塘沽海洋站水位变化及其极值与海面风的相关关系研究

在海洋工程设计中,水位极值是一个重要的设计参数。对塘沽海洋站54a每小时的水位观测资料(1950—2003)和38a的海面风观测资料(1965—2003)进行了分析,探讨了该站水位的变化特征及海面风与水位极值的相关关系。分析结果表明,在水位时间序列中M2分潮占总能量的60%以上,六个主要分潮M2,S2,N2,K2,K1和O1占总能量的93%以上。年平均海平面的变化并不是简单的线性变化,而是存在3~5a的周期性波动,这可能与厄尔尼诺、太阳黑子活动和交点周期等周期性和准周期性变化过程有关。由54a实测资料计算得的年平均海平面的年变率为1.64mm/a。54a中最高水位为5.81m,发生在1992年9月;最低水位为-0.99m,发生在1968年11月。100a一遇的最高水位为6.02m,由偏东向风引起,而西向风引起塘沽海洋站减水。对于100a一遇的各向最大风速,北向偏东风的100a一遇的风速为最大,其值为26.78m/s,其可能引起的最大增水为2.06m。西风的100a一遇最大风速为20.5m/s,其可能引起的减水水位为2.28m。     

渤海平均海平面及多年一遇极值水位的计算

利用区域大气模拟系统(RAMS)大气模式给出的30 a风场资料作为上边界风应力强迫,用普林斯顿大洋模式(POM)对渤海的潮流和潮位进行了30 a数值计算.给出了M2,S2,O1,K1四个分潮的同潮时线和等振幅线,与环渤海19个验潮站观测的调和常数对比发现,M2分潮振幅的平均误差为4.5 cm,迟角的平均误差为4.2°.分析了渤海海域环流、风海流和潮流的基本特征,并与前人的结果进行比较,两者基本一致.计算了渤海1 000多个网格点的平均海平面高度,比较结果表明,其准确度较高.最后给出了渤海各点的最高和最低天文潮位以及百年一遇极值水位,比较结果表明,虽没有进行单独的风暴潮计算,但计算结果较好地反映了渤海各种水位的特征.     

广利河口及沿岸的工程水位

随着海岸带和滩涂资源的综合调查及开发利用,海上航运事业的不断发展,新建和扩建港口的逐渐增多,潮位的频率分布和不同重现期的极值水位等已成为港口和航道工程中十分重要的参考数据,我国已确定在港工建设中取对应保证率1％的潮位为设计高水位,对应保证率98％的潮位为设计低水位,50年一遇的高(低)水位作为校核高(低)水位,此外,乘潮水位的频率分布在航道、港工及岸边工程中也有着重要用途。按“港口     

海平面变化和调和常数不稳定性对一些工程设计参数的影响

对石臼所、连云港和坎门验潮站23 a(1975—1997年)水文观测资料进行了逐年调和分析。结果可以看出,不仅年平均海平面有逐年变化,而且分潮调和常数也存在明显的不稳定性。利用2种方法推算了3个站的23 a天文潮位,一是以某年(例如1975年)的年平均海平面和调和常数,另一是以当年的年平均海平面和调和常数推算3个站的23 a天文潮位。并据实测潮位和2种天文潮位推算值,计算出2种风增(减)水的年极值。由比较发现,3个站的2种年最高(低)天文潮位的最大差值达17~22 cm(-18~14 cm);石臼所和连云港的2种100年一遇风减水的差值均达20~30 cm,坎门的2种100年一遇风增水差值达10 cm。这些差值表明,在人们推算天文潮和计算风增(减)水时,不应该忽视年平均海平面变化和分潮调和常数的不稳定性。由逐年的调和常数计算了每年的海图深度基准面,其23 a的变化幅度在石臼所达11 cm,在连云港达21 cm。拟建沿岸工程点的年最高(最低)天文潮位变化的曲线,年极值风增(减)水变化曲线及海图深度基准面的年变化曲线可以利用工程点两侧长期验潮站的相应曲线经过工程点1 a观测资料推算出的相应值,内插求得。     

海平面长期变化对推算多年一遇极值水位的影响

利用乳山口24a的年极值高、低水位和年平均海平面,分析讨论了平均海平面长期变化对推算多年一遇极值水位的影响.同时讨论了消除平均海平面中长期变化的途径.比较了消除平均海平面长期变化和保留这种变化情况下推算出的两种多年一遇极值水位,可以发现,对多年一遇高水位来说,保留平均海平面长期变化所得结果高于消除了的,而对多年一遇低水位而言,情况正好相反.     

