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。     

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。     

海上丝绸之路海啸灾害危险分析

海上丝绸之路不仅是商业和贸易的通道, 也是东西方文化友谊的道路。2004年印度洋海啸对丝路沿线的多个沿海国家造成了重大破坏。因此需要对海啸发生规律和危害进行分析, 以确保海上丝绸之路上经济和文化交流的安全。为探索和识别海上丝绸之路上的海啸灾害, 本文给出了历史海啸事件的特征和规律。从震源震级、震源深度和水深等震源参数中发现了一些历史海啸数据背后的有用信息。本文还探讨了不同震级引起海啸的概率问题。分析结果表明：海上丝绸之路上的海啸主要发生在8个主要构造断层, 每个断层都有不同的海啸发生规律。在统计分析的基础上, 本文采用数值模型模拟了海上丝绸之路沿岸的潜在海啸,计算结果展示了海上丝绸之路沿岸的潜在海啸灾害程度。本文的研究成果有助于海啸灾害预警, 能够为保证海上丝绸之路贸易交流的安全提供科学参考。     

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.     

一个覆盖太平洋区域的地震海啸波幅预报系统及检验

基于线性长波方程和缓变地形近岸波幅格林公式建立了覆盖整个太平洋区域的准实时地震海啸波幅预报系统。系统利用了GPU并行加速技术,可在90 s之内完成太平洋区域32 h的海啸传播计算和中国沿海城市岸段的波幅特征值预报。筛选了自2006年以来的9次发生在太平洋区域,矩震级（Mw）超过8.0且资料丰富的历史地震海啸事件,对预报系统进行了后报检验。结果表明,线性长波模型能够很好的模拟海啸在大洋中的传播过程;格林公式能够较为准确的估算缓变水深和开阔地形条件下的近岸海啸最大波幅,波幅预警准确率可达80%,基本满足海啸预警需求。以2011年日本Mw9.0地震海啸为例,评估了该系统对中国城市岸段的波幅预警能力,结论基本合理。需要注意的是,利用该系统计算对海啸源特别敏感的近场海啸波幅可能产生较大偏差。提出了若要进一步提高定量海啸波幅预警的准确率,可从以下两个方面加强研究和业务实践:一是采用多数据联合反演方法提升海啸源的精度;二是提高格林公式的适用性,或者构建高效的近岸精细化海啸数值预报系统。     

基于遥感的台州市海啸脆弱性评估

遥感技术由于具有强大的对地观测能力,因而在灾害评估方面表现出了巨大的潜力。本文基于灾害风险评估理论,利用ASTER GDEM高程数据,NPP/VIIRS灯光数据和LANDSAT卫星影像3种遥感数据对台州市海啸脆弱性进行了评估。主要从暴露性,敏感性和恢复能力3个方面进行了研究:暴露性主要分析了离岸距离因子;敏感性除了考虑到高程、坡度和海岸形状等自然地理因子外,同时也兼顾了社会经济因子;恢复能力主要由土地利用进行分析。利用层次分析法(AHP)计算了敏感性四因子的权重值。最后将脆弱性分为高、较高、中等、较低和低5个等级。脆弱性分析结果显示,台州市沿海研究区域中,78.1%的区域属于低脆弱性,5.9%区域是稍微脆弱,5.4%属于中等脆弱,8.8%是稍高脆弱性,还有1.8%属于高脆弱性区域。脆弱性偏高的地区大多位于近岸6 km内,高程和坡度较小的区域。该脆弱性分析方法可推广到全国其他县市区域的海啸风险评估工作中,为政府海啸防灾减灾工作提供科学参考。     

温州瓯江口浅滩地区越洋海啸影响评估计算

日本“3·11”地震海啸事件发生后,为了避免灾难重演,各滨海国家在加强海啸基础理论研究、改进海啸预警系统的同时,还应对沿海重大工程及重点保障目标进行地震海啸灾害风险排查及再评估工作;对在建的重大基础设施和社会经济功能区划应进行全面的地震海啸安全论证.在此背景下,该文首先概括总结了我国东南沿海的地震海啸风险及历史海啸事件时空分布,简要介绍了越洋海啸传播特征.海啸源选取基于潜在可能最大海啸,选取环太平洋地震带上的潜在地震海啸源,进行温州瓯江口地区越洋海啸影响评估计算.海啸数值计算模型采用美国康奈尔大学的COMCOT模型,利用该模型对2010年智利海啸、2011年日本海啸进行了近场、远场模拟验证,计算结果与观测数据吻合良好,模型可信.应用联合国教科文组织政府间海洋学委员会(UNESCO/IOC)太平洋海啸预警系统的海啸危险性等级标准,结合评估计算结果,对瓯江口浅滩地区海啸危险性进行等级划分,获得了该地区的海啸危险性初步评估结果.结果表明:在所选的10个潜在或历史海啸源产生的越洋海啸对研究区域的影响均小于100 cm,此规模的海啸不易对该地区造成灾害性影响.研究结果对于指导该地区的海啸灾害风险评估及风险排查具有一定的参考价值.     

