上海沿海海上搜救预测模型系统的研究和应用

利用中尺度气象模式WRF(Weather Research and Forecasting Model)、无结构网格近岸海洋模式FVCOM(Finite-Volume Coastal and Ocean Model)和基于蒙特卡洛随机统计理论的海上搜救目标漂移轨迹模式Leeway,建立了长江口及邻近海域海上搜救物漂移轨迹预测模型系统。漂移轨迹预测以风和表层海流预报为基础,考虑了包括落水位置和时间、风致漂移方向、搜救目标物状态的不确定性以及风场预报误差带来的漂移路径预测误差,经统计获得搜救目标物可能漂移集合范围。对近年来发生在长江口邻近海域的海难事故后报模拟验证结果证明了Leeway模式在长江口邻近海域的适用性,同时表明所建立的搜救模型系统具有较高的精度,操作方便、时效性高,在搜救业务化预报工作中具有广阔的应用前景。     

广东海域模拟人和无动力渔船海上漂移试验研究

为探讨海上搜救目标无动力渔船和落水人员在海水中的漂移规律,对现有海上搜救目标漂移轨迹预测模型进行评估与改进,国家海洋局南海海洋工程勘察中心于2011年2月和4月在广东近岸海域开展了3组模拟人和2组无动力船海上漂移试验。试验发现模拟人与无动力船大部分时刻的漂移轨迹位于下风向的右侧,80%以上的时刻漂移轨迹位于海流流向和下风向的矢量合成区间内。以漂移速度为应变量,流速和风速为自变量进行二元回归分析发现,广东海域的模拟人和无动力渔船的流致漂移参数约为1.0,风致漂移参数分别为0.019和0.038。     

基于观测和模型的风致漂移系数研究

在进行海上搜救目标漂移轨迹预测时,风致漂移系数的取值将影响预测的准确性.使用2011年5月南海部级联合搜救演习期间位于莺歌海海域模拟人和救生筏的现场漂移轨迹资料,结合风场和流场的数值模拟研究,对模拟人和救生筏的风致漂移系数进行了推导及检验.结果表明,模拟人和救生筏的风致漂移系数分别取0.017和0.065较为合适,该结论可为落水人员和救生筏的漂移预测提供参考.另外,首次借助了风场和流场数值模拟结果来推导风致漂移系数,可以有效弥补观测资料的不足.     

浒苔漂移轨迹预报系统

2008年6月下旬,青岛海域出现大量浒苔,并迅速蔓延至近岸,对第29届奥运会帆船赛事构成严重威胁。为给浒苔清理和打捞提供决策支持,国家海洋环境预报中心及时作出应急响应,在短时间内建立了浒苔漂移路径预测系统,向有关部门发布浒苔漂移轨迹预报和海洋环境预报,成功协助前线应急指挥中心完成了浒苔的控制和治理。本文对国家海洋环境预报中心建立的浒苔漂移轨迹预报模型进行了详细描述,并开展了浒苔漂移预报误差分析。     

基于海上试验对海上漂移物运移轨迹影响因素的分析

为了提高现有的海上搜救和绿潮漂移预测模型的预报精度,在2011年7月20日进行了一次落水人员、绿潮和无动力船漂移预测的海上试验。通过分析这三种海上漂移物运移轨迹的实验数据,确立了落水人员、绿潮、以及无动力船在海上漂移轨迹的主要影响因素。实验结果表明,落水人员和绿潮的漂移轨迹比较一致,基本都受限制于海流运动。其中,落水人员相较于绿潮来说受到潮流的作用比较大,风对绿潮的影响相比对落水人员的影响大。无动力船的漂移轨迹与落水人员和绿潮的漂移轨迹略有不同,受潮流往复作用较小。根据海上实验的结果,我们重新确立了搜救模型的中海流和风应力的参数,使得搜救模型的模拟结果更吻合于实验数据。     

海洋溢油污染预测预警技术

本项目对溢油应急体系建设与溢油污染预测预警关键技术进行攻关,为海上溢油应急快速反应、指挥决策和控制处理提供技术支持。自主研发渤海海域溢油漂移轨迹动态快速预报模型和溢油漂移轨迹及归宿模型;     

