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。     

对称和非对称台风对东海南海风暴潮影响比较

应用非结构网格的海洋数值模式FVCOM,分别模拟台风TC0509 (Matsa)、TC0519(Longwang)和TC0814(Hagupit)在长江口和杭州湾、福建沿海、珠江口和海南风暴潮,比较分析非对称台风和对称台风对风暴潮的影响.非对称台风的气压场和风场由WRF模式计算,对称台风的气压场和风场由藤田圆形台风模型计算.结果表明,对于登陆长江口和杭州湾、珠江口和南海一带的台风,WRF模式和模型台风计算的气压场和风场都能较好的模拟风暴潮,前者略好于后者.对于过台湾岛登陆福建沿海的台风,台风不对称明显,WRF模式能较好的模拟出真实的台风气压场和风场,前者模拟的风暴潮远优于后者.     

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...     

广西沿海8007号台风暴潮数值模拟及台风暴潮某些特性的分析

以广西沿海台风暴潮数值模型为基础，模拟了８００７号台风期间，广西沿海台风暴潮的生消过程，并对其某些特性进行了数值分析．     

波浪对台风风暴潮过程的影响分析

利用胡克林等建立的长江口及邻近海域的二维风暴潮数值计算模式,对2007-2008年有较大影响的4次台风风暴潮进行加波浪和不加波浪的后报计算.将计算结果与实测资料进行比较分析,得出结论:波浪对于风暴潮的影响程度取决于台风的路径、登陆地点和不同时刻.在台风登录前后一两天内,加波浪计算比不加波浪计算出的风暴潮水位精度总体要高;当台风传播到近岸时,波浪破碎对近岸增水影响较大,需要加波浪计算台风风暴潮;对南登陆北上转出型台风风暴潮计算时需加波浪,而对南登陆型可不必加波浪,以提高计算效率.     

南海台风"悟空2000"生成及发展的数值模拟

应用NCAR/PSU中尺度非静力模式MM5模拟了南海台风"悟空2000"从一个热带扰动发展为强台风的过程。模拟结果表明,MM5模式能够很好地模拟出"悟空2000"台风的强度和最大风速,清晰显示出南海台风发展中具有的阶段性和爆发性。从水汽和位涡等诊断量的分析出发,分析了模拟的台风结构和台风眼生成的可能影响因素。敏感性试验结果显示,南海海面温度对台风发生发展有至关重要的作用:如果海表温度降低1℃,模拟的台风最大风速将降低近10m/s,风速达到台风级别(32.8m/s)的时间推迟约7个小时;如果海表温度降低2℃(SST仍高于26.5℃),该热带扰动将不能发展到台风的强度。     

Poisson-Gumbel Mixed Compound Distribution and its application

With the development of offshore engineering, the joint probability study for extreme sea environments has been a subject of increasing interest for both mathematicians and engineers. However, the conventional multivariate probability distribution models do not describe the distribution of the occurrences of extreme sea states induced by typhoon, hurricane or winter storm, and thus fail to reflect the probability characteristics of sea environments in all the aspects. Extreme sea environments are typically to be found in storms like typhoon, and the occurrences of such storms in certain sea areas, varying from year to year, may be fitted to a discrete distribution. By compounding the discrete distribution with a bivariate continuous distribution of two extreme sea environments, a new kind of distribution--Bivariate Compound Extreme Value Distribution (BCEVD) is obtained in this note. This study proposes Poisson-Gum- bel Mixed Compound Distribution, one of the particular forms of BCEVD, and gives an example of its application by using it to compute the joint distribution of wind velocities and wave heights and to estimate the 100-year return level, based on the 20-year wind and wave data in the East China Sea. The results show the advantage of PGMCD model in its stable results and simple use.     

中国沿海地区台风致灾因子危险性评估

从台风大风、暴雨和风暴潮3个方面选取指标,尝试构建了台风致灾因子危险性评价指标体系和评价模型.并在GIS环境下对沿海地区台风致灾因子危险性进行分析评价.评价结果显示:海南省和广东省、福建省、浙江省的沿海区域台风致灾因子危险性较大,上海市和广西省、江苏省的沿海区域以及广东省、福建省、浙江省的内陆地区台风致灾因子危险性中等...     

