应用波浪数值模式对北印度洋海浪场进行计算和统计分析

以11年QSCAT/NCEP混合风场数据为输入,采用WAVEWATCH-Ⅲ波浪模式,对北印度洋海域1999-2009年的海浪场进行了数值计算。与Janson-1高度计波浪资料进行对比验证后发现,波浪计算结果较好。将计算结果进行统计分析,得出北印度洋风浪有如下特点:(1)冬季盛行东北向浪,夏季盛行西南向浪;(2)北印度洋中部波高较大,北部和南部较小。夏季波高全年最大,较冬季强盛得多;冬季次之,春季最小。     

基于WAVEWATCH-Ⅲ模式的近22年中国海波浪能资源评估

以CCMP风场驱动第三代海浪数值模式WAVEWATCH-Ⅲ,得到中国海1988年1月～2009年12月较高分辨率的海浪场,计算了中国海的波浪能流密度,综合考虑能流密度的大小、能级频率、能流密度的稳定性等各方面对波浪能资源进行研究,寻找波浪能资源的相对优势区域,为波浪能资源的开发与利用(如海浪发电的选址)提供科学依据。     

南海上层流场对Frankic(9606)强热带风暴响应的数值计算

本文用一个三维、自由表面、斜压海洋模式计算了南海上层流场对Frankic(9606)强热带风暴的响应。结果表明：南海表层流场对Frankic的响应时间在1d之内，其流场结构与气旋型风场的对应十分吻合；表层以下流场对Frankic的响应时间随深度的增加而加大：Frankic经过的海域，海面起伏有不同程度的抬高。     

热带气旋对南海表层流和波浪的能量输入

利用日本气象厅"best track data"热带气旋数据、QuikSCAT(Quick Scatterometer)卫星风场数据和SCUD(Surface Currents from a Diagnostic model)表层流场数据,估算了热带气旋对南海表层流和波浪的能量输入。结果显示,由于热带气旋基本都位于南海中北部,热带气旋对表层流和波浪的能量输入也集中在南海中北部;能量输入最大的月份均在8月和11月,而在9月对总能量输入贡献最大。5～12月,热带气旋对南海表层流的能量输入为1.26GW,占风对表层流总能量输入的9.87%;热带气旋对表层波浪的能量输入为11.60GW,占风对表层波浪总能量输入的5.42%。如果只考虑10°N以北区域,则热带气旋对表层流和波浪能量输入的贡献分别达到11.29%和6.87%。     

再分析风场驱动下的南海波浪模拟误差

本文采用国际上广泛应用的3种再分析风场驱动WAVEWATCH III模型得到了南海波浪后报数据,并基于全球卫星高度计波高数据和我国沿海浮标实测数据对不同的风场计算结果进行了对比分析,分析表明3种风场的误差特征相差明显,其中ERA-40风场偏小,CFSR风场非常适合模拟常见天气的波浪过程,NCDC风场适合模拟大浪过程。论文重点以NCDC风场后报波浪数据分析了波浪模型模拟误差特点,发现在台风频发的的南海北部海域,再分析风场易低估大值波高,而在季风影响明显的南海南部海域,再分析风场易高估波高。浮标周边2°范围海域内的卫星高度计波高模拟误差趋势与浮标波高模拟误差趋势相似,浮标波高数据的统计特征值与"2度法"提取的卫星高度计数据统计特征值具有较高一致性。     

热带气旋风场的一种数值计算模式

利用动力学方程组，并对其中垂直梯度项和垂直扩散项进行了参数化处理，利用每日４次的地面天气图资料和台风年鉴中台风中心位置资料，采用数值计算方法对热带气旋及其环境场进行数值计算模拟。计算结果表明，用本模式得到的热带气旋风场及其周围的环境风场比利用公式法得到的风场更为合理。     

热带气旋风场的一种数值计算模式

利用动力学方程组，并对其中垂直梯度项和垂直扩散项进行了参数化处理。利用每日４次的地面天气图资料和台风年鉴中台风中心位置资料，采用数值计算方法对热带气旋及其环境场进行数值计算模拟。计算结果表明，用本模式得到的热带气旋风场及其周围的环境风场比利用公式法得到的风场更为合理。     

近22年南海波浪能资源模拟研究

利用目前国际先进的第三代海浪模式WAVEWATCH-Ⅲ(WW3),以CCMP(Cross-Calibrated,Multi-Platform)风场为驱动场,对近22年南海的波浪能资源进行模拟研究。综合能流密度大小、能级频率、有效波高(significantwave height,SWH)和能流密度的长期变化趋势以及能流密度的稳定性等各方面,发现我国南海尤其是南海北部海域蕴藏着较为丰富、适宜开发的波浪能资源;并探索性地构建了一套资源评估系统,对南海的波浪能资源进行综合分析,寻找资源的相对优势区域,为海浪发电、海水淡化等波浪能资源开发工作提供科学依据。结果表明:1)南海大部分海域的能流密度在2—16kW m 1,大值区分布于吕宋海峡—中南半岛东南海域一线。2)近22年期间,南海大部分海域的SWH以0.005—0.025m a 1的速度显著性逐年线性递增,大部分海域的波浪能流密度以0.05—0.55kW m 1 a 1的速度显著性逐年线性递增。3)南海大部分海域2W m 1以上能流密度出现频率在60%以上。4)南海大部分海域波浪能流密度各月的变异系数Cv基本都在0.9以内,稳定性较好,大部分海域的月变化指数Mv指数在6以内,季节变化指数Sv指数在4以内。5)南海北部为波浪能资源的相对优势区域。     