事故性溢油对湄洲湾环境影响的预测

本文采用已建立的湄洲湾潮流场和水质点拉格朗日运动模型，利用概率预测模式，描述一旦发生事故性溢油，海上表面油膜的漂移和扩展过程，预测最大可能的污染海域范围；并建立海上溢油动力模式，探讨连续排放溢油的漂移和扩展过程，通过Mackay公式算出在油膜覆盖下水体的油含量。     

海上无动力船舶漂移轨迹模型及其在“桑吉”油轮漂移模拟中的应用

无动力或破损的船舶在海上自由漂移对海上的各项生产活动是一个巨大的危险。通过对海上漂浮的船舶进行受力分析,考虑船舶的外形特征及漂浮状态,建立了海上船舶漂移轨迹模型,对船舶海面以上与以下侧向投影面积之比(面积比)、风拖曳系数、流拖曳系数等参数均进行了敏感性分析,并针对2018年1月6日爆燃的"桑吉"油轮漂移轨迹开展了模拟应用。结果表明该模型针对不同类型海上船舶的漂移轨迹有一定合理的模拟能力,船舶面积比是准确模拟漂移轨迹的一个重要参数,同时,该模型对风拖曳系数、流拖曳系数较为敏感。针对"桑吉"油轮的模拟,科氏力的作用不可忽视,考虑科氏力作用后漂移轨迹的模拟效果得到了很好的改善。     

蓬莱19-3 油田事故溢油数值模拟

利用FVCOM(Finite-volume coastal ocean numerical model)数值模型和MM5风场预报模式,在对渤海海域水动力场进行数值模拟的基础上,基于"油粒子"的欧拉-拉格朗日跟踪法和随机走动原理,并考虑风对溢油油膜漂移扩散的直接作用,建立了海洋溢油油膜漂移轨迹和扩散的数值预测模型。利用建立的模型对2011年6月蓬莱19-3油田事故溢油进行了数值模拟,模拟结果与RADARSAT卫星遥感监测数据相吻合。研究结果表明:在渤海中部地区夏季事故溢油模拟预测中,风漂移因子取0.024最为合理,模型可用于渤海蓬莱19-3油田附近事故溢油轨迹和扩散的快速预报,从而为该区域的溢油事故应急响应提供科学依据。     

黄海绿潮应急漂移数值模拟

基于三维全动力POM海洋模式,利用2008～2009年黄海绿潮多源实测和监测数据,考虑奥帆赛场附近海域围油栏和流网等障碍物的阻拦作用,利用拉格朗日粒子追踪方法对绿潮的漂移轨迹进行应急预测,为政府相关部门了解绿潮的漂移轨迹,并采取相应的措施提供有力可靠的依据.通过黄海绿潮漂移轨迹和海流数值模拟结果初步分析,发现两者存在密...     

Assimilation of simulated float data in Lagrangian coordinates

We implement an approach for the accurate assimilation of Lagrangian data into regional general ocean circulation models. The forward model is expressed in Lagrangian coordinates and simulated float data are incorporated into the model via four-dimensional variational data assimilation. We show that forward solutions computed in Lagrangian coordinates are reliable for time periods of up to 100 days with phase speeds of 1 m/s and deformation radius of 35 km. The position and depth of simulated floats are assimilated into the viscous, Lagrangian shallow water equations. The weights for the errors in the model and data are varied and the assimilation results react appropriately. We show the effect of different spatial and temporal samplings of float data on all Lagrangian trajectories in the computational domain. At the end of the assimilation period, results from the Lagrangian shallow water equations could be interpolated and used as initial and boundary conditions in an Eulerian general ocean circulation model.     