派比安台风对上海黄浦江潮位的影响及成因探讨

2000年派比安台风产生的历史第二高潮位对上海的防汛带来严重影响。本文通过比较历史上的风暴潮，从动力机制、天文高潮与增水极值相碰头，潮波共振和水利工程的影响等四个方面分析了这次风暴潮造成的高水位，及台风余振期边缘波的影响，并用SLOSH（Sea,Lake,Overland Surge from Hurricanes)模式模拟了这次风暴潮，为防台减灾的正确决策提供了理论依据。     

海平面上升对中国沿海地区极值水位重现期的影响

基于中国沿海10个验潮站资料,利用皮尔森Ⅲ型(P-Ⅲ)模型探讨了典型浓度路径(Representative Concentration Pathway,RCP)情景下21世纪海平面上升对中国沿海地区极值水位重现期的影响。结果表明:海平面上升将显著缩短极值水位的重现期。在RCP8.5情景下极值水位的重现期缩短最为显著。预估到2050年,在RCP8.5情景下,所研究的中国沿海地区潮位站的百年一遇极值水位将变为9~43 a一遇。到2100年,在RCP8.5情景下,百年一遇极值水位变为1~18 a一遇。当前极值水位的低概率事件将在2100年变得普遍,在RCP8.5情景下,到2100年千年一遇的几乎每两百年发生一次。由于极值水位的重现期会随着气候变化而缩短,未来沿海地区将会面临更严峻的风险与挑战。     

黄河三角洲风暴潮特征与防潮大堤设计高度

根据记载资料统计了黄河三角洲历年潮灾高度和发生次数;东南转东北大风是黄河三角洲高潮成灾的主要天气形势;1960年和11964年黄河三角洲两次潮灾的高潮位皆是整个渤海增水后转成北减南增,渤海的增水量集中到莱洲湾构成特大潮灾;以黄河口M_2分潮无潮点为中心的潮波系统使神仙沟日附近有6小时左右的潮时差,西部和南部天文高潮位此起彼伏,同一增水量使每次潮灾以神仙沟口为界,西部遭灾时,南部安全;反之,南部遭灾时,西部安全;根据高潮位重现期,对计划施建的防潮大堤,按200年一遇的高潮位设计,建议由黄海平均海水面上6米,分西、中、南段分别降为4.5、4、5米,在确保安全前提下,降低工程投资。     

山东沿岸多年一遇最高水位计算

应用山东沿岸各海洋站(日照、青岛、乳山口、威海、烟台、龙口、羊角淘)最近几十年各年最高水位数据和极值Ⅰ型(Gumbel)分布理论,对山东沿岸多年一遇最高水位进行了概率计算.给出的各海洋站Gumbel理论曲线与实测值的经验频率之间符合较好(绝对误差在10 cm以下).研究表明,应用极值Ⅰ型(Gumbel)理论对山东沿岸各海洋站多年一遇最高水位的概率推算是可靠的.这些结果对山东省近岸、近海海洋工程开发建设有一定参考意义.     

极值分布的推算方法及其在黄河口海区的应用

本文介绍了以两种不同类型的样本求取多年一遇极值的推算方法。第一种类型是用长期资料的年极值为样本,分别依耿贝尔极值分市(矩法估算参数和最小二乘法估算参数)、第一极值分布、皮尔逊Ⅲ型分布,推算了多年一遇的风暴增水和水位;对所有这些分布的推算结果,用柯尔莫哥洛夫方法进行了测适度检验,给出了95%的可信度。第二种类型用短期连续资料力样本,以三个月的实测水位资料用Weibull分布推算了不同重现期的水位。用两种类型推算的结果是相同的。     

基于信息扩散原理的渤、黄海沿岸风暴潮灾害风险分析

根据收集的渤、黄海沿岸主要海洋站(塘沽、羊角沟、烟台、威海、乳山口、青岛和日照)1950年以来各年最高潮位资料(个别站位资料样本较小),应用能优化处理小样本的基于信息扩散原理的模糊风险评估模型,对渤、黄海沿岸各海洋站年最高潮位的多年一遇极值情况进行了超越概率计算,并与《港口工程技术规范》推荐的极值I型(Gumbel曲线)方法进行比较。除羊角沟站误差3%外,其它站误差均在2%及以下,表明文中基于信息扩散原理的风险评估模型在兼顾小样本条件下所给结果是比较可靠的。这对于潮位等水文实测资料短缺的新建或拟建工程区进行工程水文要素设计重现期的推算将有较好的帮助。     

