海陵湾台风浪场的数值模拟

选取2004~2014年登陆和影响海陵湾附近海域四种典型路径的代表台风作为研究对象,运用SWAN41.01版本,通过大区粗网格、小区细网格两重嵌套的方法对台风影响过程所产生的台风浪进行较高分辨率的模拟研究,结合海陵湾不同位置的地形特征及台风中心与海陵湾的相对位置分析台风浪分布特征.分别利用附近海域大万山、闸坡和硇洲海洋站海浪观测值与模拟结果进行检验.模拟结果表明:模式计算结果与实测结果吻合性较好.台风中心位于海陵湾邻近海域的不同位置,台风强度及生命历程的不同,所引起的台风浪有效波高极值及持续时间都有着较大的差异,而不同的路径的台风引起的台风浪场分布也呈现出明显不同的特征.本研究可以为整个海陵湾邻近海域台风浪分布特征的了解与认识提供较好的参考.     

台湾岛邻近海域台风浪的模拟研究

基于目前国际上较为先进的第三代近岸海浪数值模式SWAN（Simulation Waves Near-shore)。在充分考虑相关物理过程（风生浪，底摩擦，白帽耗散，深度诱导波破碎，非线性波－波相互作用）基础上，以较高的分辨率对影响台湾岛邻近海域的9015号台风浪过程进行了模拟研究。模式所需风场由藤田台风风场模型同化相应台风资料后提供；用自嵌套方式提供模式波谱边界条件。模拟结果与实际台风浪资料相符较好。台风过程模拟结果表明；台风中心位于台湾岛邻近海域的不同位置，台风浪有效波高的分布特征和传播方向都有着较大的差异。可以为整个台湾岛邻近海域台风浪分布特征的了解与认识提供较好的参考。     

台风“达维”影响期间江苏海域台风浪研究

2012年 10号台风“达维”是历史上登陆长江以北的最强台风。以 NCEP 风场和 J el es ni ans ki经验模型构造台风风 场,利用波浪谱模型 SW AN 对“达维”影响期间江苏海域台风浪进行数值模拟,模拟结果和实测结果吻合较好。在利用实 测风、波浪资料验证的基础上分析江苏海域台风浪的时空分布特征。“达维”影响期间,测风塔 100 m 高度实测最大风速为 42. 2 m/ s ,实测最大波高为 6. 17 m。数值模式结果显示江苏外海有效波高最大值超过 9 m,台风移向的中心右侧风速和有效 波高均较大,波向基本与风向一致;在台风移向的中心左侧一般风速较小,风速和有效波高也均比右侧小,波向与风向不一 致。在近岸台风浪要素受地形影响较大,与外海特点不同。     

长江口附近海域台风浪的数值模拟--以鹿沙台风和森拉克台风为例

利用SWAN波浪模型计算长江口附近海域的台风浪,鉴于长江河口岸界和地形复杂,拟采用曲线网格.为证实曲线网格下的SWAN模型对于复杂地形的有效性,首先选用美国特拉华大学波浪水池实验资料对SWAN模型进行检验,结果表明利用曲线网格能不过多增加计算量而提高关键区域的计算精度.以0215号鹿沙台风和0216号森拉克台风为例,将SWAN模型应用到长江口附近海域,进行台风浪的数值模拟.通过浮标测站实测资料验证,表明有效波高计算值与实测值符合良好.通过综合分析模型计算的波浪场,说明SWAN模型能合理地反映长江口附近海域台风浪的分布.     

基于SWAN模型的南中国海“莫拉菲”台风浪研究

我国的水运工程建设频繁受到台风浪的侵袭。为了对台风浪的防灾减灾提供有益帮助,本文基于第三代海浪模式SWAN建立了南中国海台风浪数值模型,并以“0906”号台风“莫拉菲”为例对模拟结果进行了分析。结果表明,台风风场与波浪场相似,即大小均由中心向外围递减,方向均为逆时针旋转;台风风场呈圆对称分布,而波浪场由于受到海底地形与岸线影响,呈现椭圆对称分布。有效波高等值线亦从中心向外围递减,且形状受地形与岸线影响较大。对台风浪组成机制的探讨结果显示风浪和涌浪均可组成台风浪,且海底地形与岸线(例如岛屿效应)亦对台风浪特性有所影响。     