WWATCH Ⅲ模式模拟南海冷空气过程海浪场的有效性检验

利用Jason-1卫星高度计观测资料,验证了WWATCH Ⅲ海浪模式在模拟南海冷空气过程海浪场的有效性和准确性.结果发现,以NCEP再分析风场驱动的WWATCH Ⅲ模式能够较好地模拟冷空气影响南海时的海浪变化,模拟结果与Jason-1卫星高度计的观测资料有比较好的一致性.在近海岸地区以及冷空气活动末期,模拟值与观测值的相关系数有所降低,但平均相对误差和均方根误差均在可以接受的范围内.说明WWATCH Ⅲ模式可以作为我国南海地区海浪模拟预测研究的有效工具之一.     

热带气旋-海洋的相互作用对南海一个强热带气旋过程影响的数值模拟

采用中尺度海-气耦合模式MCM v1.0对南海强热带气旋“黄蜂”(No.0214)进行了数值模拟试验,并就热带气旋-海洋的相互作用对热带气旋的影响进行了定量分析。结果表明,耦合试验中热带气旋后期路径有显著改善,36h和48h路径误差分别减小22km和110km,登陆点位置误差减小22km;气旋强度与非耦合结果基本一致,36—48h气旋强度减弱得更快;热带气旋中心大风区地面风速增大1—3m.s-1,眼区附近风速减小2—5m.s-1;近地层(取925hPa)气温降低1℃以上,且气温降温区与较大的SST下降区域大致吻合;改进了热带气旋暴雨的落区及降水强度,且主要落区误差的修正位于热带气旋移动路径的右侧并同主要的SST降温区相关;热带气旋-海洋相互作用通过SST下降减少向上的热通量,潜热通量的减少对SST的下降更敏感。     

WAVEWATCH-Ⅲ海浪模式中岛屿次网格效应的检验与比较

综合利用水深数据和高分辨率海岸线数据,在优化WAVEWATCH-Ⅲ模式计算网格的基础上,发展了波能通量穿透度系数自动计算方法,完善了岛屿次网格地形效应计算方案;并与直接提高网格空间分辨率来分辨多岛屿地形处理方案的计算效果进行对比研究。表明:岛屿次网格效应方案充分体现了海岸和多岛屿地形对海浪传播的影响,且主要是对低频海浪能量的抑制和阻碍作用,对模式计算结果有明显改善;在低分辨计算网格中考虑岛屿次网格效应时,模式对有效波高的计算精度与高分辨率网格的结果精度相当,且计算效率有显著提高。     

热带气旋气压场和风场的后报模式

根据热带气旋影响范围内实测气压与风速资料，求解一组方程得到热带气旋气压场和风场计算的关键性参数。使热带气旋影响范围内实测气压和风速值与模式的计算值有很好的拟合。同时考虑了摩擦效应，构造了一个移动热带气旋气压场与风场的后报模式。     

珠江口附近海域波浪场的数值计算与特征分析

本文以WRF模式输出结果作为风场驱动条件,采用SWAN和WAVEWATCHIII相嵌套的方法,对珠江口附近海域进行20年(1991-2010年)的波浪场数值计算。根据计算结果,分析了珠江口海域波高和周期的空间、时间变化特征。结果显示:珠江入海口及近岸Hs较小,外海Hs较大,大部分海域年均Hs在0.4m以上;珠江口附近海域和近海地区年均Te偏小,在2s^3s之间,外海最大可达5s。珠江海域有效波高(Hs)的季节分布呈现出春夏季较小,秋冬季较大的特点。从概率学角度分别统计20年中前5%和10%的Hs及Te,可知:珠江口近海区域Hs,5%在1~2m,大万山群岛处可达Hs,5%2m;在珠江口附近Hs,10%为1.5m,万山海域Hs,10%在2.5m以上;计算海域Te,5%和Te,10%多在4s以上。     

南海灾害性波浪基本特征研究

本文基于1991-2016年全球卫星高度计融合数据对南海灾害性波浪基本特征进行了分析,根据灾害性波浪诱发天气类型不同,将其分为"台风浪"和"非台风浪"。依此主线,对两类波浪在南海不同海域的特征进行了研究,并提出了用于定量研究两类波浪强度关系的台风浪权重系数（W）,得到了两类波浪在南海相对强弱关系的分布规律,量化研究了南海灾害性波浪的特征。本文以卫星高度计波高数据为样本进行了极值分析,得到了南海重现期波浪要素整体分布规律,研究发现W值大小与广义极值曲线类型显著相关。     

