资料同化在渤黄海风暴潮重现期 计算中的应用研究

基于渤黄海沿岸 14个潮位站的历史潮位资料,同时刻同化利用 W RF 大气模式驱动风暴潮数值模型模拟得到沿岸 2忆 格点的逐时风暴增水。通过烟台潮位站的同化试验以及与观测资料完整的塘沽和羊角沟潮位站进行重现期比较分析,表明最 优插值法可以提高数值模拟法计算得到的重现期风暴潮位的准确度,至少是在潮位站附近同化后的重现期值是合理可信的, 证实资料同化在渤黄海风暴潮重现期分析中具有良好的性能,可在大范围、高分辨率进行沿岸风暴潮重现期分析中予以采 用。据此给出了渤黄海沿岸五十年一遇和百年一遇风暴潮的分析结果,以期为渤黄海沿岸今后的布局规划和堤防建设工作提 供决策支持。     

天津滨海地区风暴潮极值增水漫滩情景展示及风险评估

在综合分析天津风暴潮灾特征基础上,利用天津海河闸验潮站40a的年最高潮水位资料,结合天津滨海地区历史沉降数据,对潮水位进行修正。应用耿贝尔频率分析方法、P-Ⅲ型概率分析法对海河闸验潮站年极值潮水位(地面沉降修订后)进行概率计算,二者拟合度优良,耿贝尔频率分析结果较为精确。研究显示,百年一遇风暴潮水位为大沽高程4.80 m(地面沉降修订后),千年一遇风暴潮水位为大沽高程5.34 m(地面沉降修订后)。运用ArcGIS软件对不同重现期下的风暴潮进行静水漫滩展示。对比可知,在理想化静水状态下,对于同一重现期的潮灾,考虑防潮堤(地面沉降修订后)比忽略防潮堤造成的潮灾影响明显减弱。在此基础上,结合TM影像解译的研究区各类土地利用类型对百年一遇风暴潮灾进行风险损失评估,结果表明:百年一遇风暴潮灾影响范围为149.16 km2,受影响人口为2.59万。潮灾造成的经济总损失约100 971.30万元,其中室内家庭财产损失约4 484.50万元,公共服务设施财产损失约62 231.50万元,种植业、海产、盐田损失约19 418.70万元。     

基于历史数据的天津沿岸风暴潮特性分析

根据1950-2014年65a间的107次对天津滨海区域及附近有显著影响的风暴潮的观测数据,分析了天津沿岸风暴潮的特性,结果表明天津一年四季都有发生风暴潮灾的可能,并且8、10和11月是风暴潮灾发生的高峰期。分别利用1950-1979年年最高潮位和1980-2012年年最高潮位计算天津沿海风暴潮重现期潮位值,发现后者所计算的潮位值明显高于前者,不仅表明天津沿海风暴潮高潮位有升高的趋势,也说明了天津沿海潮情发生了变化;用1950-2012年塘沽验潮站年最高潮位,采用耿贝尔分布,考虑了特大值的影响,确定了考证重现期为400a,得到的重现期潮位值能够很好地拟合塘沽验潮站年最高潮位的经验累积频率点;对1950-2012年年极值潮位进行了沉降量校正,计算的重现期潮位值明显增大。     

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。     

连云港温带风暴潮及可能最大温带风暴潮的计算

用46a资料首次对连云港温带风暴潮进行了统计分析,计算了不同重现期的温带风暴潮(增、减水)值,并划分引起温带风暴潮的天气类型;进而首次构造引起连云港可能最大温带风暴潮(增、减水)的天气系统;最后,采用经过典型温带风暴潮过程数值模拟检验的风暴潮数学模型,计算了连云港可能最大温带风暴潮,计算结果已被江苏田湾(连云港)核电站厂址设计部门采用.     