中国浙江和福建海域台风浪变化特征和趋势

基于非结构网格的海浪-海流耦合模式SWAN+ADCIRC(Simulating Waves Nearshore+Advanced Circulation model),模拟了1997—2016年共20年间所有影响浙江和福建海域台风过程期间的海浪过程。利用4个台风过程期间的海浪观测数据对模拟结果进行了验证,模拟结果和实测结果吻合较好。基于该长时间序列台风浪模拟结果,分别分析了浙江和福建海岸带台风浪有效波高极值以及台风浪有效波高大于1m和1.5m的持续时间。结果显示,在福建北部海岸带台风浪有效波高极值和台风浪有效波高大于1m的持续时间(tHs1)有显著增长的趋势。其中,台风浪高极值的增长趋势最大可达0.05m/a,tHs1的增长趋势位于0.54至1.72h/a之间。分析tHs1与ENSO指数的关系发现,福建省南部海域台风浪与ENSO指数有较显著的负相关,浙江省北部海域台风浪与ENSO指数有较显著的正相关,ENSO信号对这两个海域的台风浪有着较显著的影响。     

利用SWAN波浪模式研究北部湾海域台风浪场的波浪方向谱特征

以高精度再分析风场为驱动，利用SWAN模式模拟了台风“达维”Damrey（2005）经过北部湾海域时的波浪场。通过与实测的风和波浪实测对比发现，波浪后报结果与实测结果符合较好。文章给出了台风浪期间波高、周期、波长和波向等要素的分布特征，讨论了以台风眼为中心不同海域的波浪方向谱特征。本文最后分析了台风期间实测波浪能谱的变化特征。     

台风浪数值模拟方法比较——以1513号台风“苏迪罗”为例

为减少复杂地形对台风浪数值模拟的干扰,有效优化模拟精度和效果,充分发挥台风浪数值模式在防灾减灾中的作用,文章利用ERA-interim风场驱动模式,以1513号台风"苏迪罗"为例,采用2种方案对其形成的台风浪进行数值模拟,并对二者进行比较。其中,方案(1)为采用WW3模式,方案(2)为采用WW3模式和SWAN模式嵌套。研究结果表明:选取有效波高的模拟值和观测值,根据对散点分布的定性分析以及对相关系数、偏差和均方根误差的定量计算,采用方案(2)的模拟精度更高;通过绘制台风浪场分布图,采用方案(2)对有效波高的动态数值模拟更加明显和准确,尤其对于复杂地形海域的模拟效果更优。因此,在未来的海浪数值模拟中,可参照采用方案(2),即在大区域采用WW3模式,在复杂地形海域嵌套SWAN模式。     

西北太平洋三台风影响下海浪的数值模拟研究

采用NCEP-FNL(Final Operational Global Analysis)再分析风场资料及WW3(WAVEWATCH Ⅲ)海浪模式对2015年连续发生的1509号台风"灿鸿"、1510号台风"莲花"和1511号台风"浪卡"进行数值模拟。通过与卫星高度计资料和浮标观测资料对比,验证了模拟结果的有效性,并分析台风浪的特征。结果表明:采用再分析风场资料驱动WW3海浪模式,较好地模拟了3个台风影响下西北太平洋海浪场的分布和演变特征;模拟波高与遥感的轨道波高资料相关性超过0.7,平均相对误差小于0.23,风速误差是造成模拟误差的主要原因;台风浪的大小不仅取决于台风强度,还受海域的影响。近海海域由于海岸与岛屿的阻碍,波浪能量频散受到抑制,易产生局地巨浪;而深海大洋开阔海域,易于台风浪能量传播。本文相关结论为台风浪的定量预报及防灾减灾提供有益参考。     

舟山海域潮汐特征及调和分析精度研究

浙江舟山海域岛屿多、地形复杂,潮波受影响因素多。本文基于舟山海域多年实测潮汐资料,采用最小二乘法进行潮汐调和分析发现,舟山海域M2分潮在潮位中占主导地位,近岸振幅大、离岸振幅小,自舟山海域西南侧东门岛至东北方向中块岛,振幅逐渐减小;舟山海域调和分析精度离岸距离越远精度越高,自西南海域至东北海域调和分析精度逐渐增大;各月...     