2000—2018 年福建近岸海域赤潮分布特征

收集2000—2018 年福建近岸海域224 次赤潮事件资料,通过综合分析结果表明：2000—2018 年福建近岸海域赤潮发现数量和面积分别占全国的17.3%和6.1%。2015—2018 年相对于2000—2004、2005—2009、2010—2014 年赤潮年均发现数量和面积有明显下降。赤潮发现月份和空间特征明显,5—6 月为高发期;宁德、福州、平潭、厦门、泉州海域是赤潮高发区;4 个时间段比较宁德和厦门海域年均发现赤潮数量下降明显,平潭海域略微下降,泉州海域增加。由甲藻门生物引发的赤潮数量、面积和损失均最高,诱发赤潮的生物类群存在南北差异,有毒赤潮占总赤潮数量的14.3%。根据提出的赤潮等级划分标准,福建近岸海域以小型赤潮为主。建议在宁德至平潭近岸海域、泉州近岸海域加强赤潮立体化监测系统的建设,5—6 月为监测的关键时期。     

福建沿海海域波浪能资源分析与评价

采用波浪模拟的方法,较准确计算得出福建沿海海域波浪能资源分布状况,并给出相应的分析和综合评价.主要结论如下:(1)福建沿海海域波浪能平均密度为2.6～7.3 kW/m,波浪能资源储量为2 210.45 MW,在我国沿海海域仅次于台湾和广东,是波浪能开发利用可以优先考虑的海区之一.(2)福建沿海海域波浪能资源储量的70%分布于平潭岛以北海域,其值达1 512.49 MW.其中,尤以北礵地区值最大,为378.80 MW.(3)以年平均波高为指标,福建沿海海域中东山区段为三类区,其他区段均为一类区和二类区,具有良好的开发前景.(4)福建沿海海域波浪能具有波功率密度低、资源分布广泛且不均匀、波功率密度随季节变化、能量具有多向性等分布特点.(5)基于福建波浪能的开发与利用现状,建议应优先着眼于解决边远海岛等特殊场所的用电问题.     

福建省智能网格海洋预报业务系统实现与应用

研发了福建省智能网格海洋预报业务系统,该系统覆盖西北太平洋海域,在福建沿岸海域、台湾海峡及周边海域、远海海域空间分辨率分别达到0.5 km、5 km和10 km,与传统站点预报和大面预报相比,该系统在时空上预报精细化程度更优.福建省智能网格海洋预报业务系统已成为福建省海洋预报台的主要业务系统,至今已业务化稳定运行1a.     

基于高分四号卫星的黄海绿潮漂移速度提取研究

静止轨道卫星高分四号（GF-4）具有高时间分辨率（20 s）和高空间分辨率（50 m）的独特优势。为了挖掘GF-4卫星在海洋灾害监测中的应用潜力,本文基于2016年6月25日1天4景的GF-4卫星影像,利用最大相关系数法（MCC）,开展了黄海绿潮漂移速度提取研究,分析了海面风场、潮汐等对绿潮漂移的影响。研究发现:（1）MCC方法可高精度自动追踪GF-4影像中绿潮的分钟级（8~9 min）位置变化,绿潮漂移速率和方向的相对偏差分别为11%和5%;当2景GF-4影像的成像时间间隔增大至小时级（如6 h）时,随着绿潮斑块形状的改变,MCC方法绿潮自动追踪的准确性下降。（2）绿潮在1天之中的漂移速率和方向可发生显著变化,当日上午9时黄海绿潮漂移速率均值为（0.36±0.13）m/s,方向以东南向为主,至15时,绿潮漂移速率显著增加至（0.69±0.12）m/s,方向变为东北偏北。（3）绿潮漂移速度与海面风速的相关系数为0.74,绿潮漂移方向为风向偏右;绿潮的向岸、离岸运动与相应时刻的涨、落潮具有较好的对应关系。GF-4卫星数据可为绿潮快速漂移的高精度监测提供数据支撑。     

乐清湾的动力沉积过程

主要采用二维潮波、泥沙输运途径的数值模拟，定量地展示了泥沙在乐清湾内的输运途径和沉降过程。模拟结果表明，乐清湾大致以10m等深线为界，其东部的涨潮流主要来自玉环岛与横趾山之间的深槽；水流在一周日内的轨迹为一宽约1km的狭带；此流态有利于泥沙向南的净输运，从面明利于此海域深水航道的维持。10m等深线以西水流轨迹为一较宽的带状结构，有利于泥沙向西、西北的净输运。华歧潮滩附近水流运动轨迹得于泥沙向北、向西的净输运，从而有利于华歧潮滩的发育。本文还定性讨论了楚门潮滩特征的成因,主要是漩门口堵截前丰富的湾外泥沙以及驻波型潮波与漏斗状地形。     

