风暴潮对海浪影响的数值研究

采用第三代海浪模式和线性全流风暴潮模式计算封闭海域内风暴潮对风浪的影响，海浪模式中钫含水深变化及平均流变化引起的波浪绕射项，计算了不同风速和不同静水深情况下风暴潮引起的风浪波高的变化，计算结果表明：静水深为１０ｍ及风速为３０ｍ／ｓ，风暴潮引起的风浪波高的相对变化的最大值达３９％；而静水深超过４０ｍ时，即使风速为４０ｍ／ｓ，风暴潮引起的风浪波高的相对变化的最大值小５％。     

海浪和潮汐风暴潮耦合过程的数值研究

海浪和风暴潮是重要的海洋灾害。对它们的精确预测和预报对沿岸海洋灾害的风险评估及海洋工程的设计具有极其重要的社会和经济价值。过去人们本多对波浪和风暴潮单独进行预报。实际上，风既产生浪又产生风暴潮，因此它们的产生必然存在相互作用。本研究的目的就是要建立一个渤海高分辨率的双向耦合的海浪和潮汐风暴潮数值模式，研究各耦合机制的影响，以期为黄河三角洲沿岸风暴潮海浪漫堤、漫滩风险评估提供更为准确的海浪风暴潮预测预报结果。 作者在研究中基于国际上先进的第三代海浪数值模式和潮汐风暴潮模式，建立了渤海2''×2''的海浪和潮汐风暴潮耦合数值模式。耦合模式充分考虑了三个主要耦合物理机制：依赖海浪状态的表面风应力，波-流相互作用底应力和辐射应力。波浪模式主要基于国际上第三代WAM模式，并对其进行了浅水效应的改进，以包括浅水深度破碎引起的能量耗散；潮汐风暴潮模式计算中开边界考虑了10个主要分潮K1，O1，P1，Q1，M2，S2，N2，K2，Sa，Ssa。依赖海浪状态的表面风应力取自Donelan等(1993)的结果,波-流相互作用底应力取自Signell等(1990)对 Grant and Madsen(1979)简化的结果，辐射应力以海浪谱表示。耦合计算中，两个模式通过三个耦合机制双向传递所需参量。 运用胜利油田中心一号观测的2个同步浪、潮、流资料对所建的耦合模式进行了检验，并通过耦合和非耦合模式结果的对比对各耦合机制的影响效应进行分析研究。研究结果表明，不同物理机制对波高的影响主要由能量方程中以辐射应力表示的波流相互作用所决定；在波-潮耦合作用中，依赖波令的表面风应力和辐射应力对水位是正效应，而波流相互作用底应力对水位是负效应。三个物理机制的综合净效应是正，可增加水位达25cm。比较显示，耦合模式的结果无论对波高还是水位都比非耦合模式的结果好，特别在峰值处。 本研究显示耦合模式的结果将改进海浪和风暴潮的模拟精度。所建立的耦合模式将对渤海海浪和风暴潮预报精度的提高，以及为黄河三角洲近岸海浪和风暴潮灾害的风险评估，提供更可靠的参数，具有重要的价值。     

波浪对风暴潮影响的数值研究

联合第三代浅水海浪模式SWAN和三维海流模式POM,建立考虑海浪影响的三维风暴潮模式,利用该模式,在渤黄海区域,对温带气旋830315诱发的风暴潮进行数值模拟,从海表风应力、辐射应力、底应力三方面入手,对海浪对风暴潮的影响进行了数值研究.研究表明海浪通过风应力对风暴潮水位的影响最为显著,而波致辐射应力与依赖波流相互作用的底应力的影响只在渤海和北黄海相对明显;考虑海浪影响的风暴潮水住过程曲线模拟结果,比不考虑海浪影响的纯风暴潮模拟结果与实测水位曲线吻合的更好,尤其是在减水极值处,其相对误差不超过5.57%.     

黄河三角洲沿岸海浪风暴潮耦合作用漫堤风险评估研究

海浪、风暴潮是重要的海洋灾害因子,过去人们主要对这些灾害因子本身进行研究,而对它们作用的承灾体研究甚少。实际上,只有它们作用的承灾体遭到破坏,才产生海洋灾害。本研究的目的就是要针对海浪风暴潮漫堤灾害,提出漫堤灾害的风险评估标准及风险评估方法和程式,为沿海防灾减灾提供科学依据。针对黄河三角洲示范区,根据漫堤程度,提出了漫堤灾害风险等级标准,并基于建立的海浪和风暴潮潮汐数值模式及长期预测结果,提出了风险评估方法和程式步骤。对黄河三角洲近岸海域主要堤段进行了多年一遇和典型台风过程漫堤灾害的风险评估。得到的结果是:该区沿岸海堤在风暴潮水位下一般都不能发生水位漫堤现象,只有加上波浪作用时,才会出现海水漫堤;当发生五十年一遇的风暴潮、浪时,多数的海堤的风暴潮、浪漫堤灾害风险在3—4级,即有效波高的浪已爬上或接近爬到堤顶;9216和9711号台风所产生的风暴潮、浪灾害约为150—200年一遇的情况。从实际情况看,本研究中提出的漫堤风险评估标准、评估方法是可行的,评估结果为有效防减海浪风暴潮漫堤灾害造成的损失提供了参考。     