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。     

浙江东矶列岛海域实测波要素及典型台风浪特征分析

利用东矶列岛海域一年实测波浪资料,统计分析波要素特征,以台风“利奇马”为例,分析台风浪演变过程。结果表明：研究海域年平均有效波高0.88 m,年平均周期4.3 s,年最大波高8.67 m出现在夏季台风“利奇马”影响时。研究海域以轻浪为主,其次是小浪和中浪;常浪向为ESE,次常浪向为E和SE;强浪向为SSE,次强浪向为SE。波浪平均持续时间和波高之间符合指数衰减关系。台风“利奇马”影响期间,最大谱峰56.20 m²/Hz,台风浪谱型以双峰谱为主,台风浪类型经历了涌浪—混合浪—风浪—混合浪—涌浪这一演变过程。     

舟山东港新城溃堤洪水演进数值模拟

台风会引起风暴增水和强浪。围填海工程建于软土地基上,海堤易产生不规则沉降,在台风引起的强浪作用下有可能发生溃堤,海水在高水位下大量涌入围区,引发灾难。针对溃坝的急变流特性,基于Delft3D Open Source,采用一种基于经典交错网格的改进型数值方法(其水流扩展流动数值近似算法符合动量守恒,而水流收缩流动数值近似则满足伯努利方程),建立了舟山东港新城溃堤洪水演进模型,并计算了最大可能风暴增水条件下溃堤洪水在东港新城的演进过程。结果表明,围区内的地形形势对洪水的演进及最终分布起了决定性作用,当溃口出现在不同位置时,影响范围和程度不一样。东港南部由于地势较低,且没有大型的吸纳洪水的人工湖,当附近出现50 m宽的溃口时,近乎整个南部区域都会受到海水的影响;而北部由于地势相对较高,影响有限。     

浪潮耦合的舟山渔港台风暴潮数值模拟

建立能精确模拟舟山渔港台风暴潮过程的浪潮耦合模型,对渔港防灾减灾具有重要意义。基于Delft3D中的FLOW和WAVE模块,在二重嵌套网格下建立风暴潮和波浪的耦合模型。以9711号台风Winnie为背景,验证耦合模型的可靠性,结果显示,风速、天文潮潮位、风暴潮潮位和有效波高的计算值与实测值吻合良好。利用风暴潮模型与耦合模型分别计算了舟山海域的风暴潮,分析了波浪对风暴潮潮位的抬升影响,定海和镇海站最大波浪增水分别为23 cm和34 cm,耦合模型的模拟精度要高于风暴潮模型。通过模拟9711号台风期间舟山渔港的风暴潮过程,分析了风暴潮的时空分布特征,并给出了浪潮耦合作用对于风暴潮时空分布的影响。     

舟山群岛外海域鱼类数量分布与环境因子的关系

根据2018年4月（春季）和10月（秋季）在舟山群岛外海域进行的渔业资源调查资料，分析了鱼类的种类组成、数量分布和优势种，并用典范对应分析方法分析了其与水文环境之间的关系。结果表明，舟山群岛外海域鱼类有106种，隶属于12目47科80属，春、秋季鱼类质量密度分别为210.50 kg/km2和829.06 kg/km2，尾数密度分别为8.08×103 ind/km2和165.94×103 ind/km2。春季鱼类资源密度在调查海域的西北部较高，东部较低，而秋季鱼类资源密度在东部海域较高，西北部海域较低。两个季节的鱼类优势种更替明显，春季优势种为黄鮟鱇（Lophius litulon）、日本红娘鱼（Lepidotrigla japonica）、细条天竺鲷（Apogon lineatus），秋季为细条天竺鲷、日本发光鲷（Acropom japonicum）。鱼类种数呈现显著的季节和空间变化，但是都以西部以及西北部靠近近岸岛屿的海域种类数较高，大部分鱼类栖息在50～80 m水深海域。典范对应分析结果表明，表层温度、底层温度、表层盐度是影响调查海域鱼类种类组成和数量分布的主要环境因子。     

条件变化对海口湾风暴增水的影响分析——以海鸥台风为例

以海口湾为例,通过建立天文潮与风暴潮耦合数值模型,以典型强台风海鸥为基础,对未来台风增强、海平面上升和填海工程对海口湾风暴潮的影响分别进行了诊断分析,并计算了三者的共同作用在未来100年对风暴增水最大值的变化幅度。结果表明:1)台风强度增强大幅度增加海口湾沿岸风暴增水最大值,台风强度增强10%时,海口湾沿岸控制点风暴增水最大值增加12%~18%;2)海口湾地区在海平面上升的影响下风暴增水最大值反而减小,仅有部分岸段风暴增水值最大增加,不同海域风暴增水变化对海平面上升的响应不同;3)不合理的人工岛建设方案会显著增加对岸风暴最大增水值;4)在台风增强、海平面上升和不合理的海湾填海共同影响下,未来100年风暴增水最大值将增加12%~28%。显然这样的风暴增水变化会引起严重的灾害和后果,本研究可为海口湾防灾减灾工作提供依据。     

