铁山湾内天文潮对风暴潮水位的影响研究

作为半封闭狭长海湾,铁山湾受风暴潮灾害的影响较为严重。根据多年观测资料和数值模型对铁山湾内的风暴潮水位特征进行了研究。观测资料表明海湾内风暴潮峰值水位受天文潮相位影响较为显著,然后基于ADCIRC风暴潮模型和1409号“威马逊”台风参数,定量评估了天文潮对风暴潮水位的影响。模拟结果表明当考虑天文潮作用时,会显著提高模拟结果精度,然后通过数值实验研究了风暴潮与不同相位天文潮相互作用时的水位变化特征。数值实验结果表明天文潮-风暴潮相互作用引起的非线性水位在涨潮阶段不明显,在高潮位时非线性水位达到负值最大;在落潮时达到正值最大。风暴潮增水峰值由于受到这种非线性效应的影响,在高潮位时数值最小。海湾内非线性作用要远大于外部,非线性效应越强,总水位峰值相对于天文潮高潮位的延迟时间也就越长。     

上海沿岸天文潮与风暴潮非线性相互作用的数值研究

运用二维非线性风暴潮，天文潮和联合水位模型８次不同路径的热带气旋引起的上海地区天文潮与风暴潮的非线性相互作用进行了数值研究，讨论了天文潮气与风暴潮非线性相互作用引起的增水特征，分析了控制方程中各非线性项对天文潮与风暴晨线性相互作用引起水位变化的贡献，研究表明，考虑天文潮与风暴的非线性相互作用后，使风暴潮和水位的数值模拟结果得到了改善，非线性底摩擦在控制天文潮和风暴潮非线性相互作用中起重要的作用。而     

江苏近海风暴潮增水数值模拟研究

为研究江苏近海海域风暴潮的特性以及为该海域风暴潮增水变化机理及后报做铺垫,本文基于FVCOM(Finite Volume Coast and Ocean Model)海洋模式和Jelesnianski圆形台风风场模型,建立了江苏近海风暴潮数值模型,并对江苏近海的天文潮以及1109号台风和1210号台风引起的风暴潮进行模拟。结合验潮站水位观测,研究了连云港站和吕泗站的天文潮和风暴潮增水过程。我们将风暴潮与天文潮非线性作用下的风暴潮增水和纯风暴潮增水过程进行对比,讨论了天文潮与1109号和1210号台风风暴潮之间的非线性作用引起的增水特征。结果均表明,在天文潮高潮时,天文潮和风暴潮之间的非线性作用可以抑制增水,在天文潮低潮时,天文潮和风暴潮之间的非线性作用有利于增水。除了气象因子以及天文潮和风暴潮之间的非线性作用外,该海区的地理环境也对台风风暴潮增水产生影响。因此对江苏近海的海岸线变化和浅滩地形变化进行敏感性试验,结果表明,本文所设计的海岸线变化对该海域的风暴潮增水影响较小,江苏沿海岸线的向外推移使得江苏海域风暴潮的增水略微上涨,而本文所设计的地形的变化对风暴潮增水影响较大。     

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。     

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.     

典型海湾风暴潮特征数值模拟与研究

铁山港海湾是一个遭受风暴潮灾害影响较为严重的半封闭型海湾,基于有限元海洋数学模型ADCIRC (Advanced Circulation Model)研究了1409号"威马逊"台风期间铁山港海湾的风暴潮特征及非线性作用。结果表明:当考虑天文潮与风暴潮之间的相互作用时,风暴潮水位的计算结果更加准确,只考虑纯台风影响时,计算结果会低估风暴潮增水值,高估减水值,对预报结果造成较大的误差。海湾内部的增水要远大于湾外,但是减水值则相差不大。通过对天文潮和风暴潮非线性作用的影响因子进行分析,风应力的浅水效应可以忽略,但底摩擦项和对流项影响较大。在海湾内部对流项占主导地位,与天文潮的耦合作用也较强;而在湾外,底摩擦项占优势,耦合作用在海湾内外都较强。天文潮与风暴潮相互作用产生的非线性水位在湾顶处最大可达0.94 m,出现在风暴潮最大减水时刻,风暴潮增水发生后有所减弱,非线性水位表现出从湾外向湾内递增的规律。     

