两种海浪模式对中国黄海海域浪高模拟能力的比较

本文利用第三代海浪数值模式WAVEWATCH和SWAN模式,分别对黄海区域进行了理想模拟计算和实际浪场的模拟计算,结果表明:理想状态下两种模式的模拟结果在大小和空间分布上都不相同,但在大小及其变化趋势士相差不大;在实际模拟中,将两种模式的模拟结果与实际观测值相比,发现SWAN模式模拟结果较WAVEWATCH模式好,只是在高风速的模拟情况下,SWAN模式模拟结果偏大,而WAVEWATCH模式模拟结果偏小.     

东中国海海浪数值模式的研究

为建立适应东中国海的海浪数值模式，主要基于目前广泛使用的WAVEWATCHⅡⅠ海浪数值模式进行东中国海海域的海浪数值模拟。以NCEP和NCEP与QSCAT的混合风场资料为输入，模拟了两个时间段的东中国海海域的海面风浪场。选取的两个有实测资料的输出点分别在渤海和东海。从所得结果来看，使用NCEP与QSCAT混合风场模拟的东海观测点处的波高和风场的观测值和模拟值符合的较好；利用1998年相应时间段的NCEP风场模拟的上述两点结果与实测比较也是可以接受的。研究结果说明，在目前情况下，运用NCEP与QSCAT混合风场建立统一的东中国海海浪数值预报模式是可行的，同时为东中国海波气候学研究及海洋大气耦合作用研究奠定了模式基础。     

年极值波高的分布特点及其频率曲线的选配

对海岸工程或海洋工程结构物必须考虑防御波浪的能力,因为它关系到工程的安全和造价.为了防止最大波浪的破坏,就要给出某一重现期的单个极值波浪.重现期波高的推算,许多学者做过探讨.尽管讨论的方法不同,但一致的观点是选取拟合资料最好的分布函数.     

东中国海HYCOM模式垂向坐标对比研究

基于挪威南森环境遥感中心改进的NERSC-HYCOM 模式, 利用单向嵌套技术与欧洲中心提供的2008 年ERA-I 高分辨率强迫场针对东中国海及其邻近海区进行了不同垂向坐标配置的四个敏感性试验。通过分析东中国海区域的温度、盐度, 流速的分布和变化, 探讨了HYCOM 模式中不同垂向坐标设置对东中国海近岸区域的影响以及黑潮流速及路径对不同坐标设置的响应, 期望对HYCOM 模式更深入的研究提供参考。结果表明: (1)在东中国海区上层并不适于采用等密度坐标方案, 也就是说应该采用z坐标或σ坐标用以表征此处混合层的季节性变化特征; (2)针对东海大陆架区给出了10 个位置上的模式与浮标观测资料的温、盐平均误差(ME)、均方根差(RMS)及相关系数(R)指标, 发现对于不同区域, 每种试验的适用性都不同; (3)使用高频资料时, 模拟的流速普遍偏高, 东海黑潮冬夏路径的异同指出了σ-z-iso 与z-iso 试验模拟效果较好, 但模拟的日本岛南岸的弯曲流场位置偏南; 而z-only 试验模拟的日本岛以南的黑潮路径是有所改观的, z坐标的分辨率对表层的黑潮路径影响很大; σ-only 试验模拟的整个黑潮路径的效果最差。     

东中国海及毗邻海域海面风场季节及年际变化特征分析

本文基于美国Remote Sensing Systems公司提供的QuickScat海面风场产品,空间分辨率为0.25°×0.25°的月平均资料,进行了两种经验正交函数分解(EOF),以此分析研究中国近海(渤海、黄海、东海)以及台湾以东、以南洋面海面风场的季节变化和年际变化特征。研究发现:(1)季节变化是东中国海海表面风速变化的最主要特征,其变化占总变化方差的70.9%,黑潮的季节变化,通过海气交换影响其流经海域局地风场;(2)东中国海及毗邻海域海表面风速变化与太平洋年际变化以及热带风暴爆发有关,东中国海海表面风速年际变化显著的周期为1.5年和3.1年;(3)东中国海海域近年来整体上海表风速处于增大的趋势中,风速增大最大的区域出现在台湾东侧海域黑潮流经区域,最大增速在0.025 m/s/a以上。     

东中国海台风浪分布特征研究

台风引起的大浪对海岸带及海洋工程有很大的影响。进行长时间序列的台风资料分析和台风浪模拟,对海岸带规划及海洋工程防护有一定的指导意义。本文利用西北太平洋热带气旋最佳路径数据集(CMA-STI热带气旋最佳路径数据集)中提供的台风信息,分别统计和分析了1949—2010年和1981—2010年出现在东中国海海域的台风的时间分布特征和空间分布特征,并将2个时间段的分布特征进行比较。利用高桥公式和藤田公式计算了1981—2010年间92次台风过程的气压场分布,进而计算出风场,把经过验证的风场做为驱动,通过SWAN模式计算出有效波高。经过与B22001号浮标实测资料的对比,模型计算风速和有效波高均与实测值符合较好。根据模拟计算结果,分析了东中国海海域台风浪有效波高的分布特征。     

