渤海"9216"特大风暴潮过程的数值模拟

本文论述了我国渤海地区风暴潮的特点,指出渤海地区一年四季均有风暴潮发生,而且发生在这里的温带风暴潮较台风风暴潮既频繁又严重。建立了一个球坐标系下的温带风暴潮数值模式,并利用该模式对发生在渤海地区的9216号特大风暴潮进行了数值模拟,成功地再现了这次过程,这表明：只要计算的风场准确,温带风暴潮的数值预报是可行的．     

黄、东海天气系统对渤海风暴潮影响

渤海沿岸是风暴潮多发区域。研究者多关心渤海局地风引起风暴潮变化,而忽略黄、东海天气系统对渤海风暴潮的影响。为研究外围天气系统对局地风暴潮的影响,本文采用实测资料对比和设计理想数值试验等方法,对黄、东海天气系统影响的渤海风暴潮进行了研究。结果表明:1、TY1814"摩羯"和TY1818"温比亚"台风风暴潮的实测资料呈现当黄、东海风力较大,而渤海风力较小时,渤海沿岸也会出现较大风暴潮现象; 2、从FVCOM(Finite-Volume Coastal Ocean Model)模拟的理想数值试验中发现,黄、东海风向是东南风时,引起渤海沿岸风暴增水极值最大;3、以入海气旋和登陆北上台风两种类型天气系统风向变化设计理想数值试验,发现黄、东海的东南风持续时间对渤海沿岸风暴潮极值大小和出现时间影响较大。理想试验获得的结论不仅能为渤海风暴潮预测和防灾减灾提供理论依据,还能够有效减少预警应急中漏报的现象,降低沿海经济损失。     

一种渤海风暴潮数值预报模式与试验

通过三维模式导出二维数值模式,采用守恒型空间差分格式对渤海风暴潮进行数值模拟。同时采用由三维模式导出的任意形式的底摩擦表达式,找出适用于渤海风暴潮的底摩擦参数。对曾经发生在渤海的四次较严重的风暴潮进行数值后报并与实测资料相比较,证实预报模式的可行性。     

渤海局部海域风暴潮漫滩计算模式──ADI干湿网格模式在渤海局部海域风暴潮漫滩计算中的应用

采用ＡＤＩ干湿网格模式和一种大小区嵌套式的数值计算格式，考虑了天文潮与风暴潮的非线性耦合效应，对渤海局部海域的风暴潮漫滩进行了数值模拟。模拟结果与实测结果符合良好，证实ＡＤＩ干湿网格模式对海湾风暴潮漫滩计算的可行性。指出ＡＤＩ干湿网格模式对预报淹水受灾范围具有应用价值。     

基于海气耦合模型的渤海两种类型风暴潮数值模拟与对比分析

渤海一年四季都易受到由温带风暴和热带气旋所致风暴潮的影响。为了缓解风暴潮灾害对海岸地区人员生命财产的影响，十分有必要了解大型风暴潮的发生过程和机制。目前大部分研究主要局限于单一的温带风暴潮或台风风暴潮。本文利用所构建的海气耦合数值模型研究了发生于渤海的两种类型的风暴潮，对发生在渤海的2次典型强风暴潮过程进行了模拟。由WRF模型模拟得到的风场强度和最低海平面气压与实测数据吻合较好，由ROMS模型模拟得到的风暴潮期间水位变化过程与潮位站观测结果也吻合较好。对两种类型风暴潮期间的风场结钩、海面风应力、海洋表面平均流场以及水位分布进行了分析对比，并将耦合模型结果与非耦合模型结果进行了对比。研究表明，渤海两种类型风暴潮期间的风场结钩、海面风应力、海洋表面平均流场以及水位分布等均存在巨大差异。渤海风暴潮的强度主要由海洋表面的驱动力所决定，但同时也受海岸地形地貌的影响。     

