海平面上升对中国沿海地区极值水位重现期的影响

基于中国沿海10个验潮站资料,利用皮尔森Ⅲ型(P-Ⅲ)模型探讨了典型浓度路径(Representative Concentration Pathway,RCP)情景下21世纪海平面上升对中国沿海地区极值水位重现期的影响。结果表明:海平面上升将显著缩短极值水位的重现期。在RCP8.5情景下极值水位的重现期缩短最为显著。预估到2050年,在RCP8.5情景下,所研究的中国沿海地区潮位站的百年一遇极值水位将变为9~43 a一遇。到2100年,在RCP8.5情景下,百年一遇极值水位变为1~18 a一遇。当前极值水位的低概率事件将在2100年变得普遍,在RCP8.5情景下,到2100年千年一遇的几乎每两百年发生一次。由于极值水位的重现期会随着气候变化而缩短,未来沿海地区将会面临更严峻的风险与挑战。     

不同气候情景下中国滨海城市海岸极值水位重现期预估

气候变化背景下,海平面上升叠加台风—风暴潮、天文大潮等产生的海岸极值水位事件趋多增强,对我国滨海城市社会经济可持发展构成了严重威胁。为认识未来我国滨海城市海岸极值水位危害性（强度和频率）的变化,本文首先采用第五次国际耦合模式比较计划（CMIP5）数据,分析了不同气候情景下（RCP2.6, 4.5, 8.5,简称为RCPs）下,未来不同年代（2030年、2050年和2100年）我国滨海城市沿岸海平面变化幅度;其次,基于沿海验潮站的历史观测资料和文献数据,分析了未来热带气旋强度变化对海岸极值水位的影响;最后,利用皮尔逊Ⅲ型（P-Ⅲ）水文概率曲线方法,预估了不同气候（RCPs）情景下未来不同年代（2030年、2050年和2100年）我国9个滨海城市海岸极值水位重现期的变化。结果表明：（1）在不同气候情景下,我国滨海城市沿海平均海平面均呈现上升趋势,其中,到21世纪末,长三角地区沿海海平面上升幅度最大,上升速度比全国平均高出约30%;（2）热带气旋的强度与台风—风暴潮的增水幅度存在正相关关系。预计到21世纪末,热带气旋的整体强度很可能将增强,热带气旋引发的台风—风暴潮的增水幅度较当前很可能有明显提高。（3）未来我国滨海城市沿海极值水位将有显著增高的趋势,当前极值水位的重现期将明显缩短。到21世纪末,我国滨海城市当前百年一遇的极值水位,重现期几乎都将缩短至20年一遇以下,其中,大连、青岛、上海和厦门等城市海岸极值水位重现期很可能缩短为（或低于）1年一遇。本文虽在一定程度上反映了不同气候情景下海岸洪水危害性的变化,但对于未来热带气旋的变化及其影响的研究尚有待进一步深入。     

全球变暖背景下基于Non-Boussinesq POP模式对海平面高度的模拟和预估

用Non-Boussinesq POP模式和1986—2005年SODA再分析资料的海表面温度、盐度和风应力,模拟了1986—2005年间的全球海平面变化,并根据RCP4.5和RCP8.5两种代表性浓度排放情景下未来气候变化趋势的预测,对未来一个世纪的海平面变化进行预估,在仅考虑热膨胀的前提下,得到了如下结论:(1)在过去20 a间,全球平均海平面高度上升了56 mm,上升较大的海域主要为西北太平洋、南太平洋中部和南大西洋;(2)到2100年,RCP4.5情景下全球平均海平面上升0.36 m,RCP8.5情景下全球平均海平面上升0.43 m;(3)未来海平面变化较大的海域包括西北太平洋、西南太平洋、西南大西洋和印度洋,南大洋、北大西洋和赤道太平洋海平面变化相对较小。     

考虑海平面上升影响的极值水位计算

本研究基于非平稳序列极值理论,定量分析极端水位事件年超越概率受海平面上升的影响;以工程设计使用年限内极端水位发生概率作为控制条件,构建考虑海平面上升的极值水位计算方法;结合平均海平面的长期变化过程,推算海平面上升下的极值水位。基于全球10个验潮站历史水位观测资料,验证历史平均海平面长期变化与高、低水位耿贝尔分布位置参数变化的一致性以及构建方法的合理性。结合政府间气候变化专门委员会对海平面上升的预测,推算和对比分析不同海平面上升情景下的极值水位,并评估相应极值水位在当前极值分布中的重现期。     

