台湾海峡台风浪的数值模拟

采用第3代海浪模式SWAN(simulation waves nearshore),在考虑了波浪折射、底摩擦、破碎、白浪、风能输入、非线性波波相互作用等物理过程的基础上,分别应用Jelesnianski模型风场、藤田气压公式计算的梯度风场以及考虑台湾海峡和台湾岛地形影响的台风风场(陈德文台风风场)模型,数值模拟了0813号"森拉克"、0815号"蔷薇"和0908号"莫拉克"3场台风过程在台湾海峡产生的台风浪,并与浮标观测结果对比.结果表明,陈德文台风风场模型数值模拟的台风浪结果与实测符合较好,其中模拟结果的有效波高平均绝对误差为0.55m,有效波高峰值平均绝对误差为0.19m,说明其对台风浪的模拟尤其是灾害性台风浪的模拟是成功的.     

台风浪对掠海飞行器击水概率的影响

利用CCMP风场驱动目前国际先进的第3代海浪模式WW3,对发生在中国海的台风浪进行数值模拟,在国内首次利用来自日本、韩国的海浪观测资料,对模拟数据的有效性进行检验,并分析台风浪对掠海飞行器击水概率的影响,为提高导弹等掠海飞行器的生存和突防能力提供参考。研究发现：（1）模拟的海浪数据与观测数据具有较好的一致性,WW3模式较好地刻画了发生在中国近海的台风浪过程;（2）击水概率的大小因飞行高度呈现较大差异;（3）通过对3个转向型台风的分析发现,台风西行时,击水概率的大值区主要分布于第1、第4象限,北上时,击水概率的大值区主要分布于第1、第2象限,东北行时,击水概率的大值区主要分布于第1象限;（4）台风西行、北上时,台风中心位于击水概率大值区的南部,东北行时,台风中心位于击水概率大值区的西部。     

厦门湾常风浪场数值模拟

通过采用目前国际上较为先进的第三代近岸海浪数值模型SWAN(Simulation waves nearshore),实现厦门湾常风浪场的数值模拟.先分别计算平潭、崇武、东山3个海洋观测站16个风向的多年平均风场,实现台湾海峡常风浪场的数值模拟,再将模拟结果嵌套人厦门湾,根据实测风场,进行厦门湾常风浪场的数值模拟.模拟结果显示厦门湾常风浪场主要受两个因素的影响,一是风的作用,二是从台湾海峡传进港湾的波浪.厦门湾湾口的有效波高和有效周期均大于湾顶.在主风向风作用下,湾口区有效波高可达1.8 m,有效周期可达6 s,湾顶则约为0.2 m和2.1 s.     

湛江港海域台风浪分布特征模拟

利用物理过程考虑得较全面的第三代近岸海浪数值模式(SWAN)，模拟了湛江港海域一次台风浪过程。结果表明：台风风场直接决定了海浪的分布特征。在台风场的驱动下，风向与浪向基本上是一致的，并且波高、波长与周期的发展和传播方向与风向也是一致的；风速的大小决定了波高、波长与周期的大小。此外，海浪的分布特征受台风中心的位置和移动路径影响较大，当台风中心位于湛江港海域的不同位置时，台风浪有效波高、波长与周期的分布特征及传播方向都有着较大的差异，可以为湛江港海域台风浪的预报提供借鉴。     

基于WAVEWATCH-Ⅲ的台风浪模拟对比

为了验证目前国际最新的第三代海浪模式WW-Ⅲv4.18的模拟效果,基于该模式建立了区域海浪试验模型,采用基于欧洲中期天气预报中心的ERA-Interim海表风场模型和台风风场模型的合成作为驱动场,利用WW-Ⅲv3.14作为对比模式,对发生在2015年8月中旬的台风"天鹅"产生的海浪场进行数值模拟,并利用卫星高度计资料验证模拟浪场的有效性,进而对比分析了WW-Ⅲv3.14和v4.18的模拟结果,以及本次台风的辐射应力场。结果表明,模拟波高与观测资料吻合程度较高,在台风影响区域,相较于v3.14的模拟效果,v4.18模拟的波高较好,相应辐射应力较大。WW-Ⅲv4.18在波高模拟上较v3.14有所改进,v4.18模拟的涌浪较v3.14更为合理,且模拟的辐射应力场也相对合理。     