0016号台风(悟空)海浪及风暴潮特征分析

0016号热带风暴在南海生成后，向偏西方向移动，并逐渐加强成台风，于2000年9月9日中午在海南省陵水县登陆，给海南的经济造成了严重的损失。本文利用天气图、卫生云图及海洋站实测的潮位资料，对0016号台风的海浪和风暴潮特征进行了初步分析。     

热带风暴GONI活动期间南海上层热结构变化及海浪、风暴潮特征分析

基于遥感资料和实测的潮位、波浪数据,对2009年热带风暴GONI("天鹅")活动期间南海上层热结构的变化以及广东省台山市广海湾内风暴潮和灾害性海浪的产生发展过程进行研究,结果表明:热带风暴GONI活动期间,海表温度分布上明显出现大片低温区,最大降温幅度达2℃左右,而且最大降温区域集中在热带气旋轨迹偏右的海域:热带气旋登...     

090415渤海黄海北部灾害性海浪风暴潮过程灾情成因分析及灾后反思

2009年4月15日,受强冷空气和低压槽共同的影响,渤海、黄海北部形成4～5m的巨浪区,龙口外海的康菲海上石油平台实测最大有效波高4.8 m;渤海湾塘沽潮位站实测最大风暴增水173 cm,黄骅潮位站实测最大风暴增水176 cm.河北省、山东省、天津市沿海发生了较严重的温带风暴潮和海浪灾害,遭受到不同程度的经济损失和人员伤亡.此次过程是自2007年3月3日发生渤海黄海特大温带风暴潮海浪灾害以来较为严重的一次海洋灾害.本文简要分析了风暴潮与海浪灾害的天气形势及海浪风暴潮特点,讨论了海洋灾害的成因,并就其灾后反思及预防对策进行了探讨.     

台湾附近海域超强台风南玛都期间风暴潮对海浪影响的数值研究

采用海浪模式(Simulating Waves Nearshore,SWAN)与风暴潮模式(Advanced Circulation Model,ADCIRC)的耦合模式,模拟研究了2011年第11号超强台风南玛都期间,风暴潮对海浪的影响。通过对比耦合模式和非耦合模式模拟结果,发现对于该超强台风过程,台风中心附近的大浪区内风暴潮对海浪有显著影响:在台风中心沿前进方向的右前方,风暴潮使海浪波高减小;在台风中心和台风中心的左后方,风暴潮使海浪波高增大。台风进入台湾海峡之前,风暴潮对海浪波高的最大影响为10%左右;进入台湾海峡后,受地形和潮汐潮流的影响,海浪波高受到的最大影响增大到25%左右。上述结果对台风期间的海浪模拟有一定参考价值。     

近岸海浪、风暴潮及海啸灾害远程实时监测系统的现场试验及应用

利用自主研发的近岸海浪、风暴潮及海啸灾害远程实时监测系统,在广东省阳江市闸坡附近海域进行了远程实时监测试验.文章介绍了监测系统的组成,对2007年9月1日-10月3日的观测记录进行了分析,计算出台风增水、波高和波周期,采用低通滤波方法获得重力外波.实验结果表明,研发的近岸海浪、风暴潮及海啸灾害远程实时监测系统可供实际推广应用.     

热带气旋风场对海浪分布特征的影响

设计了一系列理想的数值实验,利用高分辨率的WAVEWATCHIII海浪模式定量分析热带气旋移动速度、强度、最大风速半径和热带气旋移动时的转向等风场细节因素对热带气旋下表面海浪分布特征的影响。实验结果表明,热带气旋移动速度、最大风速半径和热带气旋移动时的转向会影响海浪的空间非对称分布。最大风速半径增大会使最大有效波高的位置向后移动,而移动速度增大会使最大有效波高位置向前移动。移动速度增大会使右侧象限内的有效波高增大,左侧象限内有效波高减小。最大风速半径增大和强度增强使各象限内有效波高均增高。热带气旋的转向使各象限内有效波高增高,除了右后象限。这些风场特征对各个象限内海浪的平均波长、平均周期、平均波向、和波峰方向都有很重要的影响,尤其以左后象限最为显著。     

山东沿岸历史风暴潮探讨

作者根据地方史志资料进行分析与统计,提出山东沿岸风暴潮的特点:存在风潮和台风暴潮两种型式。在风潮中,春季风潮占绝对优势,秋季风潮是次要的。三者的关系是:台风暴潮:春季风潮:秋季风潮=50％:37％:13％。此外,还分析了在风暴潮记载中的有关气象记录问题以及历代王朝有关风暴潮记录的特点。提出历史风暴潮灾情的个例,举出1985年山东沿岸发生的风暴潮灾情,以说明风暴潮灾害的严重性。     