东中国海浪流相互作用对水位和波高影响的数值研究

通过修改风应力和底摩擦应力的计算方式并引入波致辐射应力,以POM(Princeton Ocean Model)和SWAN(Simulating Waves Nearshore)模式为基础构建了浪流相互作用耦合模式,对1994年14号台风过程下的东中国海波流相互作用对水位和波高的影响进行了模拟研究.结果表明:浪流相互作用引起的水位变化主要出现在近岸浅水区.与岸边站点实测水位的对比显示,耦合后的结果相比非耦合结果更接近观测值,特别是在极值水位处.流的存在显著地影响有效波高的计算结果.在黄海海域,流对有效渡高的增减在极值处大于0.2 m.在台湾岛东北海域黑潮流系附近,流对有效波高的增加最大可达1.6 m.上述结果对改善近岸风暴潮和海浪预报具有指导意义.     

基于广义Pareto分布的波高极值序列频率分析

应用广义Pareto分布(GPD)分析超阈值波高序列的设计值。以位于美国北卡罗来纳州的FRF历时32年连续测量的逐日波高序列为例,检验了不同波高阈值样本的泊松分布,采用多种方法综合确定最佳阈值的拟合优度指标。对最优广义Pareto分布和GEV分布及P-Ⅲ分布推算的波高重现水平做了对比分析。得到以下结论:(1)波高的GPD属于短尾型分布;(2)拟合优度指标表明构建的波高GPD模型普遍优于GEV和P-Ⅲ型;(3)GPD的参数估计方法对设计波高的计算结果有较大影响。     

东中国海秋季三维环流诊断计算分析

基于2000年秋季东中国海水文观测资料,应用三维有限元模式FEOM(Finite Element Ocean circulation Model),在温盐保持不变的情况下进行诊断计算100 d,模拟结果再现了环流的主要特征:由于海表面风的影响,秋季东中国海表层的环流以西南向流为主,在10m深以下由于风的影响减弱环流特征比较清晰完整。黄海北部出现一个气旋式涡旋,10m层流速大小为5 cm/s左右;浙闽沿岸流从表层到50～60m深都是存在的,流速基本不变;台湾暖流在10m层流速较大,且向陆架方向入侵明显,但是越向下越不明显,流速也有所减小。诊断计算60d后的后报计算结果显示,松弛尺度为5d可以更好地消除资料的不匹配。因此最终在诊断计算60d后开展了松弛时间为5d的40d的强诊断计算,强诊断模拟结果显示:强诊断计算能更好的模拟东中国海环流结构,相较于诊断计算,表层流速有所减弱,10 m层流速有所加强,各层流向强诊断计算和诊断计算基本一致。     

“海上丝绸之路”的恶劣环境及应对——极值风速和波高

海洋环境不仅决定着工程及人员的安全,也决定着工程建设的效率和经济收益。由此,在海上丝路建设过程中,需要重视海洋环境对经济建设、岛礁建设和战略通道安全的影响,以达到更好更快地建设海上丝路。文章利用ERA-interim阵风资料、ERA-interim海浪再分析资料,采用Gumbel曲线法推算了海上丝路0.25°×0.25°逐网格点上的50年一遇极值风速、极值波高。另外,还计算了某边远海岛的1年一遇、2年一遇、10年一遇……1 000年一遇的极值风速、极值波高。期望可以为海上丝路建设提供参考。     

经略２１世纪海上丝路之海洋环境特征：极值风速和极值波高

极值风速和极值波高是海洋工程、海洋能开发、防灾减灾等极为关注要素。文章基于来自欧洲中期天气预报中心（ＥＣＭＷＦ）的ＥＲＡ－ｉｎｔｅｒｉｍ 海浪再分析资料、ＥＲＡ 阵风资料,计算了“２１世纪海上丝绸之路”涉及海域的年极值风速、极值波高,并首次计算了不同季节的极值。结果表明：①南海的５０年一遇年极值风速大于孟加拉湾,孟加拉湾大于阿拉伯海;极值波高的分布特征与极值风速大体一致。②南海的极值风速在各个季节都大于孟加拉湾,孟加拉湾大于阿拉伯海;南海－ 北印度洋的极值风速在ＪＪＡ 和ＳＯＮ 期间明显大于ＭＡＭ 期间,ＤＪＦ期间最小。③南海各个季节的极值波高都大于北印度洋,阿拉伯海的极值波高在ＭＡＭ和ＪＪＡ 期间明显大于孟加拉湾;南海的极值波高在ＪＪＡ 和ＳＯＮ 期间明显大于ＭＡＭ 和ＤＪＦ期间;北印度洋的极值波高在ＪＪＡ 期间最大,ＭＡＭ 次之,ＤＪＦ最小。     