T639预报风场在台湾周边海域的解释应用

基于台湾的气象观测资料与日本的漂流浮标资料,通过定性判断预报值与观测值的曲线走势、定量计算相关系数、偏差、均方根误差及平均绝对误差的比较方法,检验了T639预报风场在台湾周边的有效性,能为航海、海洋工程、防灾减灾等提供参考。结果表明,T639预报风场对影响台湾与周边的台风、冷空气过程都具有较强的预报能力,其中对冷空气的模拟效果整体好于台风过程,中低风速下的模拟效果好于高风速;在台风(或冷空气)和狭管效应的双重作用下,台湾海峡存在明显的大风中心,但在台湾岛的阻挡下,台湾西南部的高雄附近海域在冷空气期间持续存在一个低值中心,冷空气期间风向的向岸效应(风向呈圆弧形包绕着大陆海岸线)明显。     

Numerical Experiments of the Influence of Tide on Waves in Taiwan Strait

引用第三代海浪模型SWAN(simulation waves nearshore),首先模拟了台湾海峡冬季大风过程所致的海浪,模拟结果与浮标实测波高吻合较好;进而就潮流对海浪的影响进行了数值实验.在不同风速下,模拟了有潮流影响和无潮流影响下的有效波高,结果表明:潮流对海浪有效波高的影响呈现明显的潮周期振荡性质,对同一潮流场,波高振荡的振幅随有效波高的增大而增大,且拟合了波高振荡的平均振幅a与有效波高Hs的关系,定量描述潮流对海浪的影响.     

基于选定风浪方向谱的海浪模拟方法

简要回顾当前第三代海浪模式中的困难。为避开这些困难,作者提出一种新的海浪模拟方法,其中特定定义的风浪组成波依常风下随时间成长的方向谱计算,而涌浪组成波藉考虑涡动黏性和底摩擦加以计算。并进行了常风场和变风场下系统的数值试验。在常风速情形中,模拟结果能精确地化为建立模拟所根据的谱和风浪成长关系。计算显示出台风中心附近浪场的极端复杂的谱结构。当风速骤然降低时,模拟的波高减小与观测符合。在风向逐渐或骤然改     

台湾海峡潮流对海浪影响的数值实验

引用第三代海浪模型SWAN(simulation waves nearshore),首先模拟了台湾海峡冬季大风过程所致的海浪,模拟结果与浮标实测波高吻合较好;进而就潮流对海浪的影响进行了数值实验.在不同风速下,模拟了有潮流影响和无潮流影响下的有效波高,结果表明:潮流对海浪有效波高的影响呈现明显的潮周期振荡性质,对同一潮流场,波高振荡的振幅随有效波高的增大而增大,且拟合了波高振荡的平均振幅a与有效波高Hs的关系,定量描述潮流对海浪的影响.     

SWAN模型风能输入项的改进与验证

为了分析第三代海浪数学模型——SWAN模型的风浪模拟能力,分别计算了恒定风场和台风时变风场下的波浪场.恒定风场中假定不同的风速及风区长度,通过比较SWAN模型与SMB方法等经验风浪公式的计算结果,得出SWAN模型风浪模拟的适用范围.针对大风速下计算波高偏大的情况,通过分析参考波速引起的输入风速变小及拖曳力系数饱和等因素,提出了风能输入项的修正方法,并采用同步观测的风、浪资料对修正前后的计算结果进行了比较验证.结果表明,在大风速情况下,修正后的SWAN模型的模拟波高更接近于经验公式结果及实测数据.在SWAN模型风能输入项中引入参考波速引起输入风速减小及对拖曳力系数饱和因素的修正,可以更好地模拟大风速下的波浪场.     

