粤西台风风暴潮数值预报方法研究

本文依据粤西海岸历史上台风暴潮实况,经对文献[1]的台风暴潮数值预报模式进行必要的可靠性和敏感性试验之后,确定取用该模式作为粤西海岸台风风暴潮数值预报模式。 4年来的试报结果表明,本文所及的粤西台风风暴潮数值预报模式和诺模图,具有一定的预报能力,可用其进行粤西岸段台风增水极值剖面及单站台风增水过程预测。     

风暴潮预报知识讲座

第五讲只概要介绍了台风风暴潮数值预报方法中的气压场和风场计算方法。这一讲将概要介绍台风风暴潮模式预报方法。温带风暴潮数值预报方法中的气压场和风场计算是靠天气数值预报提供的,在本讲介绍温带风暴潮数值预报方法时一起简要介绍。 就世界范围而言,风暴潮数值预报方法已经在实时预报中发挥了重要作用。同时,也为风暴潮经验预报方法因子的选择提供科学依据。风暴潮数值预报能够提供的丰富预     

人工神经网络在台风风暴潮模拟中的解释应用

将BP人工神经网络引入到风暴潮数值预报的解释应用中,并以惠州站为例,根据台风参数与增水的关系建立3套神经网络模型,对风暴潮的数值预报结果进行订正,计算结果显示:BP人工神经网络可以改进风暴潮数值模式的预报精度,可以作为惠州站数值预报结果解释应用的一种方法,同时也为台风风暴潮数值预测的解释应用提供了新思路。     

“天鸽”台风风暴潮预报及数值研究

介绍1713号"天鸽"台风风暴潮过程,并利用不同数值模型对整个台风风暴潮过程进行了后报检验,从风速和风暴潮实况角度发现中央气象台给出的台风强度弱于实况,并依据风暴潮实况分析出了"天鸽"台风可能的最大强度,指出"天鸽"登陆前后强度很可能已经达到超强台风级别,对于此类我国近海突变型台风风暴潮过程需要引起风暴潮预报工作者的高度关注。     

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。     

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。     

葫芦岛核电站可能最大风暴潮(PMSS)数值模拟研究

核电厂厂址的可能最大风暴潮(Possible Maximum Storm Surege,PMSS)是滨海核电厂厂址重要的设计基准之一。基于ADCIRC风暴潮模式计算葫芦岛地区的风暴潮,同时对网格进行精细化处理,网格分辨率精度较高。首先为检验数值模式的准确性,分别模拟了辽东湾地区发生的6005号、7203号和7303号典型台风风暴潮过程,计算葫芦岛站风暴潮最大增水值并与实测资料进行对比,计算表明本文模拟结果与实测结果吻合良好,验证了本文数值计算模型的准确性,为可能最大风暴潮(PMSS)的计算提供了依据。以渤海典型台风7303号台风为基础,建立多条影响核电站厂址的台风路径,计算得到201条派生路径下核电站厂址的最大风暴增水情况,为核电站厂址选址提供了重要依据。     

用动力统计法估算镇海港最大台风增水

本文用动力统计法估算了镇海港最大台风增水。其方法是先根据流体动力方程设计一个风暴潮数值模式,并对几个典型台风暴潮进行数值模拟,证实数值模式是成功的。然后根据历史资料设计一个“极端台风”,并将此台风放到数值模式中进行运算,即可算得最大增水值。     

福建沿海精细化台风风暴潮集合数值预报技术研究及应用

该文首先基于高级环流模型(ADCIRC)建立了一个适合台湾海峡及福建沿海区域的精细化台风风暴潮数值预报模式。利用所建立的精细化数值预报模式对影响台湾海峡及福建沿海的8次台风风暴潮个例进行了模拟,对模拟的24个站次的风暴潮增水峰值与实测值进行了对比,平均绝对误差小于15 cm;其次,为了尽可能减小由于台风路径预报误差而造成的风暴潮增减水误差,本文采用了集合数值预报技术,试报证明此方法可以在一定程度上减小风暴潮增减水误差。     

