上海沿岸海域灾害性大风特征研究与预报检验

选取2011-2017年上海沿岸海域5个浮标站点的风场和海浪数据,分析了大风过程的时间和空间特征;对海浪成长过程进行风向分类,运用滑动相关分析统计了8个风向的海浪滞后时间;计算了大风起风时间的预报提前和滞后量,进行了风速风向的误差和准确率检验。结果表明:越往东部海域,大风时数越多,长江口区东部风速较大;大风极值主要出现在8月份台风过程,出现时段都为傍晚到半夜,大浪极值浪向以东北到东南向为主;秋冬季大风时数多,5-6月大风时数最少;大风风向以西北到东北风为主;海浪成长过程风向分布是东南-西北走向,海浪对风的响应滞后时间平均为3~4 h;大风起风时间预报较实况略有滞后,风速预报的准确率总体在70%以上,预报值较实况值偏小,口外浮标偏小最为明显,偏强率都为0;风向预报准确率低,误差大。     

山东半岛东部沿海海浪预报方法初步探讨

本文采用麦夸特法（Levenberg—Marquardt）＋通用全局优化的拟合方法,依据山东半岛不同海区海浪和风的实况资料,确定不同海区拟合方程,拟合方程以WRF风场预报模式预报24小时风速为预报因子,以海浪浪高为预报量。根据拟合方程计算出的每个海区的浪高的值,对每个海区分别进行海浪的浪高预报,产品以GRADES图形的形式输出。     

2019年8-10月长江口近岸海上风电场风浪预报

针对长江口近岸海上风电场,利用2019年8—10月NCEP全球天气预报产品和第三代海浪模式Wave Watch Ⅲ的全球预报产品做上海长禁五号、长江口灯船和东海浮标站的单点预报,利用这些站点的观测数据,针对风电场的需求评估预报精度。结果表明:全球天气预报产品中的风速预报对区域内的单站预报结果有一定参考价值,大于6 m/s风速的24 h预报准确率达到46.3%;使用递减平均法可以使风速预报的均方根误差减少10%～14%,预报准确率提高为57.0%。全球海浪预报结果在长江口近海较精确,长江口灯船站48 h预报有效波高均方根误差在0.25 m以下,相关系数高达0.80。在台风极端天气条件下,全球天气预报产品对长江口风速仍有一定的预报技巧,但最大风速的出现时间滞后6 h左右。全球海浪预报产品的预报技巧与无台风情况下没有明显差别。     

关于深水风浪的波高计算问题

有风就有浪,这是众所周知的客观事实。于是,如何从风要素(风速、风时和风区等)预报浪要素(波高和周期等)?这是与海有关的人们长期以来最关心的问题之一。自本世纪40年代以来,风浪的研究无论在理论或观测方法上都取得了显著的进展;由风要素推算浪要素的模式不断地被提出,据不完全统计,为数不少于47种,即:文中的36种加上文献[21]中的11种(后者是已扣去选入前者后剩下的)。模式虽如此众多,但若从方法论言之,则可大致归纳为两大类或四种方法:一是纯经验的,二是半理论     

唐山南部近海海浪特征及风浪预报方法分析研究

利用唐山南部近海浮标站的观测资料,对该海域的海浪特征、风浪浪高预报方法及主要海区风浪成长时有效波高与风速、风区、风时之间的关系做了分析。结果表明:(1)唐山南部海域海浪类型以风浪为主,风速大于12.4 m/s的浅水波均为风浪,低于12.4 m/s风速的深水波存在30%比例的涌浪;(2)波高≥2 m的风浪多由具有较长风区的NE、ENE风产生,二者占总数的76.9%,且多出现在秋冬季,所占比例高达83.4%;(3)受风区长度限制,NE、ENE方向上风力大于5级时,该海区内的风浪不能达到充分成长状态;(4)整体而言,"苏联法"对唐山南部近海1.5—2.0 m的风浪波高计算表现出明显的优越性,"海大法"更适合2.0 m以上浪高的计算;(5)不同海区、不同波高范围的计算方法检验显示,对于有效波高≥2 m的风浪,"海大法"对NE、ENE、E方向上的计算效果最佳,SE、SSE方向上大浪出现的几率较低,对于其他方向的海区和波高范围,"苏联法"仍然表现出了理想的适用性。     