2016年苏北近海风场和波浪场多时间尺度变化的数值模拟研究

利用高分辨率的大气和波浪数值模式,模拟了2016年苏北近海的风场和波浪场,并与卫星高度计资料、散射计风场、再分析资料以及实测浮标资料进行了比较,验证了模式的准确性。基于这套模式结果,系统地分析了江苏近海的风场和波浪场的多时间尺度变化:季节变化、日变化以及季节内变化(台风、寒潮)。分析结果表明:苏北近海海域的风速、有效波高和涌浪在冬季和秋季较大、春季和夏季较小;冬季盛行西北风,常浪向为西北向,夏季盛行东南风,常浪向为东南向。风场和波浪场还具有显著的日变化特征,且日变化存在季节变化规律,离岸越近海域日变化特征越明显。同时,江苏近海还会经历季节内尺度的强天气过程的影响,比如台风和寒潮。     

基于WAVEWATCH-Ⅲ模式的一次冷空气过程海浪场模拟研究

以具有高精度和较高分辨率的CCMP (Cross-Calibrated,Multi-Platform)风场驱动第三代海浪模式WW3(WAVEWATCH-Ⅲ),对2009年1月12日前后的一次冷空气所致的中国海海浪场进行数值模拟,并在国内首次利用来自朝鲜半岛的观测资料对模拟数据的有效性进行检验.研究发现:(1)以CCMP风场驱动WW3海浪模式,可以整体上较好的刻画出此次中国海范围由冷空气造成的海浪场,模拟的有效波高(SWH——Significant Wave Height)精度接近高度计的观测精度,系统上稍大于高度计反演的SWH,模拟的SWH和观测值相比略有滞后的现象,观测数据跳跃较为明显,而模拟数据的走势则更为平缓;(2)此次冷空气过程中,第一岛链以内的海域的海浪场与风场具有较好的一致性,第一岛链以外的大洋中,海浪场与海表风场的对应关系明显不如第一岛链以内,以菲律宾以东的洋面最为显著的.     

叠加风场在南海台风浪数值后报中的应用研究

根据经验风场与NCEP再分析风场的优缺点,采用两者相叠加的方式构造了一种叠加风场,与实测风速资料对比验证显示该风场精度较高。以叠加风场数据为输入,采用WAVEWATCH Ⅲ模式对南海海域有显著影响的8场台风进行计算,结果显示叠加风场计算南海台风浪具有较高的精度和可靠性。     

一种普适性的加权热带气旋风场重构方法

台风浪模拟是海洋和海岸工程中开展重现期波浪推算的关键环节。本文在系统分析历史热带气旋近中心最大风速、大风风圈以及CCMP风场特征的基础上,提出了一种热带气旋影响范围计算方案,改进了加权热带气旋风场重构方法。以该方法重构的热带气旋风场为驱动,采用WAVEWATCH Ⅲ模型模拟了南海28次台风浪过程,并用南海北部88个站次的风、浪观测资料对重构后的风场及模拟浪高进行检验。检验结果显示:风速(台风浪高)的重构值(模拟值)与观测值吻合良好,改进后的加权热带气旋风场重构方法有较强的普适性。     

南海中尺度涡旋对热带气旋的响应：个例研究

利用TOPEX／POsEIDON和Jason—1卫星高度计,SeaWiFS水色传感器和TMI微波成像仪等卫星遥感资料研究了南海中尺度涡旋对热带气旋“玲玲”（Lingling,0123）、“灿都”（Chanthu,0405）和“榴莲”（Durian,0621）的响应,得到以下研究结果：（1）位于热带气旋“玲玲”和“榴莲”移动路径右侧的冷涡在热带气旋经过后增强,表现在海面高度距平和海表温度的较大幅度下降,以及叶绿素a的爆发性升高;（2）位于“玲玲”移动路径左侧以及“灿都”路径上的暖涡在热带气旋经过后减弱,表现在海面高度距平和海表温度的下降,而叶绿素a变化不太明显;（3）当热带气旋“玲玲”和“灿都”经过暖涡时,热带气旋的强度迅速增大,这表明暖涡可能有助于热带气旋的加强．     

南海热带气旋的气候变化及强度预测方法研究

建立南海海域1949～2007年6～10月份热带气旋（以下简称TC）年、月频数和TC中心强度的历史资料统计文件,分析TC的年月变化。结果表明：近50年,TC具有10a左右的周期变化,1964～1974年和1985～1995年为南海两个强台风以上级别频发期,1997～2006年为TC频数少且强度弱的时期。同时TC强度的空间分布分析结果表明,中沙北部海域和东沙西部海域为强台风多发生区,各月TC强度分布特征明显不同,且其加强通道具有南-北-南阶段性变化。另外,通过分别对1949～2007年北半球500hPa高度场及海温场的格点资料和TC强度历史资料的相关计算,选取高相关格点,根据相关权重组成组合因子,构建二次型预测方程,做年月TC强度预测。预测检验结果显示,冬季的高度场和海温场对次年的TC强度预测效果良好。