环渤海的历史风暴潮探讨

根据地方史志及近现代关于风暴潮的资料,提出在环渤海海域的风暴潮的时空分布,进行了分析与统计,提出环渤海沿岸风暴潮的特点,指出存在发生在夏季的台风潮和发生在春秋两季的风潮两种型式。在风潮的两种型式中,春季风潮占绝对优势,秋季风潮是次要的。三者关系是:台风潮:春季风潮:秋季风潮=60％:30％:10％。此外,还列出了在环渤海沿岸发生的重大历史风暴潮灾表。     

波浪对风暴潮影响的数值研究

联合第三代浅水海浪模式SWAN和三维海流模式POM,建立考虑海浪影响的三维风暴潮模式,利用该模式,在渤黄海区域,对温带气旋830315诱发的风暴潮进行数值模拟,从海表风应力、辐射应力、底应力三方面入手,对海浪对风暴潮的影响进行了数值研究.研究表明:海浪通过风应力对风暴潮水位的影响最为显著,而波致辐射应力与依赖波流相互作用的底应力的影响只在渤海和北黄海相对明显;考虑海浪影响的风暴潮水住过程曲线模拟结果,比不考虑海浪影响的纯风暴潮模拟结果与实测水位曲线吻合的更好,尤其是在减水极值处,其相对误差不超过5.57%.     

台风过程中浪致Stokes漂流对海洋上层温度影响的数值模拟

Stokes漂流对海洋上层温度变化具有重要影响。本文以"麦德姆(Matmo)"台风过程为例,基于浪流耦合模型,通过对比分析考虑和未考虑Stokes漂流的模拟结果,研究了台风过程中浪致Stokes漂流及其效应对海洋上层温度变化的影响。研究表明Stokes漂流及其效应与海浪大小的分布密切相关,海浪越大, Stokes漂流、Stokes输运和Ekman-Stokes数相对越大。Stokes漂流在台风过程中起降低海表面温度的作用,台风路径处的Stokes漂流及其效应较大,降温较明显,最大降温约2°C。产生降温的原因是Stokes漂流造成海表流场改变,以及Stokes输运引起海水辐散等作用加强了上下层海水质量和能量的交换。利用Argo资料进行验证,发现考虑了Stokes漂流作用的海洋上层温度模拟结果与Argo测量结果更接近。     

近岸海浪几种数值计算模型的比较

除了统计模型，目前可用于近岸海浪计算的主要模型基本上可以分为Boussinesq方程、缓坡方程、能量平衡方程三大类。本文在对这三类模型作简要介绍的基础上，对它们用于近岸波浪计算各自存在的优缺点作了较为详细的比较，然后综合这三类模型的优点，根据目前我们所掌握的一些先进的海浪计算方法，提出一种比较实用的计算模型。     

我国东海和南海沿岸的历史风暴潮探讨

根据我国丰富的地方史志资料分析,证实在我国频临东海,南海沿岸的历史风暴潮是由台风引起的,这与冬半年出现在我国北方沿岸的风暴潮不同。列出了历朝风暴潮按月的统计和重大历史风暴潮灾害表。对史志的记载进行了探讨,指出时间记载的可靠性,古地名的变迁:随同风暴潮记载的海象、气象、天象和物象的记述;以及由风暴潮引起的次生灾害。     

影响连云港的几次显著温带风暴潮过程分析和及其数值模拟

本文建立一个温带风暴潮模式，包括海上边界层风场模式和风暴潮数值模式。利用建立的温带风暴潮模式，模拟了影响连云港的几次显著温带风暴潮过程，结果表明，本模式所采用的海上边界层风场模式和风暴潮数值模式是匹配的，能够满足海洋工程中的风暴潮数值计算的需要，甚至可以成为日常温带风暴潮数值预报的有用手段。     

海洋内波垂向结构的一种数值算法

依据由海上实测资料得到的海水密度、声速及浮性频率随深度的分布等数据，数值求解线性内波垂向问题方程，确定了其主要模态的弥散关系及其特征函数。     

小振幅海洋内波的演变、破碎和所致混合

利用基于谱方法和MPI并行运算的数值模式SpectralModel,直接数值模拟了三维小振幅海洋内波的演变、破碎和所致湍流混合,指出导致其不稳定而破碎的为PSI(parametric subharmonic instability)机制;对于内波破碎所致的湍流混合过程,分析了跨等密度面扩散系数kρ、混合效率γ、浮力通量谱、动能谱以及势能谱等统计性质:内波破碎前,kρ和γ保持低值水平,浮力通量谱值为负,且集中在低波数段;内波破碎后,kρ和γ迅速增大,最大值分别约为0.9×103m2/s和0.18,浮力通量谱值在低波数段为负值,在高波数段为正值,这是因为层化湍流中势能向小尺度运动传递和动能向小尺度运动传递相比更为有效。在内波破碎、强湍流混合阶段,势能谱存在一谱段满足kz3律,P(kz)=0.2N2kz3。此外,与二维模拟结果相比较,导致内波不稳定而破碎的均为PSI机制,kρ、浮力通量谱、势能谱变化趋势大体一致;但三维数值实验中,内波破碎时间提前,湍流衰减加快;KE谱在高波数部分下降速度相对减小,更接近于kz3。