垂向混合参数化方案对模拟黄海夏季上层温度结构的影响研究

采用POMgcs(Princeton Ocean Model with generalized coordinate system)和MITgcm(MIT General Circulation Model)两个海洋数值模式,研究了M-Y2.0、基于固壁近似假定的M-Y2.5、基于波浪破碎作用的M-Y2.5和KPP 4种垂向混合参数化方案对模拟黄海夏季上层温度结构的影响。结果表明,M-Y2.0和基于固壁近似假定的M-Y2.5方案低估了黄海上层的湍动能,模拟的黄海夏季温度上混合层的效果与实测相比均偏浅,不能够很好地重构黄海夏季温度的垂直结构。而基于波浪破碎作用的M-Y2.5和KPP方案均可以增加海洋上层湍动能的输入量,模拟的黄海夏季温度上混合层的效果与实测较为一致。故推测黄海夏季的上层结构是受波浪混合和流场剪切等物理机制共同调节的,若通过合理的垂向混合参数化方案将这些物理机制的作用加以体现,将会较真实地模拟和重构出黄海夏季海温上层结构。     

2012年中国沿海海平面上升显著成因分析

2012年,中国沿海海平面变化最突出的特点是海平面升高显著。海平面总体比常年高122mm,较2011年偏高53mm,达1980年以来最高位。本文使用中国沿海及西北太平洋区域近30a的水位、海温、气温、气压和风等水文气象资料,详细分析了中国沿海海平面2012年异常偏高的成因。结果表明:2010-2012年中国沿海海平面处于2~3a、8~9a和准19a周期震荡的高位,几个周期震荡高位叠加,对海平面上升起了明显的影响;2012年,沿海气温和海温分别较常年偏高0.4℃和0.3℃,气压较常年低1.2hPa,气压达历史最低位;2012年,中国南海夏季风爆发时间较常年偏早,结束较常年偏晚,季风持续时间较常年偏长,导致2012年5-6月和8月,在黄海和东海海域,东北风持续偏强,南海海域南风偏强,风场的异常导致黄海、东海和南海沿海海水长时间堆积,是造成海平面升高的原因之一;2012年,热带气旋登陆时间集中,影响范围广,北上和影响东北地区的台风数量均为历史之最,特别是2012年8月,有6个热带气旋相继影响我国沿海,对当月海平面升高影响明显;另外,2012年副热带高压偏北、偏东、偏弱的特点对东海和南海的海平面上升也有一定影响。     

基于观测和再分析数据的LSTM深度神经网络沿海风速预报应用研究

基于海洋气象历史观测资料和再分析数据等,利用LSTM深度神经网络方法,开展在有监督学习情况下的海面风场短时预报应用研究。以中国近海5个代表站为研究区域,通过气象台站观测数据和ERA-Interim 6 h再分析数据构建数据集。选取21个变量作为预报因子,分别构建两个LSTM深度神经网络框架(OBS_LSTM和ALL_LSTM)。经与2017年WRF模式6 h预报结果对比分析,得出如下结论:构建的两个LSTM风速预报模型可以大幅降低风速预报误差,RMSE分别降低了41.3%和38.8%,MAE平均降低了43.0%和40.0%;风速误差统计和极端大风分析发现,LSTM模型能够抓住地形、短时大风和台风等敏感信息,对于大风过程预报结果明显优于WRF模式;两种LSTM模型对比发现,ALL_LSTM模型风速预报误差最小,具有很好的稳定性和鲁棒性,OBS_LSTM模型应用范围更广泛。     

基于浮标资料的海气动量交换系数研究

大尺度模型里大气边界层和海洋表面的耦合通常由海表拖曳系数进行参数化,海表拖曳系数一般看作是风速的函数.低风速下的海表拖曳系数一般看作是风速的线性函数,但有研究显示在极低的风速值下,海表拖曳系数并不是随着风速而单调增加的,而是随着风速的增加先减小再增大.极低风速下海表拖曳系数的估计值对不同计算方法有很强的依赖性,低风速下海表拖曳系数随风速的变化规律存在争议.因此,本文对10m处风速进行4种不同平均方法的选取以探究海表拖曳系数随风速的变化规律,为进一步改进海洋模式提供了依据,提升了海洋再分析的业务化能力.     

基于高分辨率再分析海流数据的三种涡旋识别方法在南海的评估

本文基于南海11 a逐日高分辨率再分析海流数据,利用三种涡旋识别方法——缠绕角（Winding Angle,WA）法、速度矢量几何（Vector Geometry,VG）法和OW (Okubo Weiss)参数法对南海中尺度涡进行识别和追踪,对比了三种方法对中尺度涡的探测能力,并分析了在高分辨率再分析产品中的适用性。研究表明,产品空间分辨率的提高能够放大OW方法的W参数噪声,使该方法存在涡旋过量检测和涡旋分割现象,导致识别的涡旋数量偏多、半径偏小,涡旋平均成功探测率最低（76.2%）;与OW方法相比,WA方法在一定程度上降低了涡旋过量探测率和漏判率,涡旋平均成功探测率提高至85.1%,但涡旋识别时间较长;与前两种方法相比,VG方法的涡旋平均成功探测率可达93.2%,综合评估参数（过量探测率×漏判率÷成功探测率）优势显著（4.5%）,且计算高效。因此,在基于高分辨率再分析产品进行中尺度涡识别时,VG方法具有更加合理的涡旋探测结果和更强的适用性。     

海岸带城市洪水淹没风险评价研究——以青岛市为例

目前国内海岸带城市洪水淹没风险领域中较多关注单一致灾因子(风暴潮)导致的淹没,缺乏对导致海岸带洪水发生的其他致灾因子的自然属性和社会属性的综合考量。根据风险的内涵,借鉴国外综合性风险评价理念,将洪水淹没自然机理模型与概念框架模型相结合,选取能表征风险发生概率的自然过程指标以及能表征风险危害性后果的社会经济类指标,构建具有针对性的海岸带型洪水淹没风险评价指标体系,对青岛市洪水淹没风险进行综合评估。研究得出青岛市洪水淹没风险指数值为0.3240,根据我国主要海域自然灾害等级划分(表3),可知其风险等级为3,危险性属于中等水平;确定了青岛市洪水淹没风险的各类致灾体与其影响因素之间的相关性;并得出洪水淹没风险的自然因素和人为可控因素两类关键性控制指标制定短期和长期性的适应策略和行动,充分利用可调节因素,有效加强并提高防范性指标,以期到达最大程度上降低青岛市洪水淹没风险。     

平均海平面上升对东中国海台风风暴潮影响的数值模拟

本文采用ECOMSED模式模拟了影响东中国海的3次台风过程,经与实测资料对比验证了模型的可靠性。在此基础上设计了敏感性试验以考察海平面上升对风暴潮造成的影响。结果表明,海平面上升对风暴潮的影响在空间分布上不是一致的,且因具体台风过程而异。整体而言,海平面上升对风暴潮造成的影响有限。海平面上升0．5m,大部分站位风暴增水极值基本不变,即使海平面上升5m大部分站位的风暴增水极值相对改变量都小于10％。