台湾海峡及邻近海域冷空气过程风-浪关系的观测分析

基于2016年11月—2017年3月台湾海峡及邻近海域7个浮标的风、浪观测数据,在对该海域风、浪特征统计的基础上,针对9次冷空气过程,进行海浪对风的滞后响应分析,建立该海域的风-浪推算关系,并对多种风-浪推算方法在该海域的适用性进行比较分析,探讨该海域风区长度情况,得到以下结论:(1)冷空气过程中,海浪滞后风的时间从北到南、从近岸到远海,整体呈增大的趋势,滞后时间主要受风区长度的影响;(2)拟合得到该海域风-浪推算方法(台海法),H_s=0.946 1×(U_2)~(0.66),拟合结果r=0.90,RMSE=0.37 m;(3)9种风-浪推算方法中,SMB法(深水)、SMB法(任意水深)、Wilson法(深水)、Wilson法(任意水深)、规范法、海大法、台海法这7种方法在台湾海峡及其邻近海域适用性较好;(4)该海域冷空气过程下的风区长度范围的大致在50~550 km,主要集中在250~350 km。     

第五讲 船舶运动性能是优选航线的重要依据

前面已经谈到,海洋水文气象条件是航行安全和经济航运的重要保证。在海洋环境中,船会遇到风、浪、流引起的阻力,也会发生遥摆砰击,结果往往导致航行失速、结构损伤,甚至造成严重的海难。而且,不同类型的船,即使在相同的海况条件下,呈现的运动状态也很不相同,所以在优选航线过程中不能忽视船舶本身的运动性能。 船的摇摆和砰击 船的摇摆包含6个方面的自由度: 1.横摇──围绕船的纵轴（由船头至船尾方向）所作的运动; 2.纵摇──围绕船的横轴所作的运动; 3.垂荡──船在垂直方向上的运动; 4.偏航──船体围绕垂直轴向的运动; 5.横飘──船体侧向运动。 6.前冲──船体纵向运动。 船的摇摆运动可用波动定律来描述,类似复合摆的运动,由简谐分析求得横摇和纵摇的     

0509"麦莎"台风浪特征分析

通过对0509号“麦莎”台风浪的分析,揭示影响台风浪成长、发展、消衰的物理因素。分析结果表明:台风浪的大小、台风浪的范围、台风浪区的对称性不仅和台风的强度、移动速度、外围大尺度天气系统有关,并且也受岛屿及海底地形等环境条件的影响:其中影响台风浪主要因素是风速、风时和风区,三者之间相互影响相互制约。     

两种海面风场的对比及对海浪模拟的影响

海面风场在海浪模拟研究和预报中起着关键性的作用,再分析风场数据可为海浪模式提供长时间的大范围、高时空分辨率海面风场。利用日本浮标站资料和卫星高度计资料对再分析风场QuickSCAT/NCEP(Q/N)混合风场和ERA风场进行验证分析,并利用WAVEWATCH-Ⅲ模式进行连续12个月的数值模拟试验。对比风场和计算得到的海浪场得出结论:在风速较小的时候,ERA和Q/N风场较实测风场大,在风速较大的时候,ERA和Q/N风场较实测风场小;ERA风场模拟浪高较浮标观测波高偏小;Q/N混合风场模拟的浪高更接近实测浪高。     