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。     

珠江口地区台风风暴潮的数值模拟试验

本文选取了3个珠江口对造成严重风暴潮灾害的南海西北向路径的台风作为个例,利用国家海洋环境预报中心建立的业务化的台风风暴潮模式进行风暴潮后报检验.将结果与珠江口地区三个验潮站实际观测资料进行对比发现:模式的后报效果比较理想,对业务预报中最为关心的最大风暴增水值模拟较好,说明该模式对模拟这类型路径台风引起的风暴增水有较好的预报适用性.并且进一步发现:强度越大的台风,增水峰值模拟效果越好;该地区各验潮站的最大增水通常发生在台风中心距离验潮站最短的几个小时内.     

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。     

天津沿海风暴潮灾害概述及统计分析

经分析研究，表明天津沿海是世界上风暴潮最频发区和最严重的区域之一，风暴潮灾一年四季均有发生，除夏季有台风风暴潮灾害发生外，春、秋、冬季均有灾害性温带风暴潮发生。本文分析了天津沿海风暴潮的统计特征，概要介绍了几次严重的潮灾案例，并计算了不同重现期风暴潮和高潮位，所做工作对改善天津沿海的风暴潮预报和防潮减灾工作有所裨益。     

舟山港台风风暴潮的气侯特征

风暴潮是指由强烈的大气扰动所引起的海平面异常变化现象。舟山市地处长江口南侧,杭州湾外缘的东海洋面上。每年夏秋季节,天文大潮期间,恰逢台风盛行,常引发台风风暴潮。台风风暴潮是造成舟山市台风灾害的主要因子。本文利用1956～2000年舟山市定海验潮站潮位观测资料,对历年影响舟山的风暴潮灾害进行了全面的统计分析,并将台风按路径分型,分析研究了不同路径下台风风暴潮的特点。本文对舟山市风暴潮灾害特征的研究,为下一步建立风暴潮预报模型奠定了基础,有十分重要的意义。     

热带气旋资料长度对风暴潮危险性评估结果的影响

热带气旋历史样本数不足一直困扰着风暴潮风险评估研究,本文基于西北太平洋62 a(1949-2010年)历史观测热带气旋事件集资料和用随机模拟方法构造的1000 a模拟热带气旋随机事件集,以福建省连江县为例,开展了资料长度对风暴潮灾害危险性评估结果的影响分析。文中用ADCIRC模型模拟了两种数据集强迫下的风暴潮增水,采用极值Ⅰ型分布法得到了典型重现期的风暴潮增水,经过对计算结果分析发现典型重现期的风暴潮增水计算结果与所用数据资料长度有着密切相关性,数据资料越长,结果越稳定。对于1000 a一遇的风暴潮增水值,使用500 a长度的资料已经趋于稳定,并接近用1000 a资料计算得到的结果。在进行风暴潮危险性评估时,相比用几十年尺度的热带气旋历史数据集,1000 a的热带气旋模拟数据集的计算结果更具实际意义。     

风暴潮三维数值计算模式的研究及在渤海湾的应用

以实验室二维温带风暴潮数值模型为基础,综合考虑海洋潮波动力与风应力联合作用,建立温带风暴潮三维数值计算模型.模型从推导三维风暴潮基本控制方程出发,并应用交替方向隐格式(ADI)方法对方程进行离散求解.对于浅水动边界,模型采取局部深槽、缩小水域的活动边界处理方法.利用拟三维数值计算方法,并提出了非平面水深等分模式和平面等水深分布模式,应用这两种计算模式分别对渤海湾2009年5月8～10日发生的风暴潮过程进行了数值模拟.将风暴潮位计算结果和增水位计算结果与塘沽验潮站的实际观测数值进行对比验证,结果显示受风应力与潮波联合作用的风暴潮位和增水位与实测数据吻合良好;通过比较得到了平面等水深分布模式的计算成果要比非平面水深等分模式的计算成果更接近观测资料的结论,为风暴潮预报提供了理论依据.     