2011年3月11日日本地震海啸越洋传播及对中国影响的数值分析

北京时间2011年3月11日13时46分(05:46 UTC)日本东北部近海(38.3°N,142.4°E)发生M_w9.0级特大地震,此次地震的强度为日本近1200a来最强.随后环太平洋的数十个国家和地区的验潮站和海啸监测浮标均监测到了强震引发的越洋海啸,海啸奔袭23 h到达南美洲的智利沿岸;此次海啸除了对近场的日本东北部沿岸地区造成了巨大灾害,还对太平洋东岸的部分国家和地区造成了一定程度的影响.地震发生4 h后海啸波到达我国台湾东部沿海,6~8 h海啸波到达我国大陆东南沿海,受此影响我国发布了第一份海啸蓝色警报.本文利用海啸数值模型对此次地震海啸的产生、越洋传播过程进行了数值模拟,给出了海啸波能量在我国近海及泛太平洋区域分布特征;同时重点模拟分析了海啸波在日本及中国近海传播的波动特征,模拟结果与观测数据吻合良好.最后通过对数值模拟结果的分析,阐述了此次海啸对中国的影响,给出了潜在的日本地震海啸对中国的风险估计.     

中国的海啸灾害危险性及海啸预警系统——解读2011年太平洋海啸演习

新世纪以来频发的海啸灾害引起了国际社会的广泛关注,各滨海国家不仅加大了在海啸预警建设和海啸灾害危险性、海啸基础理论研究方面的投入,更进一步加强了国际社会在应对海啸灾害方面交流与合作.为测试太平洋各国海啸预警系统的有效性以及政府职能部门的应急管理能力,切实提高各国区域和局地海啸的应对水平,促进国家和地区间海啸预警的交流与合作,联合国教科文组织政府间海洋学委员会(IOC/UNESCO)决定2011年11月9-10日,在整个太平洋地区举行一次代号为“Exercise Pacific Wave 11”的海啸演习.此次演习恰逢日本“3.11”大地震海啸发生后的8个月,通过本次演习对督促太平洋各国进一步检验本国的海啸预警系统、评估本国的海啸危险性均有着重要的意义.中国作为IOC和太平洋海啸预警系统的成员国,积极组织实施了我国历史上第一次涉及当地人员疏散的海啸演习.本文将在本次演习所涉及的海啸源评估、海啸数值计算的基础上,应用新的海啸灾害分级标准对我国沿海的海啸危险性和海啸预警系统进行重新评估分析,期望本文的研究将为今后的海啸预警及海啸灾害评估工作提供科学的决策依据标准.     

日本东北M_W9.0地震海啸在港池及邻近区域诱发的涡流危险性计算与评估分析

海啸造成的灾害与损失并非都与淹没有关,特别是港口中海啸诱导的强流会对船只及海事设施产生重要的影响及损害.由于海啸流观测数据稀缺及海啸诱导涡流机制的不确定性,过去60年海啸科学主要集中于对海啸波特征及淹没过程的研究与分析,海啸流模拟及验证工作开展较少,导致对海啸流基本特征及其造成灾害现象的曲解.开展海啸诱导的涡流研究及预警服务显得尤为重要及紧迫.考虑快速海啸预警需要,综合对比海啸诱导涡流的物理框架及模型方法,探索兼顾效率与计算精度的海啸流模拟方法是本文的核心工作及出发点.通过分析浅层湍流相干结构(TCS)产生的主要物理耗散机制,确定了考虑2D水平耗散机制的非线性浅水方程可用于海啸涡流的模拟分析.基于高精、高分辨率有限体积模型Geoclaw建立了三个精细化的港口海啸流模型,模型分辨率为5m.利用基于海啸浮标反演的海啸源模型作为初始条件,模拟分析了日本东北地震海啸在远场的海啸波流特征.海啸波流特征模拟结果与观测吻合较好,结果可信.对比发现:波驱动的自由表面流,小的位相或波幅误差就会导致大的流速误差,流的模拟和预报相对波幅来说更具挑战性.研究了海啸波流能量在港池中的分布特征,得到:港池入口及防波堤两端常被强流控制,具有极高的危险性;相对于波幅的空间变化,海啸流具有更强的空间敏感性;所建立的高分辨率海啸模型模拟再现了日本海啸在近场的涡旋结构,给出了与观测基本一致的涡流特征.最后,引入海啸流危险等级标准,分析了港口海啸流危险性等级分布、船只疏散的安全深度及回港的时间周期.针对港口、海湾同时考虑海啸波流特征的海啸预警与评估对于港口应急管理者科学决策具有重要意义.