2001年春季东中国海三维环流的数值模拟

本文基于2001年4月东中国海区域实测水文资料,应用三维有限元模式FEOM(Finite Element Ocean Model)对东中国海三维环流系统进行了数值计算分析。模式水平网格系统采用单节点线性三角形网格,垂向使用z坐标,观测温、盐度场通过客观分析法插值得到初始条件,分别进行了诊断计算和强诊断计算,计算结果表明:(1)改进逆方法可以很好地反演研究区域流函数和流量分布,为数值模拟提供优质可靠的开边界条件。(2)有限元模式在网格自由度方面和对研究区域的完整覆盖方面优势明显,高分辨率的垂向z坐标也可以较好地拟合海底地形,从而得到较高分辨率的三维数值模拟结果。(3)通过诊断计算,模拟再现了东中国海春季环流的多涡结构,分辨出了台湾暖流、黄海沿岸流、黄海暖流等流系。(4)比较诊断与强诊断两个计算结果,它们在定性上较为一致,在定量上有些差别,总体分布强诊断计算结果更为合理。     

1988-2009年中国海及周边海域大浪频率对ElNino的响应

以CCMP风场驱动目前国际先进的第三代海浪模式WAVEWATCH-Ⅲ,对1988-2009年中国海及周边海域的海浪场进行数值模拟,探索近22年期间该海域的大浪频率与El Nino现象的内在联系。结果表明中国海及周边海域的大浪频率与El Nino有着密切的联系:(1)大浪频率与nino3指数的同期、大浪频率滞后1-4个月与nino3指数表现出显著性负相关,尤其是当大浪频率滞后2个月时,与nino3指数的负相关最强;当大浪频率滞后7-10个月时,大范围海域与nino3指数呈显著性正相关,大浪频率滞后8个月时,与nino3指数的正相关达到最强。(2)无论1988-1997年还是1999-2009年,大浪频率滞后8个月的曲线走势与nino3指数的走势表现出非常好的一致性,相关系数高达0.70、0.73。(3)中国海及周边海域的大浪频率与nino3指数具有共同的5.87-6.29个月、11.00-13.54个月的显著性变化周期;同时还具有共同的3.5-4.7年的年际变化周期,以及7年的长周期变化。(4)中国海及周边海域的大浪频率与nino3指数在20世纪末、21世纪初存在共同的突变期,nino3指数的突变略超前于大浪频率的突变。     

浙江近海典型寒潮浪的数值模拟:以2015年3月和2016年1月为例

本文选用第三代海浪模式SWAN(SimulatingWAveNearshore),以CCMP(Cross-CalibratedMultiPlatform)风场作为驱动风场,数值模拟了2015年3月份和2016年1月份影响浙江省的两次典型寒潮,并将模拟结果与实测数据进行了对比,模拟误差均在20%之内,属于可以接受的范围,表明SWAN模型和CCMP风场能够满足此次寒潮浪数值模拟的需要。本文从风场的强度、最值风速、风向、持续时间等方面,对比了两次寒潮期间的寒潮风场;从寒潮浪的强度、最值波高分布、持续时间、涌浪分布区域等方面,对两次典型寒潮期间的寒潮浪时空分布的异同进行了研究。总体而言,2015年3月份寒潮的风场从强度上弱于2016年1月份寒潮, 3月份寒潮风场的主流大风是6～7级风,风向偏正北风;1月份寒潮风场的主流大风是6～8级风,风向偏西北风。2015年3月份的寒潮浪强度上弱于2016年1月份寒潮浪, 3月份寒潮浪波高变化剧烈的区域位于研究区域的东北部, 1月份寒潮浪波高变化剧烈的区域位于研究区域的中部和东部; 3月份寒潮浪的大浪主要是5级浪, 1月份寒潮浪的大浪主要是5、6级浪。当寒潮对研究区域的波浪场影响最为显著时,2015年3月份寒潮期间研究区域的北部多为涌浪,2016年1月份寒潮期间研究区域的南部多为涌浪。     

基于SWAN模式的“灿鸿”台风浪数值模拟

以第三代海浪模式SWAN(simulating wave nearshore,近岸海浪数值模型)为基础,构建了东中国海海域波浪数值模式,并以高时间、空间分辨率的CCMP(cross calibrated multi-platform,多平台交叉校正)风场作为驱动风场进行波浪计算,模拟了1509号"灿鸿"台风的波浪过程。同时,对SWAN模式中的底摩擦参数化方案、波浪破碎参数、风能输入与白冠耗散、波-波非线性相互作用等因素对台风浪模拟的影响进行了分析,并对模式中的各影响因素给出了建议。模拟结果与浮标实测有效浪高数据(舟山朱家尖站、南麂岛站、舟山外海站、温州外海站)两者之间的偏差较小,表明本研究所建立的模式以及选择的参数合理,SWAN和CCMP风场的结合能满足海洋波浪数值模拟的需求。本研究对于台风浪数值预报具有参考意义。