Delft3D在天文潮与风暴潮耦合数值模拟中的应用

本文应用Delft-3D水动力学计算软件,以长江口地区为例建立的台风风暴潮、天文潮耦合数值预报模型,对台风风暴潮、天文潮两潮耦合预报模式进行探研和分析。该模式不同于以往的单纯台风增水模型与天文潮叠加的风暴潮模式,而是在计算中直接对天文潮和台风风暴潮进行两潮耦合,有效地消除了近岸地区潮波与增水之间叠加的非线性影响。通过模拟台风8114和7708过境对长江口的影响,并与实测数据比较,预报结果和实测水位过程的对比说明,台风风暴潮耦合数值预报模式对增水和高潮的过程预报是准确的,两者在高水位时同步且相差甚微。     

宁波台风风暴潮数值模拟与风险计算

基于已有潮位站的台风风暴潮历史资料,利用业务化台风风暴潮数值预报模式对影响宁波的5次较显著台风风暴潮过程进行模拟检验,分析表明模式能较好的模拟台风风暴潮过程,尤其是对最大过程增水的模拟.因此,以镇海潮位站为切入点,选用引发宁波最大风暴增水的5612号热带气旋(Wanda)的路径,平移后组合不同等级的热带气旋参数,构建出多组假想最优热带气旋进行宁波地区风暴潮风险的计算,得到从强热带风暴至超级台风共5类热带气旋登陆宁波时所可能引发的最大风暴增水,并使用皮尔逊Ⅲ型统计计算出对应的历史重现期,为宁波地区今后有效地防范各类热带气旋强度的风暴潮提供决策支持.     

基于GPU技术的风暴潮集合预报

台风预报的准确性在风暴潮预报中起着重要作用。台风强度和路径的不确定性意味着使用集合模式来预报风暴潮。本文利用中央气象台的最优路径台风参数驱动国家海洋环境预报中心业务化的水动力学模型,开展华南沿海的风暴潮模拟,模式模拟结果与实测吻合较好。为了改进计算效率,采用CUDA Fortran 语言对模型进行了改造,改造后的模型在计算结果与原模型基本一致的基础上,计算时间缩短了99%以上。通过融合欧洲中期天气预报中心（ECWMF）的50条路径与3种可能台风强度构造出了150个台风事件,并用150个台风事件驱动改进的风暴潮数值模型,计算结果可以提供集合预报产品和概率预报产品。通过“山竹”台风风暴潮过程可以发现集合平均预报结果和概率预报结果与实测吻合较好。改进的数值模型可以运行普通工作站上,非常适合风暴潮集合预报,并且可以提供更好的决策产品。     

基于WENO格式的高精度高分辨台风风暴潮数值模式

考虑到台风风暴潮在近岸浅水地区的非线性效应,基于无结构网格,通过采用有限体积法和高精度高分辨率的WENO数值格式对二维浅水方程进行空间离散,并利用三阶的Runge-Kutta格式进行时间离散,最后利用Rogers方法解决复杂海底地形造成的通量梯度项与源项数值离散后的不平衡问题,从而建立了二维台风风暴潮数值模式。模式中的风场和气压场分别采用宫崎正卫风场模式和藤田气压场模式。最后通过对江苏沿海的风暴增水的模拟和验证,表明了该数值模式对台风风暴潮模拟的有效性和可行性。     

博鳌风暴潮研究

利用与博鳌相邻的有关站位验潮资料,结合台风风暴潮数值预报模式(FbM模式)对该区的风暴潮进行了论证。结果显示,当登陆台风(或经海南省南部海上西进的台风)位于博鳌、清澜向海右侧登陆时,同一台风在博鳌引发的风暴潮过程与清澜相似。通过考察1949年以来登陆海南省的台风,以1973年的7314号台风的强度最大,经对其作模式计算,当台风以最有利于博鳌港增水的路径移动时,所引起的该港最大风暴潮是201cm。     

