1307号台风“苏力”台风浪数值模拟

以T639预报风场驱动目前国际先进的第三代海浪模式WW3(WAVEWATCH-III),对发生在2013年7月中旬的1307号台风"苏力"所致的海浪场进行数值模拟,并利用来自台湾岛、朝鲜半岛、日本的浮标观测资料,验证模拟台风浪场的有效性,进而对台风浪的结构特征进行分析,以期为台风浪场的数值预报、防灾减灾等提供科学依据.结果表明:1)以T639预报风场驱动WW3海浪模式,模拟的台风浪场较好地刻画了台风"苏力"的结构特征;2)与浮标观测资料对比发现,模拟有效波高整体上具有较高精度,与观测值在曲线走势上保持了较好的一致性,在数值上稍大于观测值;3)澎湖浮标站处的模拟有效波高与观测值出现较大差异,这应该与台湾海峡的复杂地形、T639预报风场在台湾海峡的准确度有关;4)台风海浪场与海表风场表现出较好的一致性,台风位于大洋时,高值中心的有效波高可达13m以上,台风逼近福建沿海时,带来了11m左右的巨浪.     

台湾岛周边海域的波候观测

为了更好地掌握我国台湾岛周边的海浪特征,利用来自台湾岛的海浪观测数据,采用气候统计方法,分析该海域的波候(海浪气候态)特征,主要包括波高和波浪平均周期的季节特征、强浪向、大浪频率、阵风系数。结果表明:台湾岛周边的有效波高(SWH)在冬季最大,秋季次之,夏季最低,台东近海的SWH、平均周期常年大于台湾海峡;台湾周边的强浪向常年以偏北向为主,夏季的最大波高为全年最大,冬春两季偏低,冬季台湾海峡的最大波高大于台东近海,春、夏、秋季则相反;东沙岛、台东外洋的大浪频率明显高于其余站点,马祖、澎湖次之,其余站点整体较低;花莲和龙洞各代表月的阵风系数为1.4~1.5,鹅銮鼻常年在1.3左右,澎湖为1.2~1.4。     

南海—北印度洋的大浪频率特征

为了深入分析南海—北印度洋的大浪频率,利用来自欧洲中期天气预报中心的ERA-interim海浪再分析资料,统计了南海—北印度洋海域1979-2014年每月的大浪频率,并利用线性回归方法,分别计算了大浪频率在不同月份的长期变化趋势,以及大浪频率变化趋势的主导月份。计算结果表明:阿拉伯海的年大浪频率为10%~40%,明显高于孟加拉湾和南海;南海—北印度洋一半以上区域的大浪频率显著递增,趋势为0.03%~0.33%/a;一些零星海域的大浪频率显著递减,其余海域无显著变化;每年大浪频率发生变化的主导月份,南海为1,3,9月,孟加拉湾为7,9,10月,阿拉伯海为6,7,9月。     

单摆测重力加速度的研究

本文分析了单摆测重力加速度的误差主要来源，在测量装置，测量工具和测量方法上进行改进，从而有效地提高了测量精度。     

近50年青岛地面风速、气温的变化周期及突变形势分析

利用来自青岛地区近50年的地面观测资料,对该地区地面风速、气温的长期变化趋势进行分析,主要分析了变化周期、突变现象等。研究发现：（1）青岛地区逐年平均的地面风速、气温存在多种尺度的显著性变化周期。气温具有显著的2.1年至2.7年、3.6年至5.3年的变化周期以及32年以上的长周期震荡;风速存在显著的2年至4年的变化周期以及16年以上的长周期震荡。（2）1月、7月的地面气温、风速均存在显著性变化周期。（3）青岛地区的地面气温在近50年期间存在显著的突变现象,突变期为1989年;地面风速在近50年期间并不存在显著的突变形势。（4）青岛地区的地面气温在冬季的突变期为1986年,夏季的突变期为20世纪70年代后期和20世纪80年代初期;青岛地区的地面风速在冬季不存在显著的突变现象,夏季的突变期为2003年。     

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。     

微分方程特征值理论在Ekman流解中的应用

为了更为细致地讨论非恒常量的垂向湍黏性系数对Ekman流解的影响,基于微分方程的特征值理论,简要分析了在不同垂向湍黏系数分布条件下,Ekman流解所具有的结构特征,并结合数值方式模拟了Ekman流的垂向结构。在开边界条件下,不同深度的数值模拟结果较为一致,数值模拟验证了Ekman流的垂向结构与湍黏系数垂向分布的特征有密切关系。据此得出,不同的垂向湍黏系数结构将改变Ekman流的影响深度及表层流与风应力的夹角,Ekman流解含有垂向湍黏系数分布的特征。理论推导和数值试验均表明,在不同的黏性系数垂向分布状态下,Ekman流具有不同的垂向结构,且影响深度也各不相同。     

更为广义的线性回归模型及其气象应用

为了解决传统的线性回归模型不具备全域分析能力以及表达能力受到模型维数限制的问题,基于要素场和矩阵的概念,提出了基于场的更为广义的线性回归模型——全回归模型。利用大规模要素场分布资料构建全回归模型,模型基本方程采用矩阵形式,方程的基本元素为要素场,相较于传统回归模型,该模型涵盖要素场整体信息。与传统回归方案进行对比分析,结果表明:该模型具有全局表达能力,在拟合过程中采用最小二乘方案可以得到全局最优结果;不同于传统回归模型的单调性特征,该模型自变量局部扰动对因变量的影响有利于分析相关过程;对于传统统计预报而言,基于矩阵分析理论及该模型全局表达能力,可以将该模型延伸应用至单站回归预报。     

巴基斯坦瓜达尔港风能资源的 历史变化趋势及预测

利用欧洲中期天气预报中心的ERA-Interim海表10 m风场资料,计算巴基斯坦瓜达尔港的风能资源近36年(1979—2014年)期间的历史变化趋势,并利用线性回归和BP神经网络两种方法,对该港的风能资源进行长期年度预测,得到以下结果。1)瓜达尔港夏季的风能资源比冬季丰富,且夏季的稳定性明显好于冬季。2)近36年期间,风能密度、有效风速频率和100 W/m~2以上能级频率分别以-0.78 W/(m~2·a),-0.21%/a和-0.22%/a的速度逐年显著递减,且该趋势主要体现在夏季,冬季无显著变化趋势;风能资源的稳定性(变异系数、月变化指数和季节变化指数)无显著变化趋势。3)从预测值来看,瓜达尔港的风能资源在2015年与多年平均状态持平,2016年则趋于更丰富;2015—2016年,风能资源的稳定性比多年平均状态略差。研究结果可以为"21世纪海上丝绸之路"建设以及中国海域的岛礁和港口建设提供依据和参考。     

黄渤海风、浪、流等海洋水文要素特征分析

随着我国海洋建设的快速发展,深入了解海洋水文环境特征,为海洋工程等提供保障已迫在眉睫。本文根据日常保障经验,结合相关理论,利用QN（QuikSCAT/NCEP）混合风场、模拟海浪数据等资料,对黄渤海海域的海洋水文特征进行分析,主要分析了该海域的海表风场、海浪场、潮汐潮流、海雾、盐度、SST（海表温度——Sea Surface Temperature）的特征,可为防灾减灾、航海、海洋水文保障、海洋工程、海洋能资源开发利用提供科学依据。