中国沿海海洋气候关键指标变化（英文）

基于中国沿海海洋站监测数据,详细探讨了能够表征气候变化的中国沿海海洋气候关键指标-海表温度、海平面和海冰。监测结果表明:(1)中国沿海海表温度持续升高。1980-2019年,中国沿海海表温度上升速率为0.25°C/10年,2011年之后升温趋势尤为显著,2015-2019年连续五年处于高位。2019年,中国沿海平均海表温度较常年(本文取1981-2010年为气候基准期)偏高1.1°C,为1980年以来最暖年份。此外,本文基于四个长期海洋站探讨了1960-2019年极端海表温度变化特征。(2)中国沿海海平面加速上升,且区域差异明显。中国沿海海平面上升速率为2.4毫米/年(1960-2019年)、 3.4毫米/年(1980-2019年)和3.9毫米/年(1993-2018年),其中渤莱湾、长江口、珠江口和海南沿海海平面上升较快。中国沿海极值水位总体呈明显上升趋势,且区域特征明显。1980-2019年,中国沿海年极值高水位上升速率为4.4毫米/年,其中山东烟台沿海上升速率最大,为9.9毫米/年。(3)渤海海冰冰期和冰量均呈明显下降趋势。1963-2018年,渤海沿海年度海冰冰期和冰量下降速率分别为0.7～1.3天/年和4.5～5.9成/年,其中冰量下降速率北部大于南部。2019年渤海冰情较常年偏轻。     

舟山海域风暴潮增水数值分析——以台风“灿鸿”为例

基于FVCOM(Finite Volume Coast and Ocean Model)模式,建立了舟山海域台风风暴潮增水数值模型。通过对1509号台风"灿鸿"进行风暴潮过程模拟,验证了模型可用于舟山海域的台风风暴潮增水的模拟和分析;以1509号台风为基础,构造了9条不同路径台风分别进行风暴潮增水模拟,得到了对舟山岱山县沿海最有利增水的台风路径;在最佳路径的基础上,叠加五种不同强度的台风场,分析不同强度台风作用引起的增水情况;应用此模型探讨了未来情景下平面上升30cm和上升66cm后的水位极值分布情况以及其相对于原始海平面的变化情况。     

长江口及邻近海域浮游植物生态系统气候变化综合风险评估

近几十年来,在气候变化和人类活动的影响下,我国近岸河口海域尤其是长江口及邻近海域生态灾害频繁发生,严重影响了海洋生态系统的健康及其服务功能。本研究基于政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC）气候变化风险理论框架,构建了河口浮游植物生态系统的气候变化综合风险评估指标体系,并利用IPCC 第五次耦合模式比较计划（CMIP5）地球系统模式数据,分别计算分析了在温室气体低（RCP 2.6）、中等（RCP 4.5）和高（RCP 8.5）浓度排放情景下未来不同时期（2030—2039、2050—2059、2090—2099年）长江口及邻近海域浮游植物生态的致灾因子危害性、承灾体暴露度和脆弱性及其综合风险。结果表明： RCP 2.6、4.5和8.5情景下,到21世纪中期,致灾因子危害性均有明显上升,其中RCP 4.5和8.5情景下,到21世纪末,还将大幅度增加,且以RCP 8.5情景最为显著,而RCP 2.6情景下则相反,有所下降;RCP 2.6情景下,高暴露度区域主要位于长江口附近,不同年代的变化差异较小;RCP 4.5和8.5情景下高暴露度区域明显大于RCP 2.6情景,尤其是后者到21世纪末期扩大至长江口邻近海域;脆弱性总体呈现近岸高远岸低的分布特征,且变化均较小;RCP 2.6、4.5和8.5情景下,综合风险均呈现近岸高远岸低,且有增加的趋势,但以RCP 8.5情景最为明显,并在21世纪末达到最大。     