江苏省洋口港风暴潮数据分析

主要对江苏如东燃气电厂厂址(如东县长沙港海堤外)所在洋口港进行了风暴潮数据分析及对厂址影响评价。通过对风暴潮影响规律和历史强风暴潮过程灾情分析,仔细研究了相关特征潮位与潮位重现期和波浪爬高计算,确定了厂址区域的警戒潮位。研究认为:现有的堤防工程能够抵御重现期为200a一遇的风暴潮过程的堤防设计标准要求。     

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。     

渤海风暴潮概况及温带风暴潮数值模拟

分析研究表明,天津沿海是世界上风暴潮最频发区和最严重的区域之一,风暴潮灾一年四季均有发生,除夏季有台风风暴潮灾害发生外,春、秋、冬季均有灾害性温带风暴潮发生.采用球坐标系下的二维风暴潮模式,对1969年4月23日引起渤海最大温带风暴增水过程进行了数值模拟.对风场和增水过程的计算结果验证表明,该模式可用于温带风暴潮的工程计算,并且只要依据文中方法计算出预报气压场和风场,该模式也具有预报能力.     

上海强风暴潮预警报系统设计总体框架

随着信息化程度的提高,可以利用计算机技术建立强风暴潮预警报系统。上海强风暴潮预警报系统包括三个层面:a)强风暴潮延时与实时资料数据库;b)强风暴潮数值预报和专家系统工作站;c)强风暴潮预警报服务网络系统。在风暴潮预报上可以通过数值计算结果,最后能够直接、自动、快速地将预报结果发布到各个相关单位和媒体,同时也能作为预报员在预报风暴潮时的辅助决策系统。     

海口湾沿岸风暴潮漫滩风险计算

引用《海港水文规范》(1998)中的方法计算海口湾的极值高水位,计算不同重现期的风暴潮与最高天文潮位的组合高水位;同时应用经检验为可靠的台风风暴潮数值模式,由气候学统计方法得出的可能最强台风的参数,按3种路径类型12条路径分别计算,并对产生可能最大风暴潮的假想台风路径根据移速变化分别计算,由此确定海口湾可能最大风暴潮(PMSS)。计算所得3组数据作为海口湾风暴潮漫滩风险值,1000a一遇的极值高水位、1000a一遇的风暴潮与最高天文潮的组合高水位及可能最大风暴潮与最高天文潮的组合高水位分别为546cm,634cm和977cm。     

福建省风暴潮时空分布特征分析

分析20世纪50年代以来福建省7个有代表性验潮站的近700站次台风风暴潮过程,利用建立的风暴潮评价指标,对福建省风暴潮的时空分布特征开展研究。结果表明:福建省风暴潮主要出现在7月至10月,其中以8月最多,9月次之;风暴潮灾害主要发生8月和9月,以9月居多。各级风暴潮中,增水为50~100 cm的风暴潮次数约占70%,沿海各区域中,风暴潮频发区和严重区为闽江口,风暴潮次数明显偏多、偏强;风暴潮灾害频发区为闽江口,风暴潮灾害严重区则依次为闽江口和宁德区域。1954-2008年间,风暴潮发生次数总体呈现上升趋势;风暴潮灾害呈较明显的上升趋势。     

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.     

一个稳态Kalman滤波风暴潮数值预报模式

利用Kalman滤波资料同化技术将海洋站水位观测资料融入二维线性风暴潮模式中,研制具有资料同化能力的风暴潮预报模式,改进风暴潮模式计算结果.通过在风暴潮模式的动量方程中加入模式噪声项来修正模式本身和气象强迫力的不确定性.确定性模式的输出通过带有观测噪声的观测方程与可利用的海洋站的潮位观测资料联系起来.假定初始的模式噪声和观测噪声满足均值为0的高斯分布,用迭代法得到计算区域的状态向量的稳态Kalman滤波,进而得到风暴潮模式输出的最优线性校正结果.利用这种资料同化技术,对1956年发生在东海的一次强风暴潮过程进行了后报试验,结果表明,该同化方法对短期风暴潮水位后(预)报有一定的改进.