舟山渔港风暴潮模拟分析

渔港风暴潮研究对防灾减灾具有重要意义。本文构建了舟山海域嵌套网格的风暴潮模型，经天文潮与风暴潮实测资料验证效果良好。设计5个方向共14条台风路径，计算了2017年8月8?12日大潮期12～17级台风下舟山渔港的风暴潮位。结果表明，由于向岸风作用南侧SE向比北侧E向登陆台风所造成的最高风暴潮位高35.7%，差值可达82 cm；对于两端通海的舟山渔港，南侧0.5R处登陆的SE向台风，风向与东口门朝向一致而跟渔港走向斜交，有利于水体进入并滞留，此时风暴潮位最高。南侧12级台风下ESE、SE、SSE发生漫堤，而北侧登陆台风无漫堤风险，沉降等原因造成海堤防台能力两头低于中段；数值试验显示，若在小干岛东侧设置丁坝，可将17级台风作用下的漫堤概率由26.23%减为10.66%。     

海平面上升、强台风和风暴潮对厦门海域极值水位的影响及危险性预估

气候变化背景下海平面上升、强台风和风暴潮对我国东南沿海地区的洪涝灾害影响日益严重,为应对气候变化的影响,本文以位于我国东南沿海的厦门地区为例,应用多种海洋大气观测资料和数理统计及模拟方法,分析了历史上9914号和1614号两次台风对厦门海域极端海面高度(极值水位)的影响,预估了未来海平面上升情景下厦门海域极值水位的变化及其危险性。结果表明:(1) 9914号台风期间,天文大潮、风暴增水和强降水的同时出现造成了厦门沿海地区超警戒极值水位(732 cm)的出现;(2) 风(向岸强风)、雨(强降水)、浪(巨浪)、潮(高潮位)、流(急流)等多致灾因子的共同作用是厦门沿海地区发生严重灾情的重要原因;(3) 在温室气体中等和高排放(RCP4.5和RCP8.5)情景下,到2050年(2100年),当前百年一遇的极值水位将分别变为30年(2年)一遇(RCP4.5)和25年(低于1年)一遇(RCP8.5)的频繁极端事件。这表明未来厦门沿海极值水位的危险性将显著上升,应采取充分的适应措施降低洪涝灾害风险。     

海南岛近岸养殖区台风浪预报技术研究

随着海南深水网箱养殖规模的不断扩大,海浪精细化预报的需求越来越紧迫。以海南岛周边海域为目标区域,基于近岸海洋模式ADCIRC(Advancedcirculationmodel)和海浪模式SWAN(Simulating WavesNearshore),建立了海南岛近岸养殖区台风浪数值预报系统。该系统采用非结构高分辨率网格,近岸分辨率达到了100m。选取2014年第9号超强台风"威马逊"(RAMMASUN)进行针对海南岛近岸养殖区的台风浪数值模拟后报。模拟结果与实测数据较为吻合。采用全球预报系统GFS(Global Forecast System)风场和气压场数据作为驱动场对2018年7月的一次热带风暴过程进行预报,48小时、24小时预报的有效波高和实测结果比较平均相对误差分别为20.75%和17.0%。总体来说,该模型的预报精度可以满足近岸养殖区台风浪预报业务的需求。     

围垦对舟山群岛海域潮流结构及潮能分布影响研究

舟山群岛海域潮能丰富,近年来大面积的围垦工程影响了邻近海域的潮流结构与潮能分布特征。基于FVCOM(finite volume coastal ocean model)三维水动力数值模型,选取1984年、2010年、2019年三个代表年份,探讨围垦工程影响下舟山群岛海域潮流结构与潮能分布的时空变化状况。结果显示:1984年至2010年间围垦面积相对不大,且较为分散,主要改变外海进入杭州湾各通道的潮能分配,对能量耗散的影响较小。2010年至2019年间的围垦工程缩窄了潮汐通道,流速增大使得螺头水道及邻近水道的潮能增加,近底流速增大与较强湍流涡旋的产生,使得围垦工程周边海域能量耗散更为集中。