孟加拉湾1991-2020年风暴潮模拟及湾顶最大增水的时相特征

研究风暴潮期间的增水过程、振幅和时相特征对提高风暴潮实时预报的精度和减轻灾害损失具有重要价值。采用径流、潮汐、风、波浪耦合模型模拟了孟加拉湾1991-2020年期间对湾顶布里斯瓦尔河口一带增水影响最大的28次热带气旋过程。结果显示,由风暴潮总水位减去天文潮位得到的总增水极值相对于天文潮高潮位的出现时刻集中于涨潮阶段,占总次数的89.3%,并且集中于高潮位前的3 h和4 h。增水过程呈现“（准）孤立波”和“（准）周期性振动”两大类型,其中孤立波形式的增水过程有的在涨潮阶段便完成,也有的持续一个完整的涨、落潮阶段。风暴潮增水-天文潮相互作用曲线具有与天文潮同样周期的振动特征,其振幅与潮差的大小相关,呈现出“涨峰-落谷”与“涨谷-落峰”两种类型,二者具有180°的相位差。热带气旋的行进方向与潮流同逆向、登陆时的潮相、海岸陷波（边缘波）的形成与传播等是决定总增水极值时相特征的主要动力机制。     

一种变截面河口中非线潮波的的研究

本文采用一维非线性考虑摩擦的流体动力学方程研究变截面河口的非线性潮波、河口宽度呈指数形式变化B=Boe~(-bx),深度h为常数。运用摄动法求解一维非线性流体动力学方程。可以发现解和Airy解是包含在本文解中的两种特殊情况。只要在我们的解中,令b=0,就可以得到前者。若令b=0和f=0(f是线性摩擦系量),则可以得到后者。根据二阶解对变截面河口中非线性潮波的物理机制进行了探讨,指出在线性摩擦系量假定下,河口中浅水分潮波由两部分组成。一部分来自河口以外,是由湾外浅水非线性效应产生的。另一部分则是由浅水非线性效应在湾内产生的。另外,潮余流和余水位与浅水分潮的物理机制并不完全相同。前者由浅水非线性效应、摩擦和河口的变形效应的相互作用产生,而后者主要依赖于浅水非线性效应。最后将本文的非线性模式应用于杭州湾非线性潮波的模拟。共计算了7个分潮(O_1、K_1、M_2、S_2、M_4、S4_、MS_4)。可以发现,运用入射的前进潮波以及它们的相互作用模拟的结果与实测资料吻合良好,从而可以认为杭州湾的潮波基本上是以前进波为主。     

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。     

风暴潮与天文潮非线性相互作用结果及有关问题的分析

分析了风暴潮与天文潮非线性相互作用的结果，给出了增、减水的解析表达式，指出了潮汐预报精度在增、减水分离中的重要性，提出了提高潮汐分析预报精度的方法。     

一维水域潮波运动的变浅效应

根据浅水非线性潮波动力学方程，考虑线性变浅的一维水域，采用摄动法求解得到了变浅效应所产生的附加潮彼部分，进而根据所得解的讨论，较详细地揭示了潮波进入浅海后变浅效应的作用下所发生的变化，并得出结论。变浅效应使进入浅海的潮波波速变慢。摩擦效应与变浅效应的相互作用决定了潮被振幅的变化，当变浅效应大于摩擦效应时，潮波振幅增加，且变浅效应越强，潮波振幅增加越大，反之则减小。     

浅海风暴潮和天文潮相互作用中非线性效应的数值诊断分析

本文讨论了天文潮主要分潮Ｍ２，Ｓ２，Ｋ１，Ｏ１对风暴潮和天文潮相互作用所引起的非线性效应水位的影响以及各种非线性项所作贡献。在天文潮和风暴潮都大的域，天文潮分潮的影响是显著的；非线性项中以浅水效应项，风－水位效应项，底摩擦项对浅海风暴潮和天文潮相互作用中非线性效应水位项献比较明显，而平流项，气压梯度项的作用微。从数值研究的角度给出了一些新的结论和定量地证明一已有的重要结论。     

8114台风暴潮与天文潮非线性耦合作用的初步探讨

黄海的台风暴潮,具有明显的周期性波动。除风暴扰动的长波效应外,还存在天文潮与风暴潮的耦合作用。本文对此进行了数值模拟。计算结果与实际基本相符。由此说明,潮周期波动主要是由天文潮与风暴潮的耦合作用所致,其波动的强弱取决于风暴潮流与天文潮流的相对运动方向、潮差及增水的大小。涨潮时增水最大;退潮时增水最小;而高潮时不出现增水极值。     