风暴潮三维数值计算模式的研究及在渤海湾的应用

以实验室二维温带风暴潮数值模型为基础,综合考虑海洋潮波动力与风应力联合作用,建立温带风暴潮三维数值计算模型.模型从推导三维风暴潮基本控制方程出发,并应用交替方向隐格式(ADI)方法对方程进行离散求解.对于浅水动边界,模型采取局部深槽、缩小水域的活动边界处理方法.利用拟三维数值计算方法,并提出了非平面水深等分模式和平面等水深分布模式,应用这两种计算模式分别对渤海湾2009年5月8～10日发生的风暴潮过程进行了数值模拟.将风暴潮位计算结果和增水位计算结果与塘沽验潮站的实际观测数值进行对比验证,结果显示受风应力与潮波联合作用的风暴潮位和增水位与实测数据吻合良好;通过比较得到了平面等水深分布模式的计算成果要比非平面水深等分模式的计算成果更接近观测资料的结论,为风暴潮预报提供了理论依据.     

NUMERICAL STUDY ON THE BOHAI SEA WIND SURGES-THE ZEROTH-ORDER DYNAMICAL MODEL

Based on the three-dimensional zeroth-order model of the ultra-shallow water storm surge theory proposed by Chin and Feng (1975), a numerical investigation of the Bohai Sea wind surges is made. As a preliminary numerical experiment the model wind fields are designed for computations. Computational results are compared with the principal characteristics of observations as well as with some conclusions of the classical theories on storm surges presented by P. Groen (1962) and others.     

波流耦合作用下渤海及北黄海风暴潮增水及海浪过程的数值模拟

本文基于三维波流耦合FVCOM-SWAVE数值模式,采用Jelesnianski参数化风场与再分析数据集ECMWF风场数据叠加而成的合成风场作为外力驱动力,模拟了1818号"温比亚"台风引起北黄海及渤海海域风暴潮增减水及波浪的生长与消减过程,进而分析该海域在"温比亚"台风作用下波浪对流速垂向分布的影响。研究结果表明:合成风场得到的风速最大值及出现时刻与实测数据符合较好,合成风场较为合理,能够为模拟波流耦合机制下海域水动力变化提供准确的风场条件;几个测站的风暴潮增水模拟结果与实测数据较为吻合,FVCOM-SWAVE耦合系统合理地再现了"温比亚"台风在黄渤海引发的风暴潮增水以及台风浪过程。此外,计算结果显示"温比亚"期间黄渤海海域最大有效波高分布于台风中心外围,且位于台风前进方向上,波浪最大有效波高值与台风强度有关;在台风过境期间,波流相互作用对近岸海域流速的垂向分布具有一定影响,考虑波流相互作用可有效提高台风风暴潮数值模拟精度。研究结果对台风灾害预报、防灾减灾及港口建筑选址具有一定的参考意义。     

台风“利奇马”对渤海风暴潮影响研究

利用实测资料对比和FVCOM数值模拟等方法,研究了"利奇马"台风风暴潮在渤海的演变规律。研究表明:渤海沿岸的风暴潮过程是由局地风"直接作用"及外部天气系统"间接影响"共同作用引起的,且它们引起的风暴潮时空分布明显不同。在"利奇马"台风风暴潮中,"直接作用"引起的风暴增水在渤海湾和莱州湾沿岸分别约占总风暴增水的2/3和1/2。     

冬季寒潮期间黄、渤海水位低频波动研究

利用 POM(Princeton Ocean Model)海洋数值模式建立渤、黄、东海冬季三维环流动力学区域模型。模型在海-气边界使用包括风应力、气压和热通量的大气驱动, 海洋边界使用西太平洋模式提供的环流和潮位驱动, 综合模拟潮波运动、温度、盐度、环流变化和水位低频波动。 模拟了 2001 年 1 月寒潮过境时黄、 渤海水位低频波动及流场变化, 分析了其对大风过程、 气压、降温的响应, 发现冬季强劲的北风和西北风都可以通过抽吸振荡在渤、 黄海诱发水位的低频波动, 东北风则由于地形影响不能诱发渤、黄海的低频波动。气压和降温只是在波动幅度上有一定的影响。波动发源于渤海和北黄海, 最大波幅可以达到 0.6 m。波动进入南黄海后有沿黄海深槽西侧传播的倾向, 波动幅度在传播过程中逐渐减小。     