湛江港海域台风浪模拟研究

利用第3代近岸海浪数值模式对影响南海湛江港海域的3次台风浪过程进行了模拟研究。结果表明：由藤田台风模型同化相应时刻的台风要素、NCAR网格点资料、单站观测资料后提供模式所需风场，利用自嵌套方式提供模式所需波谱边界条件的处理方法，对这3次台风浪的模拟来说，是较为理想的，此方案可为该海域台风浪的模拟预报提供较好的参考。     

台风风场研究及其数值模拟

对近年来台风风场研究及其数值模拟方法作了论述.阐述了浮标和地面台站观测、飞机侦察、雷达卫星高空观测等台风观测手段;阐明了简易参数分析模型、定常动力学模型、非定常动力学模型、运动学模型等台风风场模型;分析了既有风场模型对我国东南、华南沿海海域台风风场模拟的适用性,又论述了基于台风内各站点、基于台风影响区域、台风全路径等极值风速预测研究手段.最后,展望了台风风场数值模拟的发展趋势和需解决的问题.     

寒潮与雷雨大风天气个例风浪分析

选取2008年12月21日寒潮天气与2010年5月30日雷雨大风天气两个个例,探讨了寒潮天气与雷雨大风天气对连云港近岸海域风力、海况和海浪等要素产生的影响。寒潮天气,风速逐渐增大,海况、海浪也随之逐渐增大;雷雨大风天气,风速快速增大,海况、海浪也随之快速增大;雷雨大风天气比寒潮天气造成的风浪变化来得突然,不易判断和预防。针对寒潮天气,应用Wilson公式估算海浪波高和利用数值预报模拟推算海浪波高的计算比较准确,与实际观测值的误差小于10%。     

2018年影响河南的"温比亚"与"摩谒"台风 大暴雨过程对比分析

利用常规天气实况与气象数值模式资料,对201818号台风"温比亚"和201814号台风"摩谒"的天气形势、物理量及数值模式预报情况进行了对比分析,结果表明:台风登陆后,在200 hPa风场与副热带高压西侧气流共同引导下",温比亚"深入河南中部,并在河南滞留近40 h,造成河南大暴雨和局部特大暴雨";摩谒"在安徽折向,中心经河南商丘进入山东,仅对河南商丘造成部分暴雨和局部大暴雨;200 hPa风场风向的转变与台风低压折向时间有较好的对应,200 hPa风场风力减弱,与台风移速减缓对应;"温比亚"过程湿层明显较"摩谒"深厚,低层水汽通量是"摩谒"过程的2倍";温比亚"过程以持续稳定性降水为主,充沛的水汽由东风、东南风和南风急流持续向雨区输送";摩谒"过程降水主要为不稳定性降水,并仅有一条东南风急流水汽输送通道";温比亚"过程大气可降水量达到78 mm,极端降水特征明显;数值模式预报检验中,EC、T639模式对"温比亚"在河南长时间滞留都做出较好的预报,其降水预报与实况较为接近";摩谒"过程中,EC与T639模式路径预测较实况明显偏西,系统偏强,指导性较差;日本数值模式对两次台风路径预测都较实况略偏东,但相对稳定,台风中心风力与降雨强度都偏弱,在未来参考时可适当调整.     

印度洋的风浪、涌浪和混合浪的时空特征

为了展现印度洋的海浪特征,利用来自欧洲中期天气预报中心的ERA-40海浪再分析资料,对印度洋的海表风场、风浪、涌浪、混合浪场进行研究,主要分析了季节特征、月变化特征、风速和波高的变化趋势、涌浪指标,定义了南印度洋西风指数和涌浪北伸脊点。结果表明:印度洋的风浪场与海表风场整体上对应较好,尤其是季风期间的北印度洋,涌浪场与混合浪场对应较好;从波高来看,阿拉伯海在1-5月和9-12月的涌浪以及孟加拉湾全年的涌浪对混合浪的贡献大于风浪;印度洋海表风速呈显著递增的区域主要集中在咆哮西风带和30°S以北,风浪波高变化趋势的分布与风速大体一致,大部分海域的涌浪波高、混合浪波高表现显著性逐年递增;印度洋的涌浪在混合浪中占据主导地位,40°S以北的涌浪常年向北传播,且南印度洋西风带西南季风的强度直接决定着涌浪北传的程度。     