基于动态极值理论和Copula函数的极端海平面高度预测建模

全球气候变化背景下,海平面上升是一个潜在的重大风险,为防范气候灾害,应对极端气象海洋事件,需客观、定量地对未来极端海平面变化进行科学预测。为此,基于Copula函数和动态极值分析理论,综合考虑平均海平面变化(包括垂直陆地运动和基准的局地变化)与潮、涌、浪等其他气候变化的增水对极端海平面高度的影响,采用DREAM方法改进Bayes推断对动态极值模型的参数空间估计问题,提出一种新的模型对未来极端海平面高度变化进行预测,旨在改进传统模型存在的不确定性问题,并运用该模型对气候变化背景下厦门地区未来35年的海平面变化情景进行了模型应用和实验模拟。     

华南海平面变化及其对水位极值估计的影响

应用奇异谱(SSA)分析方法,预测了华南海平面的变化.应用海门站31a的最高潮水位资料,求作了P-Ⅲ型和Gumbel型极值水位频率曲线,比较分析了海平面上升对极值水位推算的影响,表明由于海平面上升,导致多年一遇高水位增高.     

基于SLAMM模型的海平面上升对广西沿海红树林影响研究

本文基于SLAMM模型分析了不同情景下海平面上升对广西沿海红树林分布面积的影响及其空间差异,通过对比实验定量分析了潮差和沉积速率的作用。结果显示,与基准年2007年相比,2100年广西红树林面积在当前海平面上升速率、典型浓度路径RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下分别减少0.57%、4.99%、7.99%和17.39%,珍珠港、茅尾海、丹兜海和英罗港受影响程度较大。当地潮差与红树林面积减少率呈负相关关系。需维持红树林生长区域的沉积速率以应对未来的海平面加速上升。     

海岛核电厂址的设计基准洪水位研究

随着滨海核电厂址的开发利用日趋饱和,选取海岛作为核电厂址成为一种新思路。针对海岛厂址易受台风灾害影响的问题,本文通过对天文高潮位、海平面上升、可能最大风暴潮增水和最大台风浪四个增水因子的研究来确定厂址的设计基准洪水位。结果表明:该区域10%超越概率的天文高潮位为3.14 m,未来80 a海平面上升幅度为0.31 m。基于MIKE21数值模型,以可能最大热带气旋参数为基础构建了多种假想台风路径,发现:当台风移动方向为NW向,距离厂址中心左侧0.5R(R为台风最大风速半径)时,风暴潮增水达到最大,增水最大值为2.99 m;当台风移动方向为W向,且距离厂址左侧R处时,台风浪波高达到最大,厂址前沿H_1/100波高最大值达到了8.02 m;岛屿东侧遭受的风暴潮和波浪威胁较其他方向更为严重。各水位影响因子组合叠加后海岛核电厂址设计基准洪水位可达11.25 m。相对于其他滨海厂址,海岛厂址的风暴潮增水相对偏小,但受波浪的影响更为显著。     

Disaster prevention design criteria for the estuarine cities: New Orleans and Shanghai

1Introduction IntheendofAugust2005,HurricaneKatrina assaultedAtlanticcoastandcoastofGulfofMexico coastswithamaximumwindspeedof175m/h,a bout1200peoplewerekilledinthecatastrophic storm,NewOrleanswasseriouslydamagedbythe turbulenthurricanewindandtheassociate…     

Disaster prevention design criteria for the estuarine cities: New Orleans and Shanghai The lesson from Hurricane Katrina

The accurate prediction of the typhoon （hurricane） induced extreme sea environments is very important for the coastal structure design in areas influenced by typhoon （hurricane）. In 2005 Hurricane Katrina brought a severe catastrophe in New Orleans by combined effects of hurricane induced extreme sea environments and upper flood of the Mississippi River. Like the New Orleans City, Shanghai is located at the estuarine area of the Changjiang River and the combined effect of typhoon induced extreme sea en- vironments, flood peak runoff from the Changjiang River coupled with the spring tide is the dominate factor for disaster prevention design criteria. The Poisson-nested logistic trivariate compound extreme value distribution （PNLTCEYD） is a new type of joint probability model which is proposed by compounding a discrete distribution （typhoon occurring frequency） into a continuous multivariate joint distribution （ typhoon induced extreme events）. The new model gives more reasonable predicted results for New Orleans and Shanghai disaster prevention design criteria.     