马尔代夫海域水位、海流数值预报研究

基于无结构有限体积法海洋模式(FVCOM),建立了马尔代夫双重嵌套的水位、海流预报模式,并实现了业务化运行。利用三角网格提高重点区域(马尔代夫大桥及岛屿附近海域)的分辨率,最高网格分辨率达到45 m。垂向分层采用σ-s混合坐标的方式划分,分为31层,分别在表层和底层进行加密。采用GFS预报的风场、气压场和热通量结果制作模式表面强迫场文件。在开边界处与HYCOM预报结果进行嵌套,在斜压条件下,采用热启动的方式,业务化模拟了马尔代夫海域2020年的水位流场过程。结果表明,模式能够较好地再现计算海域内天文潮和综合水位的预报,模式预报的水位值与潮位站实测值非常接近。     

Long-term morphological modeling of a tidal inlet: the Arcachon Basin,France

The Arcachon Lagoon on the French Atlantic coast is a triangular shaped lagoon of 20 km on a side connected to the ocean by a 3-km wide inlet between the mainland and an elongated sand spit. This tidal inlet exhibits a particularly active morphology due to locally strong tidal currents and rough wave conditions. During the past 300 years, minimum and maximum spatial extents of the Cap Ferret sand spit have varied by 8 km while one or two channels have alternately allowed circulation between the lagoon and the ocean. These impressive morphological changes have never prevented regular flushing of the lagoon, eventhough the spit came as close as 300 m from the coast during the 18th century. According to Bruun's concept of tidal inlet stability [Theory and Engineering (1978), 510 pp.], the balance between longshore littoral transport and the tidal prism ensures the perpetuity of the inlet.Process modeling was believed to give better insight into the respective roles of tides and waves in driving the long-term morphological changes of the inlet. A two-dimensional horizontal morphodynamic model was therefore developed, combining modules for hydrodynamics, waves, sediment transport and bathymetry updates. The use of process models at a scale of decades requires a schematization of the input conditions. We defined representative mean annual wave and tide conditions with respect to sediment transport, i.e. conditions that induce the same annual transport as measured in the field. Driven by these representative conditions, simulations run from the 1993 bathymetry show that the tide is responsible for the opening of a new channel at the extremity of the sand spit (where tidal currents are the strongest), while waves induce a littoral transport responsible for the longshore drift of sand bodies across the inlet. One particular simulation consisted in running the model from a hypothetical initial topography where the channels are filled with sand and the entire inlet is set to a constant depth (3 m). The results show the reproduction of a channel and bar system comparable to historical observations, which supports the idea that the lagoon is unlikely to be disconnected from the ocean, provided tide and wave conditions remain fairly constant in the following decades.     

江苏如东西太阳沙及烂沙洋海域潮流泥沙数值模拟

基于不规则三角形网格有限差分法并考虑波浪及其破碎作用,建立了平面二维潮流场和泥沙场数学模型.该模型对有望建设成深水码头和深水航道的江苏如东西太阳沙和烂沙洋海域的潮流场和泥沙场进行了细化数值模拟.数值模拟结果表明：（1）本海区潮流基本上是顺深槽流动的往复流,潮流流速大,烂沙洋北水道和西太阳沙附近大潮涨落潮最大流速分别在2 m/s和1 m/s以上;（2）本海区的潮平均水体含沙量在0.5 kg/m^3以下,落潮含沙量大于涨潮含沙量;（3）小浪对水体含沙量影响很小,大浪作用下水体含沙量明显增加.     

胶州湾潮余流和物质输送之间的关系

基于MIKE21的HD模型,通过模拟得到胶州湾的潮流场,胶州湾在涨急时最大流速1.04m/s,落急时最大流速约为0.96m/s。胶州湾余流总体较小,平均为0.03m/s左右。并在湾内不同位置释放自由粒子,以MIKE21的Particle tracking模型计算出其在潮流作用下的运移轨迹,结果表明粒子大多数运移到湾内近岸区域,少部分在湾口区域附近;在潮流场基础上计算了欧拉余流场,并和粒子运移结果进行对比,表明欧拉余流场在区域流向比较一致时可以表示粒子运动的趋势,为物质迁移、控制污染等方面提供了一定的参考借鉴意义。