海浪预报方法综述（一）

一、前 言 早在1802年,英国海军蒲福将军应用20年海面状况观测资料,制成了海面风力海况表,自那以后,就有了海浪预报,这种方法就是目前仍被气象部门所应用的风推浪的预报方法。在这以后很长的一段时间里,由于波浪理论研究缓慢,海浪预报方法没有多大进展,直至1942年,由于军事上的需要,由Sverdroup和Munk提出了著名的有效波预报方法后,海浪预报才开始进入实用阶段,随后美国的Pierson、Neumann和James于1955年提出了著名的PNJ波谱预报方法。同时,国内外海洋学者还提出了许多经验统计预报方法,较有代表性的有Wilson方法和苏联海洋学家Peal提出的预报方法,我国的文圣常教授提出的谱预报方法为我国的海浪预报方法奠定了基础。     

波面位移非线性特征数值研究

基于Longuest-Higgins(1963)非线性海浪模型,在有限水深且存在均匀背景流的条件下,根据Song(2006)给出的波面位移二阶表达式,采用Combi海浪频谱计算了海表面定点波面位移时间序列和波面位移概率统计分布。分析了波面位移统计分布随风速、水深、反波龄和均匀背景流的变化特征和规律以及不同海况条件下二阶非线性项对波面位移统计分布的影响。结果表明:二阶非线性项使波面位移分布偏离正态分布,二阶非线性作用受风速、水深、反波龄和均匀背景流的影响。风速增大、水深降低、反波龄减小或者均匀背景流和风速传播方向相反均使波面位移二阶非线性项的作用加强,无因次波面位移概率密度分布的偏度和峰度随之增大,反之则二阶非线性项作用减弱。当均匀背景流和风速相同时,虽然使非线性项的作用减弱,但平均波面位移反而比静止水平面降低。当均匀背景流和风速相反时,虽然使非线性作用增强,但平均波面位移反而趋于静止水平面。得到如下结论:二阶非线性项对于波面位移有显著影响,数值模拟波面位移需要增加二阶非线性项。通过以上研究,提高了数值模拟波面位移的准确性,而波面位移是海浪最基本的特征量,从而增强了海浪模拟和预报的准确性,对海洋工程、海–气相互作用、上层海洋动力学等具有重要意义。     

不同波长下KCS船运动响应与波浪增阻数值研究

准确预报船舶在波浪中的运动和力可以为船舶性能评估提供参考。采用naoe-FOAM-SJTU求解器,数值模拟固定和放开垂荡、纵摇自由度的KCS船在不同波长的迎浪规则波中的运动。首先运用数值造波方法生成不同波浪周期的Stokes一阶深水规则波,与Stokes波的理论值对比确保造波的准确性;然后计算固定或放开垂荡和纵摇自由度的KCS船在0.65 ≤ λ/L（波长/船长）≤1.95的遭遇波中的运动和阻力,研究KCS船的波浪增阻中绕射和辐射成分,且采用傅里叶分析法研究了运动与阻力的线性和非线性成分分布。结果表明,波浪绕射增阻受波长的影响不大,当波长接近船长时,船舶的垂荡和纵摇幅值以及波浪增阻均达到峰值,这主要由船体剧烈运动引起的辐射增阻导致,应避免船舶在此工况下航行。     

海上风的边界层模式

由于航海、海上开发作业等对海洋上风和海浪的预报提出越来越高的要求,而海浪、风暴潮等海洋水文要素的数值计算和预报,迫切需要解决海洋上风场的精确计算。但是,复杂的海面结构,大气稳定度的影响以及风、浪之间动量的交换等,使海上风的理论计算遇到很多困难,至今大部分工作是依靠统计方法。利用天气预报的形势场计算地转风或梯度风,以及它与海面摩擦、大气稳定度的经验订正关系。     

耦合模式中海浪参数对台风浪预报的影响研究

以西北太平洋一次"双台风"共同影响下的台风浪为例,针对模式中风摄入和白帽耗散、底摩擦、波破碎、波-波非线性相互作用等海浪物理过程对台风浪预报的影响进行了敏感性试验分析。在此基础上,基于各物理过程最优参数化方案探讨了耦合模式和单独海浪模式的海浪预报性能,分析了耦合模式的海浪预报场分布特征。结果表明:不同海浪物理过程参数化对于波高预报的准确性是有所差异的。在相对最优的海浪各参数化方案组合下,无论耦合模式还是单独海浪模式都能较好地反映波高的变化和分布趋势。相比而言,耦合模式对于台风浪大值区的浪高预报要比单独海浪模式的更接近观测,且可以很好地刻画出双台风影响下浪的分布演变特征,对于西太平洋台风浪的预报具有很好的适用性。     