东海风暴潮与天文潮的非线性相互作用

中国东海的风暴潮具有明显的周期性波动。凤暴潮除了决定于风应力和长波效应外,还受到天文潮与风暴潮相互作用的影响。本文利用一个二维数值模式对天文潮与风暴潮相互作用的水位进行了模拟。我们选取了8114号台风加以计算。计算结果与实测资料基本相符,由此说明水位曲线中的潮周期波动主要是由于天文潮与风暴潮之间的非线性相互作用所致。数值实验还表明,如果考虑到天文潮与风暴潮的相互作用可以显著改善水位的预报精度。     

东南沿海台风风暴潮增水过程中非线性机制和地形的作用研究:以1509号台风"灿鸿"为例

本文基于FVCOM（Finite Volume Community Ocean Model）构建了一个覆盖中国渤海、黄海和东海的数值模型，采用NCEP-CFSR风场数据对1509号台风“灿鸿”产生的风暴潮进行模拟，与实测水位数据的对比表明该模型可靠、模拟结果合理。基于此模型，本文对非线性作用和地形在风暴潮增水过程中的作用进行了研究。首先，重点分析了增水过程中潮汐与风暴潮的非线性作用，结果表明：高潮时非线性作用使增水值降低；低潮时非线性作用使增水值升高。另外，开边界处分别只添加M₂、S₂和K₁分潮，分析天文潮的潮高和周期对非线性作用的影响，结果表明：潮高越高，非线性作用越明显；半日潮的非线性作用较全日潮更明显；并且，增水极值附近出现的半日周期的波动也与非线性作用有关。其次，除了非线性作用，地形对风暴潮的增水也有一定影响，本文改变地形的实验结果表明：坡度越大，增水极值越小。琉球群岛的存在使得东南沿海出现风暴潮增水的面积减小，但使得风暴潮增水的高值区域扩大。     

浅海流体动力学一种含变湍粘性系数的流速分解模型(Ⅱ)——模型在超浅海风暴潮零阶问题中的应用

本文将流速分解模型应用于作为超浅海风暴潮的渤海风潮,并讨论了变湍粘性系数的确定。作为一个初步的,但较为成功的数值试验例子,描述了实际风场作用下的渤海风潮,比较了变湍粘性系数模型与常湍粘性系数模型的计算结果间的差异。     

一种台风暴潮数值模拟方法

本文提出一种简便的交替方向隐式差分格式求解沿水深平均的二维风暴潮模型。这种差分格式比常用的ＡＤＩ法具有更简单的形式和更高的计算效率。文中的精度分析和稳定性分析表明该差分格式在等步长条件下具有二阶精度、无条件稳定。在采用理想模型验证之后，本文给出了一次台风暴潮过程的计算实例，其中台风气压场和风场的模拟采用藤田气压模式和梯度风公式，并考虑台风移行产生的风场以及梯度风到海面风的订正。数值摸拟结果和实测值符合良好，其精度达到工程应用要求。     

渤海局部海域风暴潮漫滩的数值模拟

在Johns变边界模型的基础上,提出了一种嵌套式变边界数值模型,应用于渤海风暴潮的数值计算。分别模拟得到了1964年和1969年两次渤海风暴潮黄河三角洲一带的最大淹水范围和水位过程曲线。模拟过程中考虑了天文潮与风暴潮的非线性耦合效应。模拟结果分别与实测值和固定边界模型的结果进行了比较,从而证实了变边界模型不仅能计算出最大淹水范围,而且得到的风暴潮水位值也更加符合实际。     

A numerical study on the impact of tidal waves on the storm surge in the north of Liaodong Bay