浅海风暴潮和天文潮相互作用中非线性效应的数值诊断分析

本文讨论了天文潮主要分潮Ｍ_２、Ｓ_２、Ｋ_１、Ｏ_１对风暴潮和天文潮相互作用所引起的非线性效应水位的影响以及各种非线性项所作贡献．在天文潮和风暴潮都大的海域，天文潮分潮的影响是显著的；非线性项中以浅水效应项、风－水位效应项、底摩擦项对浅海风暴潮和天文潮相互作用中非线性效应水位的贡献比较明显，而平流项、气压梯度项的作用甚微．从数值研究的角度给出了一些新的结论和定量地证明一些已有的重要结论．     

东海风暴潮与天文潮的非线性相互作用

中国东海的风暴潮具有明显的周期性波动。凤暴潮除了决定于风应力和长波效应外,还受到天文潮与风暴潮相互作用的影响。本文利用一个二维数值模式对天文潮与风暴潮相互作用的水位进行了模拟。我们选取了8114号台风加以计算。计算结果与实测资料基本相符,由此说明水位曲线中的潮周期波动主要是由于天文潮与风暴潮之间的非线性相互作用所致。数值实验还表明,如果考虑到天文潮与风暴潮的相互作用可以显著改善水位的预报精度。     

福建沿海风暴潮特征的分析

通过普查1960-2001年正面登陆我国东南沿海的台风,分析了福建沿海风暴潮的特征及其可能原因。台湾海峡特殊地形对福建沿海风暴潮的时空分布有明显影响,登陆岸段不同,台湾海峡对风暴潮的影响作用也不同,导致福建沿海风暴潮出现明显不同的分布和变化特征。当台风位于台湾海峡时,其大风区位置利范围不同,会影响福建沿海各地风暴增水的幅度。台风横穿台湾海峡时,易使福建沿海台风大风区中心岸段出现双增水峰现象,第一个增水峰出现在台风离开台湾岛进入台湾海峡后,第二个增水峰出现在台风登陆福建沿海前后。台风横穿台湾海峡有时会引起台湾海峡北部出现奇异增水现象,风暴潮与天文潮之间的相互作用可能是其重要原因。奇异增水峰往往出现在天文潮低潮附近,此时实际潮位并不高。     

浙江沿海台风风暴潮类型与成因初探

本文主要对浙江沿海几个站点3次台风过程中所产生的前兆波增水类型进行研究，浅析了几种环境要素与增水的关系，从而为今后的增水预报提供参考。本文的增水曲线是用逐时实测潮位减去天文潮位所得的剩余绘制而成的。     

珠江河口区风暴潮增水过程非线性叠加效应研究

珠江河口区水网密布,水动力条件复杂,风暴潮增水过程存在明显非线性叠加特征。本文运用ADCIRC(AdvancedCirculationHydrodynamicmodel)与SWAN(SimulatingWavesNearshore)模型,以1713号台风“天鸽”为实例,构建了珠江河口区风暴潮增水数值模拟模型,研究了珠江河口区风暴潮增水非线性叠加特征,得出如下结论:(1)在台风强度不变的情况下,在珠江口西岸登陆台风带来的增水最大,在伶仃洋西岸超过2 m。(2)风暴潮在珠江口西岸、东岸、河口区登陆,在高低潮和低低潮登陆带来的非线性效应水位较高,最高超过1 m。在高高潮和高低潮期登陆带来的非线性效应水位较低,最低非线性水位接近0 m。在珠江口西岸登陆的台风,其风暴潮-天文潮的非线性效应最大。     

神经网络在珠江口风暴潮预报中的应用

当风暴潮沿河道上溯时,处于珠江口地区的灯笼山测站和黄埔测站的水位之间存在着非线性响应关系。文章利用BP人工神经网络,建立了两测站台风暴潮和天文潮的综合增水效应预报模型,对9903、9908和9910号台风期间黄埔站的综合增水进行了预报,并针对不同预报时段对计算结果和潮位极值的准确程度进行了相应的讨论。结果表明,该方法的预报精度较高。最后通过与纯风暴增水模型的对比,说明了综合增水模型的优越性。     

台湾海峡及南海东北部潮汐的解析模式

将摩擦力项取为线性形式，联合考虑了科氏力，摩擦力以及非摩擦非线性效应，给出了等深海峡中源潮波及浅水潮波解析形式的解；探讨了各分潮波振幅的分布变化情况，并将本文的解析模式应用于台湾海峡及南海东北部海域；计算了Ｍ２，Ｓ２，Ｍ４和ＭＳ４４个分潮的理论解。与实际观测比较表明，在台湾海峡内，半日潮和四分日潮解析解与实测符合较好；在南海东北部，半日潮波解析解与实差异较大。作者认为这是由于来自吕宋海峡传入的潮波