北部湾海区风暴潮数值模型和数值模拟

北部湾是一个半封闭的超浅海。本文在数值试验的基础上，提出了一个研究该海域台风风暴潮的数值模型。数值模式为二维深度平均流模型，采用嵌套细网格技术，细网格分辨率为沿经纬方向０．１°，细网格边界值由粗网格提供。台风风场计算采用Ｊｅｌｅｓｎｉａｎｓｋｉ模型风场．模式方程组的数值解由交替方向隐式（ＡＤＩ）方法积分得到。本文对该海域最常见的两种台风移行所引起的风暴潮进行了数值模拟。与几个潮汐观测站的增水记录比较，计算结果基本上反映了台风引起的水位变化，对研究和模拟该海域台风风暴潮是适用的，可用于该海域风暴潮数值预报试验。     

第三讲 风暴潮数值模式计算中气压场和风场的处理

风暴潮数值模式计算必须给出每个格点的风应力值和气压梯度。就台风而言,目前尚不可能靠观测获得这些值,必须采用气象模式。显然,风暴潮模式结果的好坏,在很大程度上依赖于气压场和风场模式的优劣。英国专家Heaps(1983)曾经指出,风暴潮模式预报决定性地取决于输入的气象资料的质量。因此,在介绍风暴潮模式计算之前,首先概要介绍气压场和风场的处理。     

渤海"9216"特大风暴潮过程的数值模拟

本文论述了我国渤海地区风暴潮的特点,指出渤海地区一年四季均有风暴潮发生,而且发生在这里的温带风暴潮较台风风暴潮既频繁又严重。建立了一个球坐标系下的温带风暴潮数值模式,并利用该模式对发生在渤海地区的9216号特大风暴潮进行了数值模拟,成功地再现了这次过程,这表明：只要计算的风场准确,温带风暴潮的数值预报是可行的．     

洋浦风暴潮数值模拟与特征的初步分析

本文利用与洋浦相邻的有关站位验潮资料加以整编,以及风暴潮数值模式对该区的风暴潮进行了论证。结果显示,同一台风在洋浦引发的风暴潮过程与东方相似。模式计算了洋浦海域多年一遇的风暴潮增水值。     

一个高分辨率的长江口台风风暴潮数值预报模式及其应用

利用河口海岸海洋模式(ECOM-Si)建立了一个适用于长江口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自然正交水平坐标系统和能分辨较复杂海底地形的垂直σ坐标系统.模式考虑了长江口径流量对风暴潮的影响,部分地考虑了天文潮和风暴潮非线性相互作用对风暴增水的影响.风暴潮预报的大气强迫场用模型气压场和模型风场.利用所建立的模式对长江口区台风风暴潮进行了8个个例模拟,模拟增水与实测增水的峰值相比较,平均绝对误差不足10cm.利用本研究建立的模式,就气象因子对风暴潮位的敏感性进行了数值试验.试验结果表明,台风中心气压降低(升高)20hPa可导致约100cm的风暴潮位升高(或降低).台风最大风速半径误差对台风增水的变化影响也较显著.试验还表明,长江径流量增加1倍(减半),可以造成风暴潮的平均增加25cm(减小13cm).天文潮位相变化对风暴增水的影响数值试验表明,当台风暴潮与天文潮在不同位相相互作用,可使风暴潮位最大增加达70cm或减小90cm.     

背景流场对台风风暴潮数值预报的影响研究

选取了3个穿过台湾海峡的台风引起的台风风暴潮为算例,分别用SODA月平均流速资料做垂向平均后构建了台湾周边海域的大尺度背景环流场,利用国家海洋环境预报中心业务化的台风风暴潮模式对经过该海域的台风个例进行风暴潮数值模拟。将结果与验潮站潮位实测资料进行对比发现,在加入了背景流场后,能更好地模拟整个风暴潮过程,模拟结果更接近真实值,特别是对于原模式风暴增水峰值容易偏大的问题得到了改善,而且整体相对误差更小,提高了风暴潮模式的业务稳定性。