渤海风暴潮过程的数值模拟研究

基于三维近海海洋模式——FVCOM(the finite volume coastal ocean model)海洋动力学模型,利用中尺度气象预报资料WRF(the weather research forecasting model)风场数据和网格嵌套方法,通过潮汐和风场共同驱动,建立了渤海风暴潮模型.对1997年8月的Winnie台风风暴潮进行数值模拟,研究了渤海风暴潮增减水及流场的时空变化特征.研究表明,渤海沿岸增水幅度较大,水位变化明显,潮流运动发生较大改变.利用模拟结果,研究了岸线变化对渤海湾风暴潮增水的影响.岸线变化后,曹妃甸港、天津港和黄骅港海域,风暴潮增水有不同程度的增加,渤海湾风暴潮灾害强度有增加的趋势.     

“桑美”超强台风风暴潮增水特征分析

为研究“桑美”台风风暴潮的增水特征，基于POM海洋数值模式，建立包含福建省、浙江省、江苏省在内的天文潮与风暴潮耦合数值预报模型，并以此模型计算浙江省南部至福建省北部9个站点在台风登陆期间的增水过程。结果表明，9个站点的增水曲线表现出3种类型:标准型、波动型、随机型。距台风登陆点最近的站点表现为标准型，稍远为波动型，台风边缘处表现为随机型；鳌江站具有远超其他站点的最大增水，而这一现象是台风登陆点位置、鳌江站的特殊地形、风暴潮与天文潮耦合作用等多种原因所致。     

江苏沿海精细化风暴潮模式研究与应用

针对江苏沿海易遭受风暴潮影响的现状,分析了江苏历史上台风风暴潮灾害特征.选用Holland台风风场模型计算风场为强迫场,通过目前被国际上广泛接受的水动力模型ADCIRC建立台风风暴潮模式.建立的江苏海域精细化风暴潮数值预报模型,结合江苏沿海岸线和地形变化特点,采用非结构网格技术对研究区域复杂海域进行重点加密,选取历史上影响江苏沿海典型的四个台风,进行江苏沿海精细化风暴潮后报检验.通过对影响江苏海域的不同时期的台风风暴潮过程的数值预报检验可以得出:台风风暴潮数值预报模型的后报相对误差为18.3%,预报相对误差不大于20%,能够较好的预报风暴潮过程的发展,刻画不同台风过程引起的风暴增水过程,实现了江苏省沿海台风风暴潮的3d数值预报.     

铁山湾海域风暴潮的数值模拟

铁山湾海域风暴潮灾害频发,为研究该海域风暴潮特征,基于Delft 3D模型和Holland台风模型,建立了一个高分辨率的风暴潮数值计算模型。通过对1409号"威马逊"和1415号"海鸥"台风风暴潮进行模拟,验证了模型的精确性。计算结果表明,由于铁山湾是个半封闭的喇叭形状港湾,港湾内侧的增水值大于港湾外侧,"威马逊"台风引发的内侧最大增水值达到3.5m,因此应更加重视港湾内侧的防灾减灾工作;同时,铁山湾海域风暴潮对台风参数的变化较为敏感,台风强度越大、路径距离铁山湾越近,其产生的增水越大。     

东海沿岸台风及风暴潮灾害特征及成因

基于东海沿岸4个验潮站的风场、潮位观测资料以及Unisys Weather的312次台风路径观测资料,对东海沿岸台风的路径、发生频率以及风暴潮增水特征进行系统分析。结果表明：西北行台风占台风总数的96%,造成的灾害约占灾害总数的80%;风暴潮灾害的第一显著周期为5 a,同时具有与厄尔尼诺现象相关的11 a 显著周期;东海潮位有逐年增加的趋势,平均3 cm/a,最大达5 cm/a;台风期间主要为东风和南北风向,这种风向使得水体向岸或者沿岸输运,在一定程度上增加了增水的程度。     

钢筋混凝土梁裂缝分布受保护层厚度影响试验研究

基于河口海岸水动力二维数值计算模拟,建立风暴潮与天文潮耦合作用的数值模型,通过多次台风引起的增水和综合潮位的模拟验证,证实该模型可适用于杭州湾海域,能够准确模拟强潮海湾内风暴潮和综合潮波的传播.应用该模型计算了秦山核电厂处可能最大热带气旋引起的增水,结果表明,过程最大增水随遭遇的天文潮位降低而增大,增幅可达85%,综合高潮位则随遭遇的潮位降低而下降;在平均海平面条件下最大增水比高潮位增水约大50%,也大干我国登陆最强的超强台风引起的增水.分析指出在强潮海区,基准洪水位组合中的可能最大风暴潮增水取发生在高潮位时的最大增水较合理.     