渤、黄海天文潮—风暴潮相互作用及其对极值水位的贡献

基于Delft3D模型建立了中国渤、黄海风暴潮数值模型,选取1979—2020年影响该海域的93场风暴过程（包括台风、寒潮和温带气旋）,模拟了所产生的风暴增水和风暴潮总水位。采用泊松—皮尔逊复合极值分布理论,推算了渤、黄海对应不同重现期的极值水位;通过数值试验,对天文潮—风暴潮非线性相互作用对极值水位的贡献进行了量化分析。研究结果表明,渤海的莱州湾、渤海湾,以及黄海的江华湾、西朝鲜湾风暴增水最大,其中江华湾北侧和渤海湾西南侧的百年一遇风暴增水可达4 m;天文潮—风暴潮非线性相互作用在潮差较大、水深较浅的河口、湾顶区域更为显著,与耦合模型结果相比,非线性作用使极值水位值偏小,天文潮、风暴潮增水的线性叠加可显著高估极值水位,高估的幅值可达0.5~0.8 m。考虑重现期极值水位是海岸灾害防护工程的关键设计参数之一,对海岸构筑物的安全和建造成本影响极大,应重视天文潮—风暴潮非线性相互作用对重现期水位的影响。     

渤海重现期波高的数值计算

利用RAMS大气模式给出的20年风场资料,利用SWAN近海波浪模式对渤海海域的波浪进行了20 a数值计算.通过与一般过程和大风过程的实测资料的对比后发现.波浪模拟值与实潮值符合地较好,SWAN模式适合渤海海域波浪的计算。通过分析发现.辽东湾常浪向为SSW。强浪向为SSW;渤海中部常浪向为S,强浪向为NE;渤海海峡常浪向为NNW,强浪向为NNW;莱州湾常浪向为S,强浪向为NNE;渤海湾常浪向为S.强浪向为NE。渤中偏东南海域(38°～39°N,119.5°～120.5°E)多年一遇有效波高最大.其中百年一遇有效波高最大值达到6.7m。     

Extreme low and high water levels

A methodology for the prediction of low end and high end extremes in sustained water level is established. The observational data base is a long-duration sequence of monthly high and low extremes. The data identifies a deterministic trend attributable to Mean Sea Level rise and the nominal 19-year forcing in the astronomical tide. The data is pre-conditioned to remove these trends, defining a net data series suitable for extreme value analysis. Context-specific issues in the extreme value analysis are identified and resolved. These include probability model compatibility with elevation datums, rational estimation of the distribution parameters, and the estimation of confidence limits. The predictions for extreme low and high water levels are both real time and return period dependent.     

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。     

渤海夏季潮致-风生-热盐环流的数值诊断计算

基于正交曲线坐标的ECOMSED三维水动力模式,并考虑了潮汐、风和实测温盐场,诊断计算了渤海夏季三维潮致-风生-热盐环流,分析了渤海夏季潮致余流、风生和热盐环流的分布结构。结果显示,在夏季,渤海中部海区明显存在一个顺时针向的涡旋,同时渤海还存在着多个逆时针向的涡旋。通过分析和比较各个分量在总环流中的作用,认为夏季潮致余流是相对弱的;热盐环流在夏季总环流中占主要成分。     

基于GOCI影像的半月潮周期内渤海悬浮泥沙浓度变化研究

悬浮泥沙浓度(SSC)的变化对渤海海域的生态等有着重要的影响.本文基于已有表层水体SSC遥感反演算法进行了优化,利用较高时空分辨率的GOCI影像,基于优化后的模型对渤海表层水体的SSC浓度在半月潮周期中的时空分布与变化特征进行了研究.结果 表明:(1)渤海各海湾表层水体SSC在半月潮周期内的变化规律存在差异.从小潮到大...     

潮流、风暴潮耦合模型推算珠江口海域极值流速

分别采用模式气压场及模式台风场计算气压分布及风速分布,采用地形拟合的sigma坐标水动力方程组及紊流方程建立了潮流、风暴潮耦合模型。三维水动力方程组通过分裂算子法与Casulli半隐式差分格式直接求解。在珠江口的极值流速计算中,先进行了南海北部的潮流、风暴潮耦合模拟,模拟水位与实测值符合较好。以六区域模拟结果为边界,采用嵌套网格方法,在珠江口进行了高分辨率的潮流、风暴潮耦合模拟。选用1968～1999年共65个影响工程区域的台风过程,计算出珠江口的海域年极值流速序列,分析了该海域多年一遇的极值流速分布。     

Wave characteristics and extreme parameters in the Bohai Sea

This paper is aimed at the whole Bohai Sea,as the complement and improvement of wave characteristics and extreme parameters.Wave fields were simulated in the Bohai Sea by using wave model SWAN from 1985 to 2004.The input data based on the hindcast of high-resolution wind fields from RAMS and water level fields from POM,which have been tested and verified well.Comparisons of significant wave heights between simulation and station observations show a good agreement in general.By statistical analysis,the wave characteristics such as significant wave heights, dominant wave directions and their seasonal variations are discussed.In addition,main wave extreme parameters and directional extreme values particularly for 100-year return period are investigated.