2016年中国沿海海平面上升显著成因分析及影响

使用中国沿海及西北太平洋区域的水位、海温、气温、气压和风等水文气象资料，详细分析了2016年中国沿海海平面显著升高的成因及影响。分析结果表明:（1）2012-2016年，中国沿海海平面处于准2 a、4 a、准9 a和准19 a周期振荡的高位，几个周期振荡高位叠加，对该时段海平面上升起了一定的作用；（2）2016年，中国沿海气温和海温较1993-2011年的平均值分别高0.7℃与0.5℃，均处于1980年以来高位；气压较1993-2011年的平均值低0.2 hPa；（3）2016年4月、9月、10月和11月，中国沿海海平面均达到1980年以来同期高位，这4个月的风场距平值在东海以南均明显偏大，且以偏南向和向岸风为主，风生流使得海水向岸堆积，沿海长时间以增水为主，对当月局部海平面上升的贡献率达到40%~80%；（4）2016年，中国沿海降水总体偏多，局部区域降水量达到历史同期最高，加上沿海径流量的增加，对沿海局部海平面升高有一定贡献；（5）2016年9-10月，有5个台风相继影响我国南部沿海，持续的风暴潮增水导致台风影响期间的海平面高于当月平均海平面70~360 mm，风暴潮和洪涝灾害给当地造成直接经济损失超过30亿元。     

Visualising the spatial extent of predicted coastal zone inundation due to sea level rise in south-west Western Australia

Visualising coastal zone inundation is crucial for both a quick assessment of coastal vulnerability and a full understanding of possible implications to population, infrastructure and environment. This study presents a simple but effective method of assessing the spatial extent of coastal zone inundation due to predicted sea level rise using commonly available elevation and image data as well as GIS software. The method is based on the geometrical principle of matching the raised sea level with the corresponding elevation contour line on land. Results for a test area along the south-west coast of Western Australia (∼200 km of coast line) show that a sea level rise of less than 0.5 m over the 21st century will have only minor impact but will become important when added to an extreme sea level event (e.g. storm surge). Both century-scale (∼0.5 m) based on tide gauge records and larger (>few metres) longer-term sea level rise predictions based on the melt of ice covered areas show essentially the same areas that are most vulnerable. Furthermore, the effectiveness of the method is demonstrated by the detection of areas that can be protected by relatively small flood protective structures at river and estuary entrances, thus providing valuable information for policy makers and local councils.     

基于浪潮组合的台风暴潮强度等级划分

为准确定位风暴的强弱及灾害的大小,文中提出了泊松-二维对数正态分布,并将其用于海岸地区台风暴潮致灾强度的长期预测。选取青岛地区建国以来所出现的主要台风暴潮作为观测资料,以水位和显著波高系列组成样本,进行了台风暴潮重现期的统计推算。提出了判别台风暴潮致灾强度的新标准。实例显示,新标准概念清楚,简单易行,适用于青岛地区台风暴潮的强度确定。基于新模式的风暴潮强度随机分析方法对我国其它海岸地区的防潮减灾具有参考意义。     

风暴潮模拟中潮位对风拖曳力系数的影响研究

近年来,应用数值模型模拟台风引起的风暴潮运动越来越普遍,模型中对于风拖曳力系数的确定,一般都从相对风速出发,可引用的公式也较多,但这些公式很少考虑潮位变化对此系数的影响.在强潮河口、海岸海域,潮位变幅大,最高潮位甚至可达风速参考高度(10m)的近一半,如长江口和杭州湾.在数值模拟中不考虑风暴潮和天文潮共同引起的潮位变化,会造成风应力高潮时被低估、低潮时被高估的现象,从而影响风暴潮模拟的精度.为此本文对现有的风拖曳力系数加以改进,提出了考虑潮位影响的风拖曳力系数表达式,并应用于长江口、杭州湾9711号台风风暴潮的模拟中,增水模拟结果得到了明显改善,可进一步推广应用于强潮河口、海岸的风暴潮增水模拟中.