基于耦合气候系统模式的中全新世黄、东海海表通量分析

对中全新世(6,ka时期)海洋和气候的研究可加深人们对现阶段气候变化和海洋环境的认识,为预测未来海洋与气候环境变化提供一个重要参照.文章分析一个耦合气候系统模式FGOALS-s2.0的模式结果,首先对其工业革命前(0,ka时期)东亚地区夏季降水及冬、夏季10,m风场的模拟结果进行评估,然后进一步对中全新世和工业革命前黄、东海海表大气强迫的季节变化进行了对比.结果显示:模式模拟出0,ka时期东亚夏季降水从东南洋面至西北内陆减少的空间分布特点,冬、夏季10,m风场亦与观测大体一致;6,ka时期夏季,黄、东海风速较0,ka时期增大约0.8,m/s,16%左右;黄海风应力旋度值为正,东海为负,与0,ka时期相比旋度绝对值均增大;同时,两海区接收的太阳短波辐射较0,ka时期均增加,短波辐射的差异是中全新世夏季黄、东海海表的净热吸收增加的主要因子.6,ka时期冬季,黄、东海北风加强,东海增加量在0.5~1.0,m/s,幅度约为10%,较黄海更为明显;两海区在冬季的净热释放也较0,ka时期增大,东海释放更甚;冬季黄、东海风应力旋度较0,ka时期则无太大差别.研究表明,由于6,ka时期太阳辐射季节循环的改变,造成了黄、东海夏季风增强,海表净热通量也发生相应变化,该时期大气强迫场的变化可能会使黄、东海表层水温分布趋势发生较大改变,进而影响陆架环流格局.     

吕泗上升流观测和动力机制模拟分析

基于2000年8月长江口外现场观测的分析,首次发现在长江口外吕泗附近存在着上升流现象.该上升流将下层的冷水和营养盐带向上层,对海区的环境和生态具有重 要的影响.为了解该上升流的动力机制,作者利用基于ECOM_si建立的一个水平球面坐标系的高分辨率湍流闭合的三维环流数值模式研究该上升流现象.该模式计算区域包括东海、黄海和渤海,考虑实际岸线和水深.在综合考虑风应力、开边界体积通量和密度梯度力的情况下,模拟结果再现了吕泗海区的上升流现象,与观测结果较为一致.数值试验结果表明,产生该处上升流的动力机制主要是盐淡水混合产生的斜压效应,风应力的作用较弱,边界水体积通量产生的正压效应不起作用.倾斜的底形与斜压效应、风应力的联合作用使吕泗海区的上升流更明显.     

近17年福建沿海台风及风暴增水特性统计分析

根据1990~2006年的台风资料,对这17年登陆及影响福建沿海的台风特性进行了统计和分析,包括年际分布、年内月际分布、台风登陆点统计分析、台风强度统计分析.结果表明,与已有研究结果相比,台风的频率是下降的,登陆的台风集中发生在6~8月,提前了1个月,登陆台风的气压和风速成反比.对福建沿海崇武、东山、厦门、沙埕及梅花5个站点的实测潮位进行了调和分析和潮位预报,得出6个台风在各个站点引起的增水,对风暴增水分析表明,大风区范围越大则台风引起的增水越大,大风区覆盖台湾海峡的南部比覆盖北部更有利于增水,台风强度越大或台风与站点距离越近则台风引起的增水越大,位于台风右侧的站点比左侧的站点增水要大.     

渤海风暴潮研究进展简介

风暴潮的研究一直是人们关注的焦点,对其特征、活动规律及其发生发展的物理机制进行了深入探讨,尤其将渤海风暴潮作为研究重点。在简要回顾风暴潮国内外主要研究成果的基础上,重点总结了不同类型的渤海风暴潮以及影响风暴潮发生发展的主因,并在此基础上讨论了当前渤海风暴潮研究中存在的问题和未来的研究前景,以便进一步深入开展渤海风暴潮的研究,提高渤海风暴潮的预报准确率。     

相似路径台风风暴潮过程对比

基于MIKE 21模型和Holland台风风场模型,构建了1909号利奇马和0509号麦莎2次相似路径台风期间的风场和气压场,并模拟了相应的风暴潮过程。结果表明：台风中心附近增水变化显著,浙江东北部海域在台风登陆期间的增水更大;受台风强度影响,台风利奇马期间增水高值区更大,部分海域2次台风期间最大增水差值接近1.0 m;潮致欧拉余流速度较大值主要分布在100 m水深以浅的海域,量值超过20 cm/s,江苏沿海、台湾东北部海域存在欧拉余环流;台风利奇马期间近海斯托克斯余流值普遍小于麦莎期间;斯托克斯余流项对台风期间长江口、浙闽等近海浅水区短期物质输运过程起一定主导作用。用EMD方法和Hillbert变换分析了典型站点风暴潮位的特征,发现站点IMF1模态和天文潮位较吻合;水深和IMF3模态的最大功率谱密度呈现出较高的相关性,并且随着水深的增加,IMF3模态的最大功率谱密度逐步变大。     