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。     

中法海洋卫星（CFOSAT）同步观测台风引起的风场和海浪

利用中法海洋卫星（CFOSAT）最近观测的风场和海浪场,报道了超强台风玲玲（2019）过境中国近海水域期间台风浪的初步研究结果。结果显示,台风路径右侧风速超过14 m/s大风区的有效波高超过5 m,与理论估算一致。观测主波波长为150 - 180 m,风场为西南向,海浪向东传播。风向和浪向的偏移随台风中心距离增大,接近理论预测。     

北印度洋风浪流数值预报系统:Ⅱ-检验分析

基于系统构建工作[1],开展北印度洋风浪流数值预报系统后报和准业务化预报,并利用2013年9月—2014年3月共6个月的资料对预报结果进行了统计检验。结果显示北印度洋风浪流数值预报业务运行稳定可靠,大气模式(WRF)72 h预报的500 hPa位势高度距平相关系数达到89%,海浪模式(SWAN)的72 h有效波高预报的相对误差低于20%,海流模式(ROMS)的72 h海表温度预报的均方根误差在0.5℃左右;同时对2013年10月期间孟加拉湾的超级气旋风暴"PHAILIN"的预报结果进行了分析。该风、浪、流预报系统能够较好地预报"PHAILIN"的移动路径、最低气压及相应的海浪和海流过程。该系统的试运行和检验分析结果,对建立新一代海洋环境数值预报系统具有一定借鉴意义。     

中尺度海气浪耦合模式对西北太平洋双台风影响下的海浪预报研究

为了分析中尺度海气浪耦合模式对西北太平洋双台风影响下的海浪预报效果,采用GFS全球预报系统和西北太平洋海洋预报系统预报场驱动区域中尺度海气浪耦合模式,针对西北太平洋一次"双台风"共同影响下的台风浪进行了连续5 d逐日72 h预报,并分析了海浪场预报分布特征,检验了耦合模式的海浪预报性。结果表明,耦合模式能较好地预报出双台风移动路径,以及双台影响下的海浪分布、演变特征。台风浪的最大有效波高与近中心最大风速成正比、中心最低气压成反比的演变规律与模式预报的较为一致,波高的整体预报效果与卫星高度计观测值较为吻合。但台风浪的预报效果受台风强度、所处海域等影响,远海期间海浪的预报效果要优于近海和台风强度明显变化期的。研究结果可为后续耦合模式的台风浪业务化定量预报发展提供有益参考。     

水深对小风区风浪要素的影响

交通部港口工程技术规范第二篇第一册《海港水文》自1978年发表以来,在沿海许多工程部门得到了广泛的应用,起到了应有的作用。规范中第37条规定:对于不超过20公里的小风区,可不考虑风时和水深的影响,并给出了由风区和风速确定风浪的波高和周期的计算图。这一规定在后来的一些科研单位和生产部门使用时发现存在一定的问     

南海及周边海域风浪流耦合同化精细化数值预报与信息服务系统简介

面向社会需求,建立覆盖南海及周边海域的高分辨率风-浪-流耦合同化数值预报与信息服务系统。系统包含耦合同化数值预报模式、海洋动力环境数据库与可视化平台两部分。其中,耦合同化数值预报模式由中尺度大气数值预报模式、海浪数值预报模式和区域海洋环流数值模式,在C-Coupler耦合器中进行耦合,引入集合调整Kalman滤波同化模块,在耦合预报前进行大气、海浪和海流的同化后报模拟,为耦合预报模式提供更为精确的初始场。预报结果经海洋动力环境数据库和可视化平台处理后,通过二维和三维可视化展示,向用户提供直观的南海及周边海域海洋环境预报产品。