台湾苏澳港台风浪数值模拟与分析

苏澳港位于台湾的东部海岸,是台湾天然良港,其所处位置正好在西北太平洋夏秋季节台风路径上,易遭受台风袭击而产生风暴潮和台风浪.针对苏澳港及附近海域地理位置特殊、水文环境特征典型,极具研究价值,本研究选择了具有代表性的200808号台风和200815号台风,利用第3代海浪模式SWAN(simulation waves nearshore),采用嵌套方法,使用海图水深数据,Holland台风模型气压场,对台风影响下苏澳港台风浪进行了精细化的模拟.结果表明,数值模拟数据与实测资料吻合,能反应计算区域的特征;台风影响期间苏澳港的内外两重防波堤的设计结构对阻挡外海较大海浪的传入有明显的作用,可使港内外的有效波高差达到9m以上;港北侧波浪有明显的折射现象.     

中国海海表风场、海浪场与El Nino的相关性分析

利用CCMP风场,分析了中国海海表风场与El Nino之间的关系,并利用CCMP风场驱动WW3海浪模式,对19882009年的中国海海浪场进行数值模拟,探索中国海的海浪场与El Nino的内在联系,以期能利用El Nino指标辅助中国海海浪场、海表风场的中长期预测、防灾减灾等.结果表明中国海的海表风场、海浪场与nino3指数关系密切:①同期及1~4个月后的海表风场、海浪场与当月的nino3指数表现出显著性负相关,尤其是2个月后的海浪场、海表风场与nino3指数之间的负相关性最显著;7~10个月后的海表风场、海浪场与当月的nino3指数表现出显著性正相关,尤其是8个月后的海浪场、海表风场与nino3指数之间的正相关性最显著.②19881997年期间、19992009年期间,8个月后的海表风场、海浪场与当月nino3指数的走势表现出非常好的一致性.③nino3指数、中国海的海浪场、海表风场三者存在较为显著的、共同的半年周期（5.87~6.29个月）、年周期（11.00~13.54个月）.④nino3指数的突变期为20世纪80年代后期、1999年7月2000年11月、20052009年;海表风场与海浪场的显著性突变期完全一致,为2000年11月2001年5月,其中nino3指数在1999年7月2000年11月期间的突变期比海表风场和海浪场的突变期超前约半年左右,nino3区海温的突变可能是中国海海浪场、海表风场突变的主要诱发因素之一.     

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。     

人工神经网络在岛屿近岸海浪模拟中的应用

以三亚东锣岛近岸海域为研究案例,基于9个月现场观测数据,利用人工神经网络模型对区域海浪模式WAVEWATCHⅢ(WW3)的有效波高结果进行了修正.结果显示:受空间分辨率的限制,WW3模式难以有效地刻画岛屿岸线和地形对波浪的影响,导致有效波高的模拟结果与现场观测存在较大差距;而使用该文建立的人工神经网络模型则能有效地修正有效波高的模拟结果,使其与观测值的均方根误差和平均绝对误差明显下降.进一步分析计算显示,当人工神经网络模型应用于岛屿近岸波浪要素的模拟修正时,有必要将平均波向作为输入变量,使不同来向的波浪传至岛屿近岸所经历过程的差异性得以体现.该方法及相关结果对岛屿近岸长时间序列波浪要素信息的模拟和预报具有工程应用价值.     

台风影响下渤海及邻域海面风场演变过程的MM5模拟分析

在装有Linux操作系统的PC机上运行美国大气研究中心（NCAR）的非静力中尺度大气模式MM5,运用MM5的嵌套功能,以30km水平分辨率对台风KAI－TAK（2000年第4号）影响渤海海区的时段进行数值模拟,同时给出了水平分辨率为10km的嵌套区内还时的渤海海面风场,通过对台风中心位置,中心气压,风速分布与雨区分布等要素的模拟结果与实况的比较,证实该实验对台风过程的模拟较为成功,嵌套区内渤海海面风场也明显体现出了地形影响的特征,并尝试以T106格点资料的三维客观分析场结合主空及地面观测为模式提供初值场,6h／次预报场为模式提 变边界条件,对渤海海面风场进行了24h时预报。