基于模型耦合的北部湾风暴潮增水与风浪模拟研究

台风风暴潮引发的增水和风浪效应是造成沿海低地灾害和损失的重要因素。本文设计了区域嵌套、波-流耦合的有限元数值模拟系统,对北部湾及附近海域风浪和增水过程进行有效模拟,精度达到应用要求。结果表明北部湾在台风影响下引起明显风浪和增水效应。台风中心风浪较小,仅1 m以内;而台风臂扫过海域风浪较大,可达9 m以上。最大增水海域出现在北部湾东侧靠近琼州海峡附近,可达2.5 m。风浪与增水叠加具有非线性效应,最大增水与最大风浪出现时间如与大潮高潮位相遇易形成超高水位,将对北部湾沿岸低地造成巨大淹没风险。本研究意在突破北部湾现有模型局限性,为进一步深化科学研究和工程应用提供基础数据。     

1621号超强台风“莎莉嘉”风暴潮特征分析

为积累风暴潮预报经验,本文采用统计分析法和对比分析法,对1621号超强台风"莎莉嘉"影响广西沿海时的台风资料和风暴潮资料进行研究。结果表明:超强台风"莎莉嘉"路径稳定、强度强、移动速度不稳定,其造成的风暴减水明显,风暴增水周期性明显,多为单峰型,最大增水一般出现在台风登陆前3-5 h;风暴过程中,广西沿海3个监测站最大增水出现时间、强度基本一致;随着风向转变和风速增大,风暴增水呈现逐渐增大的趋势,台风强度越强最大增水越大,最大增水出现时间与台风移动路径有关。     

登陆北部湾北部台风对广西近岸水位变化的影响分析

根据台风"纳沙"登陆期间广西白龙半岛南面海域1km处S1站连续的实测海流剖面资料,白龙尾F1站的水位资料和台风"榴莲"登陆期间铁山港石头埠F2站的水位资料,分析登陆北部湾北部台风对广西近岸水位变化的影响,得出如下结论:在无台风期间,S1观测点表层的最大实测潮流流速为40.0cm/s,表层的最大余流流速为20cm/s。在台风登陆期间,S1观测点表层的实测潮流最大流速为103.7cm/s,表层的最大余流流速为39.7cm/s,比无台风期间高2倍左右。但随着水深的增加,潮流和余流的流速逐渐减小;岸站F1、F2的水位变化过程是,台风登陆前,水位减至最低;台风登陆后,水位增至最大,水位的增、减变化与台风作用过程有关。同时,认为台风登陆期间广西沿岸水位的抬升和下降变化与风、港湾地形、大气重力波所产生的共振作用有着密切的关系。     

东海风暴潮数值预报模式参数的敏感性分析

设计两个模拟台风,以北上型台风路径对东海风暴潮数值预报模式进行敏感性分析。采用高桥水文站的风暴潮计算结果,分析了台风引起的最大增水及出现时间对台风中心经度、纬度、中心气压和最大风圈半径的敏感程度。结果表明,最大风暴增水的数值对台风中心纬度并不敏感,对台风中心气压、最大风圈半径有一定的敏感,但也并不显著,而对台风中心经度最为敏感。最大增水出现的时间则对台风中心气压、最大风圈半径并不敏感,对台风中心经度和纬度较为敏感,尤其是纬度最为显著。在设计的两种模拟台风中,最大增水出现的时间表现出对台风中心纬度以及台风移速更为敏感.     

杭州湾湾内天文潮与风暴潮耦合模式建立与应用

区域水资源复合系统的可持续利用演变呈不同S形增长模式.基于线性假设的Logistic模型不能够反映演变模式的多样性,所以引入更有弹性的Richards模型来描述区域水资源复合系统的演变过程,将其演变模式分为前后相近型、迅速崛起型和缓慢崛起型;并通过分析不同演变模式的特征得出,迅速崛起型的顶峰期前期、缓慢崛起型的起步期后期也是可持续利用的理想区间.在此基础上,进一步分析了区域水资源复合系统可持续利用长期演变轨迹,表明演变是连续性渐变和间断性"涨落"的结合.最后,以大连市为例,做了定量的应用研究.结果表明,大连市水资源复合系统1980～1988年、1990～1998年的演变轨迹呈规则的S形,其演变模式均属于迅速崛起型;1980～2007年的演变轨迹渐变中存在着"涨落",基本符合S形,属于缓慢崛起型.     