台风风暴潮损失评估方式的优化分析

全球气候变化背景下,海平面上升和温室气体的大量排放加剧了台风风暴潮损失,构建准确的损失评估模型对海洋防灾减灾工作有重大现实意义。选用1995—2020年50组广东省台风风暴潮进行试验,基于气候变化和风险评估理论建立台风风暴潮损失评估指标体系,使用主成分分析筛选输入因子,进行径向基(radical basis function, RBF)神经网络和支持向量回归模型的直接经济损失和海水养殖受灾面积评估,通过比较有无气候变化指标评估模型的结果,验证了气候变化是影响灾害损失的重要因素。采用熵权法组合RBF神经网络和支持向量回归模型进行直接经济损失评估,对比单一模型发现组合模型有更好的预测精度,为防灾减灾事业提供了有效的损失评估方式。     

Effect of surface waves on air-sea momentum flux in high wind conditions for typhoons in the South China Sea

The WAVEWATCH-III wave model is implemented in the South China Sea to investigate the air-sea momentum flux in high wind conditions during 23 passages of typhoon occurred in 2005. The wave model is driven by the reanalyzed surface winds assimilated by several meteorologic data sources. The friction velocity was calculated and the relationships between different air-sea momentum param- eters were studied. The results show that the drag coefficient decreases with the wave age generally and levels off for wind speeds higher than 35 m/s under typhoon wind forcing. The spatial variations of air-sea momentum flux parameters in high wind conditions forced by typhoons are completely different from those at weak wind speeds and significantly depend on the relative position from the typhoon center.     

北部湾三维风暴潮模拟

模型以经Ｓｉｇｍａ坐标变换后具有自由表面的三维非线性Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程为基本方程,采用紊流封闭模型求解垂直方向紊动粘滞系数,建立了一个北部湾的三维风暴潮模型。应用该模型对典型的８００７号及８４１０号风暴潮进行了模拟,风暴潮位的验证较好,并获得了风暴潮流的空间结构特征,揭示了台风引起的北部湾沿岸海水交换。     

Evolution of the East Asian monsoon and its response to uplift of the Tibetan Plateau since 1.8 Ma recorded by major elements in sediments of the South China Sea

Evolution of the East Asian monsoon and its response to uplift of the Tibetan Plateau has been investigated in the study of global change. Core sediment samples drilled in the South China Sea during ODP Leg184 are the best materials for studying long-term variability of the East Asian monsoon. R-mode factor analysis of major elements in the fine grain-sized carbonate-free sediments (<4 μm) of the upper 185 mcd splice of ODP Site 1146 drilled during Leg184 in the South China Sea shows that Ti, TFe2O3, MgO, K2O, P, CaO, and Al2O3 are representative of a terrestrial factor. The variation in the terrestrial factor score is subject to chemical erosion in the source region and thus indicates the evolution of the East Asian summer monsoon. The terrestrial factor score has three stepwise decreases at ~1.3 Ma, ~0.9 Ma, and ~0.6 Ma, indicating the phased weakening of the East Asian summer monsoon is related to wholly stepwise, quick uplifts of the Tibetan Plateau since 1.8 Ma. The periodic fluctuation of the terrestrial factor score since ~0.6 Ma indicates that the glacial-interglacial cycles have been the main force driving the evolution of the East Asian monsoon. As in the case of Chinese loess, the long-term evolution of the East Asian monsoon recorded in sediments of the South China Sea reflects a coupled effect of the glacial-interglacial cycle and uplift of the Tibetan Plateau.     

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.     

Reduced drag coefficient for high wind speeds in tropical cyclones

The transfer of momentum between the atmosphere and the ocean is described in terms of the variation of wind speed with height and a drag coefficient that increases with sea surface roughness and wind speed. But direct measurements have only been available for weak winds; momentum transfer under extreme wind conditions has therefore been extrapolated from these field measurements. Global Positioning System sondes have been used since 1997 to measure the profiles of the strong winds in the marine boundary layer associated with tropical cyclones. Here we present an analysis of these data, which show a logarithmic increase in mean wind speed with height in the lowest 200 m, maximum wind speed at 500 m and a gradual weakening up to a height of 3 km. By determining surface stress, roughness length and neutral stability drag coefficient, we find that surface momentum flux levels off as the wind speeds increase above hurricane force. This behaviour is contrary to surface flux parameterizations that are currently used in a variety of modelling applications, including hurricane risk assessment and prediction of storm motion, intensity, waves and storm surges.