A storm surge is an abnormal sharp rise or fall in the seawater level produced by the strong wind and low pressure field of an approaching storm system.A storm tide is a water level rise or fall caused by the combined effect of the storm surge and an astronomical tide.The storm surge depends on many factors,such as the tracks of typhoon movement,the intensity of typhoon,the topography of sea area,the amplitude of tidal wave,the period during which the storm surge couples with the tidal wave.When coupling with different parts of a tidal wave,the storm surges caused by a typhoon vary widely.The variation of the storm surges is studied.An once-in-a-century storm surge was caused by Typhoon 7203 at Huludao Port in the north of the Liaodong Bay from July 26th to 27th,1972.The maximum storm surge is about 1.90 m.The wind field and pressure field used in numerical simulations in the research were derived from the historical data of the Typhoon 7203 from July 23rd to 28th,1972.DHI Mike21 is used as the software tools.The whole Bohai Sea is defined as the computational domain.The numerical simulation models are forced with sea levels at water boundaries,that is the tide along the Bohai Straits from July 18th to 29th（2012）.The tide wave and the storm tides caused by the wind field and pressure field mentioned above are calculated in the numerical simulations.The coupling processes of storm surges and tidal waves are simulated in the following way.The first simulation start date and time are 00：00 July 18th,2012; the second simulation start date and time are 03：00 July 18th,2012.There is a three-hour lag between the start date and time of the simulation and that of the former one,the last simulation start date and time are 00：00 July 25th,2012.All the simulations have a same duration of 5 days,which is same as the time length of typhoon data.With the first day and the second day simulation output,which is affected by the initial field,being ignored,only the 3rd to 5th day simulation results are used to study the rules of the storm surges in the north of the Liaodong Bay.In total,57 cases are calculated and analyzed,including the coupling effects between the storm surge and a tidal wave during different tidal durations and on different tidal levels.Based on the results of the 57 numerical examples,the following conclusions are obtained：For the same location,the maximum storm surges are determined by the primary vibration（the storm tide keeps rising quickly） duration and tidal duration.If the primary vibration duration is a part of the flood tidal duration,the maximum storm surge is lower（1.01,1.05 and 1.37 m at the Huludao Port,the Daling Estuary and the Liaohe Estuary respectively）.If the primary vibration duration is a part of the ebb tidal duration,the maximum storm surge is higher（1.92,2.05 and 2.80 m at the Huludao Port,the Daling Estuary and the Liaohe Estuary respectively）.In the mean time,the sea level restrains the growth of storm surges.The hour of the highest storm tide has a margin of error of plus or minus 80 min,comparing the high water hour of the astronomical tide,in the north of the Liaodong Bay.     

渤海风暴潮概况及温带风暴潮数值模拟

分析研究表明,天津沿海是世界上风暴潮最频发区和最严重的区域之一,风暴潮灾一年四季均有发生,除夏季有台风风暴潮灾害发生外,春、秋、冬季均有灾害性温带风暴潮发生.采用球坐标系下的二维风暴潮模式,对1969年4月23日引起渤海最大温带风暴增水过程进行了数值模拟.对风场和增水过程的计算结果验证表明,该模式可用于温带风暴潮的工程计算,并且只要依据文中方法计算出预报气压场和风场,该模式也具有预报能力.     

“20110901”温带风暴潮过程天气形势分析及数值预报研究

对2011年9月1日在渤海发生的一次较强温带风暴潮过程的成因及发展情况进行了深入的研究,并对此次温带风暴潮的预报情况进行了较为详细的数值研究分析和总结。从数值预报的结果来看,两套温带风暴潮数值预报模式都表现出较好的预报能力,特别是对于此类移动速度较为稳定的温带系统,预报时效可以延长到24 h左右。通过总结近10年来我国渤海典型温带风暴潮过程的致灾特点发现:冷空气和低压配合对渤海特别是渤海湾产生的温带风暴潮灾害性影响不容小觑,夏半年时更要注意中尺度对流天气叠加在气旋天气系统上对灾害的放大作用。     

NUMERICAL MODELLING OF POLLUTANT DISPERSION BY TIDAL CURRENT IN THE BOHAI SEA

This paper deals with numerical modelling of organic pollutant (COD) in the Bohai Sea. One of the main purposes is intended to provide a useful numerical model for predicting the water quality in the Bohai Sea.A two-dimensional advective-dispersion equation and a set of corresponding ADI difference scheme are used. The computations were executed on the computer in a specially designed program IMEP-TD for modelling dispersion of pollutant. From the modelling results, present water quality in the Bohai Sea is, generally speaking, still fine except the areas near the estuaries and inlets where sea water is contaminated. To protect ecosystem in the Bohai Sea, the inflow load should not keep increasing rapidly.     

渤海海域台风风场的变分计算

本文从大气的运动方程出发,利用实测的台风气压场资料和变分调整的方法,计算了进入渤海的台风风场,模拟了台风的不对称结构。经实测资料捡验吻合程度较好。