基于改进神经网络及地理信息系统空间分析的风暴潮经济损失评估

台风风暴潮是影响我国最严重的海洋灾害之一,台风风暴潮经济损失的预评估对防灾减灾有重要作用。针对目前大量单机器学习模型评估效果不佳的问题,提出基于天牛须搜索算法优化的BP神经网络及GIS空间分析的台风风暴潮经济损失评估模型。该模型在神经网络训练前,先利用天牛须搜索算法对神经网络的初始权值阈值进行优化,以提高网络的寻优精度;在网络输出计算结果后,借助GIS空间分析功能找出待评估台风风暴潮的相似样本,并用相似样本对待评估台风风暴潮进行结果调整;最后基于悲观、乐观估计思想,给出台风风暴潮经济损失预评估区间。计算结果表明,结合GIS空间分析调整能给出更有效的模型评估结果。     

台风"纳沙"期间广西近岸风暴射流产生与增减水异常现象

利用长度为1年的广西近岸观测站的ADCP数据和有关潮位观测结果,针对2011年"纳沙"台风期间引发的广西沿岸西向风暴射流和增减水变化过程对应关系,分析台风期间广西近岸西向风暴射流产生的主要原因。结果发现:台风登陆期间S1站表、底层实测流速均比无台风期间流速增大将近两倍,余流流速最大值超出正常值3倍以上;台风消退时底层流向恢复最快,表层较慢;广西近岸强劲西向风暴射流的产生,可能是入海径流与台风将海水向北输运两种作用叠加导致的;台风引起的水位增减变化具有先减后增的规律。在距离海岸不到1 km处产生如此大的西向风暴射流实属少见,深入开展台风期广西沿岸西向风暴射流在传入近岸港湾后的变形、分布及衰减的理论问题研究,对于近海生态系统及环境保护具有重要的理论和现实意义。     

近岸港口风暴潮与台风浪相互作用的数值模拟

为了模拟近岸港口风暴潮与台风浪的相互作用,利用ECOMSED和SWAN,采用嵌套方法,使用海图水深数据、Holland台风模型气压场,选择具有代表性的200808号台风为天气背景,规划4组数值试验,通过单向耦合研究该港区及邻近海域的台风浪和风暴潮水位相互影响。使用ECOMSED模式,按是否考虑波浪作用分别计算苏澳港风暴潮水位。对比结果表明,考虑海浪影响的风应力以后,风暴潮水位更加接近实测值,海浪通过风应力对苏澳港风暴潮位有全局性的调制作用,苏澳港内聚集更多的海水,内外的水位高度差加大,海平面更加倾斜。使用SWAN模式,按是否考虑风暴潮位影响分别计算了苏澳港的台风浪,试验结果表明,波高受风暴潮位的影响是局部的,靠近岸边的有效波高有所增大,增大的幅度约1m,而水位较深的地方有效波高变化不明显。     

感知器算法在台风风暴潮灾情等级评估中的应用

风暴潮灾害每年都给我国沿海地区造成巨大的经济损失.在前人研究的基础上,引入风暴潮灾情等级的模式识别思想,运用感知器方法的理论及其算法,并以广东省湛江地区为例,建立了该地区的台风风暴潮灾情等级判别函数,经还原检验和判别预测获得满意的结果,证明该方法用于台风风暴潮灾情等级判别是可行的.这对于实现风暴潮灾情等级的快速评估,为抢险救灾的人力、财力和物力分配提供依据.     

风暴潮叠加天文大潮下的沙滩循环与海岸侵蚀

通过比较9914号特大台风前后厦门岛东南部沙滩及地物的变化,探讨了海滩循环在风暴潮叠加天文大潮条件下的运动过程.研究表明,在9914号台风期间,厦门湾海岸水位增高达黄海平均海平面以上4.04 m的条件下,风浪携海滩砂向上冲越可达黄海平均海面以上8.5 m.造成沙滩滩肩消失,沙棱体的砂一部分向上冲越脱离海滩,一部分被回流带到低潮区.原滩肩下伏的基底因沙棱体的消失受波浪的冲刷.台风过后,低潮区的砂又重新回到滨面,但台风期间向上冲越的砂却不能全部返回,沙棱体长时间未能恢复原状,最终导致海滩侵蚀与岸线后退.     

华南沿海热带风暴灾害及其对策研究

以详灾的资料描述了我国沿海热带风暴灾害概况；并根据海南省热带风暴活动规律，分析了全岛热带风暴成灾的统计事实和灾害危险度的分布；提出防灾减灾对策     

风暴潮漫堤风险分析——以茅洲河为例

重现期风暴潮灾害评估及最大可能风暴潮预测,对风暴潮灾害防灾减灾具有重要意义。本研究在分析实测资料基础上,构建南海潮汐风暴潮耦合模型,对历史上对茅洲河影响较大的风暴潮灾害进行计算分析,在验证准确的基础上对近20 a的106场风暴潮进行计算,得到每年的最大潮位值,采用极值Ⅰ型进行统计分析,得到不同设计频率风暴潮条件下的茅洲河水位,分析其漫堤风险。同时通过设计8个台风行进方向及5个登陆点进行风暴潮增水数值模拟实验,确定最大可能风暴潮移动参数及路径,分析最大可能风暴潮对茅洲河的漫堤风险影响。计算结果可为茅洲河综合治理提供重要技术支撑,同时也为应急管理和海洋、水利防灾减灾部门应急减灾提供决策参考。