台风浪高于遮浪海洋站观测到的最大波高,为滨海核电工程可能最大台风浪的推算提供参考.     

影响计算海湾内台风波浪的诸因素

本文阐明了影响计算海湾内台风波浪的重要因素，使用我们目前已改进了的模式，可克服以往的计算缺陷，而使计算效果达到最佳。同时，阐述了不同海湾、不同的地理环境对台风浪波能的消衰不同。并强调了台风增水对台风浪计算的影响，其也直接影响着工程设计波浪参数的合理选取。     

台风影响下广州近岸及珠江口水文气象特征响应

基于海洋自动观测站实测连续的水文气象数据,对1713号台风“天鸽”和1822号台风“山竹”影响期间广州近岸及珠江口水文气象特征进行了分析,并对海洋灾害影响动力因素进行了探讨。研究结果表明：(1)在台风影响期间,各观测站风速由平时的1～4级增至7～8级,风速均在受台风七级风圈影响6～7 h左右达到最大;潮位均超红色警戒潮位,最大增水2～3 m;波高由平时的1～2级增至3～4级;余流受风速影响先降后增,台风登陆当日余流值最低,台风使余流发生转向;海表温度下降1～2℃,海表盐度增大4～12。(2)对台风的响应由快至慢为：风速、余流、波浪、潮位、水温和盐度,波浪比风速晚1 h达到峰值,最高潮位出现在台风登陆1～2 h后,水温和盐度比风速对台风的响应晚5～6 h。(3)对波浪影响较大的因素主要为台风风圈半径、强台风持续时间、台风级别、移动速度等;对风暴增水影响较大的因素为台风强度和风圈半径,天文大潮、上游流量、地形等对潮位抬升也有一定影响,此外,波浪陡增对风暴增水具有较大影响,相关系数达0.7。(4)“山竹”登陆地点较“天鸽”远74 km且非天文大潮期,但引起的灾害较“天鸽”更严重,引起的最大增...     

海岛核电厂址的设计基准洪水位研究

随着滨海核电厂址的开发利用日趋饱和,选取海岛作为核电厂址成为一种新思路。针对海岛厂址易受台风灾害影响的问题,本文通过对天文高潮位、海平面上升、可能最大风暴潮增水和最大台风浪四个增水因子的研究来确定厂址的设计基准洪水位。结果表明:该区域10%超越概率的天文高潮位为3.14 m,未来80 a海平面上升幅度为0.31 m。基于MIKE21数值模型,以可能最大热带气旋参数为基础构建了多种假想台风路径,发现:当台风移动方向为NW向,距离厂址中心左侧0.5R(R为台风最大风速半径)时,风暴潮增水达到最大,增水最大值为2.99 m;当台风移动方向为W向,且距离厂址左侧R处时,台风浪波高达到最大,厂址前沿H_1/100波高最大值达到了8.02 m;岛屿东侧遭受的风暴潮和波浪威胁较其他方向更为严重。各水位影响因子组合叠加后海岛核电厂址设计基准洪水位可达11.25 m。相对于其他滨海厂址,海岛厂址的风暴潮增水相对偏小,但受波浪的影响更为显著。     

威马逊台风对长江口海域波浪及海洋工程的影响

本文对威马逊台风影响期间长江口海域各测站的波浪进行了统计和分析，并利用调访资料及数值模型推算结果，对威马逊台风给长江口航道整治建设工程造成的影响作了较为详细的分析：①由于长汀口的水底地形极为复杂，尽管附近的海洋监测站距离工程区较近，但其实测资料不能反映出工程区的波浪特征；②威马逊台风在长江口海域引起了1．2—1．5m的风暴增水，由于处于天文小期期且最大增水发生在低潮位，总水位偏低，降低了波浪力的作用点，尽管长江口深水航道工程试验段发生了严重破坏，但它对长江口海岸工程几乎没有影响。     

近岸浪-风暴潮耦合模型在天津沿海的应用

为了精细化描述天津沿海台风天气下近岸浪和风暴潮特征,基于非结构三角网格,建立近岸浪与风暴潮的耦合模型,其中台风风场采用藤田台风模型,近岸浪采用SWAN波浪模型,风暴潮采用ADCIRC模型。通过对几次典型台风暴潮数值模拟的验证,耦合模型对风速、有效波高和增水的计算结果与实际观测资料符合性均较好,能够很好地反映台风过程中天津沿海近岸浪和风暴潮特征,可以为天津的防灾减灾工作提供科学依据。     

福建沿海浪潮耦合漫堤风险评估:以台风天兔为例

漫堤是天文潮、风暴潮与海浪等物理要素作用于海堤后海水翻越海堤的物理过程。本文利用天文潮-风暴潮-台风浪耦合模式(ADCIRC+SWAN)、基于非结构三角形网格和高分辨率地理数据(海堤位置和高程、岸线和水深等)构建福建沿海精细化漫堤风险等级评估系统。该系统在近岸网格分辨率最高达50m,可精确刻画福建沿海复杂地形。利用模拟的水位与海浪参数,采用波浪爬高公式计算得到各海堤堤前波浪爬高。按照总水位与波浪爬高之和与海堤高程的对比,将漫堤风险分为五个等级。对2013年的超强台风天兔过程进行后报检验。结果显示,该系统计算的漫堤情况与灾后调查的漫堤实况基本一致,结果准确,说明本研究中采用的漫堤风险评估标准和方法是可行的。在此基础上,设计了4种不同的台风强度等级,对福建沿海206条海堤进行了漫堤风险等级评估,探究台风强度对漫堤风险的影响。结果表明:波浪爬高对漫堤风险的影响高于单纯的风暴潮增水;风暴潮增水随台风强度的增强增量较小,对于漫堤的风险影响较小;福建沿海波浪爬高普遍较高,随着台风强度的增强,波浪爬高会显著增加漫堤的风险等级,且应重视台风浪对海堤造成的冲击所导致的溃堤灾害。本研究可为沿海防灾减灾提供科学依据。     

近岸波浪增水与近岸流的计算方法研究

本文针对实际波浪及地形的复杂性，提出了一套用于计算缓坡不规则地形上波浪增水与近岸流的数学模型。该模型采用经典的力学平衡机制，以二维不规则波浪为源动力，并着考虑了近岸波浪与波浪增水之间的相互作用，其物理背景符合工程应用的要求。     

辐射应力在黄河三角洲近岸波浪和潮汐风暴潮相互作用中的影响

基于考虑辐射应力机制的近岸高分辨率的波浪和潮汐风暴潮相互作用耦合数值模式 ,研究了辐射应力在黄河三角洲胜利油田近岸海域波浪和潮汐风暴潮相互作用过程中对水位的影响 ,并与两个中等强度天气过程引发的实测水位过程进行比较。结果表明 ,考虑辐射应力机制的波浪和潮汐风暴潮相互作用耦合模式模拟的结果与实测更接近 ,特别在极值增水位处吻合很好。对本研究的中等强度天气过程 ,辐射应力可增水 40cm ,在黄河三角洲近岸区有 2 0cm以上最大增水区域 ,这在工程上非常重要。可以预见 ,对引发黄河三角洲沿岸强增水的台风及强寒潮过程 ,辐射应力对增水的影响会更明显。本研究结果表明 ,在实际工程应用中 ,应采用波浪和潮汐风暴潮相互作用耦合数值模式。     

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.