不同路径台风作用下长江下游沿线风暴增水分布研究

长江口受台风影响严重,台风风暴潮、上游洪峰及天文大潮相遇将致使长江下游至长江口水位暴涨,对沿岸至河口的防汛安全构成严重威胁。基于ADCIRC模型构建东中国海至长江口风暴潮数学模型,模拟9711号台风和0012号台风两场典型台风水位过程。以典型台风为基础构成多种台风路径,分析不同登陆位置和走向对长江沿线风暴增水影响。研究大洪水、不同路径台风、天文大潮共同影响下长江下游沿线风暴增水分布规律。结果表明:登陆位置处于长江口南侧情况下长江河道沿线增水大于正面登陆长江口和北侧登陆型台风;平行于长江河道方向移动的台风造成沿线增水大于斜向穿越长江口的台风,不同台风走向对于风暴增水影响程度小于登陆位置;台风风暴潮、上游洪峰及天文大潮“三碰头”情形下长江沿线增水分布呈单峰型,从大通至江阴不断增大,江阴至中浚维持高位,中浚至口外迅速减小。     

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。     

黄河口区风暴潮及其影响与预防对策的研究

黄河口三角洲位于渤海西南岸,介于渤海湾和菜州湾之间,是我国沿海三大三角洲之一。从其发育史考证,黄河经利津县有效行水时间约千年。自1855年至今,黄河口三角洲平均每年以25k㎡的速度淤积造陆,使其面积增加了2500k㎡以上(书书享,1985；郭永盛,1980)。由陆地等高程图(图1)可知,三角洲等高线大体与海岸平行,但两侧低,中间高,高程1-8m,平行坡降1%-1.5%,是沿海坡度最小的地区。这种地形给洪水内侵创造了有利条件,历史上发生的大量潮灾记载(刘凤树,1984；翟乾祥,1983)充分证明了这一论断。 近几年来,国内不少学者(刘凤树,1984;陈彰容,1983；刘凤岳,1982; Zhang Yanting etc,1982；孙文心等,1979； 北海分局青岛中心站,1978；海洋局预报总台海况组,1978)对渤海风暴潮特性和潮灾作了较深入的研究,进行了数值模拟和统计分析,并获得了一些成果。本文根据从1952-1980年间的历史资料中选择的、对黄河口区影响较显著的90次寒潮和18次台风过程的风暴增水作了概略分析，并对黄河口区沿岸各测站(塘沽堤口、东风港、富国、羊角沟)多年年极值水位作了统计分析,为黄河口三角洲的开发以及港口和防潮堤的建筑提供了安全保证和设计依据。     

海口市风暴潮分布特征与影响因子探析

基于1980—2017年实测潮位等资料,运用统计分析和数值模拟方法研究了海口市风暴潮分布特征与影响因子。结果表明：海口市受风暴潮影响较频繁,年均2.79次,通常发生在7—10月,且风暴潮引发的潮灾概率较大;风暴增水平面分布表现为：东寨港风暴增水强度位居第一,其次是秀英港,第三是海甸岛,南港增水相对较弱。影响因子体现为：地形的权重通常比热带气旋移动路径更大;热带气旋移动速度对海口市风暴增水有明显影响,移动速度为14~19 km/h时,风暴增水往往达到最大。     

Numerical study on effect of tidal phase on storm surge in the South Yellow Sea

Because of the special topography and large tidal range in the South Yellow Sea,the dynamic process of tide and storm surge is very complicated.The shallow water circulation model Advanced Circulation(ADCIRC)was used to simulate the storm surge process during typhoon Winnie,Prapiroon,and Damrey,which represents three types of tracks attacking the South Yellow Sea,which are,moving northward after landing,no landing but active in offshore areas,and landing straightly to the coastline.Numerical experiments were carried out to investigate the effects of tidal phase on the tide-surge interaction as well as storm surge.The results show that the peak surge caused by Winnie and Prapiroon occurs 2-5 h before the high tide and its occurring time relative to high tide has little change with tidal phase variations.On the contrary,under the action of Damrey,the occurring time of the peak surge relative to high tide varies with tidal phase.The variation of tide-surge interaction is about 0.06-0.37 m,and the amplitude variations of interaction are smooth when tidal phase changes for Typhoon Winnie and Prapiroon.While the interaction is about 0.07-0.69 m,and great differences exists among the stations for Typhoon Damrey.It can be concluded that the tide-surge interaction of the former is dominated by the tidal phase modulation,and the time of surge peak is insensitive to the tidal phase variation.While the interaction of the latter is dominated by storm surge modulation due to the water depth varying with tide,the time of surge peak is significantly affected by tidal phase.Therefore,influence of tidal phase on storm surge is related to typhoon tracks which may provide very useful information at the design stage of coastal protection systems.     

“烟花”台风影响下长江口水域波浪分布特征研究

台风往往会带来强风、大浪、风暴潮。强潮大浪给长江口深水航道整治工程的维护带来挑战。构建了覆盖中国海的台风浪—风暴潮耦合数学模型,模拟了台风“烟花”作用下长江口北槽水域波浪的发展过程,分析了长江口北槽水域波浪分布特点和台风强度。研究表明：叠加风场和潮汐模式共同驱动的台风浪―风暴潮耦合模型,可以准确模拟台风期间长江口水域波浪的生成和发展过程;“烟花”台风期间,外海大浪以东方向浪为主,长江口北槽南挡沙堤沿线有效波高最大值介于1.61~5.22 m之间,自东向西逐渐衰减;台风过程中,长江口北槽水域有效波高在台风二次登录时刻达到最大,口门处有5. 0 m以上大浪;依据台风过程中长江口风速及外海波高、周期与参考规范值对比分析得出,“烟花”台风过程波浪强度约为50年一遇。     

天津沿海风暴潮灾害概述及统计分析

经分析研究，表明天津沿海是世界上风暴潮最频发区和最严重的区域之一，风暴潮灾一年四季均有发生，除夏季有台风风暴潮灾害发生外，春、秋、冬季均有灾害性温带风暴潮发生。本文分析了天津沿海风暴潮的统计特征，概要介绍了几次严重的潮灾案例，并计算了不同重现期风暴潮和高潮位，所做工作对改善天津沿海的风暴潮预报和防潮减灾工作有所裨益。     

风暴潮灾与月相

本文以实测资料为依据,统计分析了风暴潮灾、风暴潮、登陆台风、天文高潮等与月相的关系。统计资料表明,登陆台风和台风风暴潮发生在大(小)潮期的次数相对较多,略大于平均数,但它们与月相没有明显的因果关系,它们相对于月相的分布大致上是随机的,如果台风在天文大潮期间登陆,台风引起的暴潮与天文潮叠加后成灾的概率明显增大,但也不一定成灾;成了灾的,往往是风暴潮峰值适逢当日的天文高潮所致。     

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.     

洋山港海域一次冷锋型温带风暴潮特征及各影响因子贡献的对比分析

本文研究了由2020年12月29日至31日强冷锋引起的影响洋山港海域的温带风暴潮过程。通过气象观测数据分析了其天气过程, 并利用FVCOM-SWAVE波浪-风暴潮耦合模式对该过程进行了高分辨率的数值模拟, 同时结合潮位站及浮标站观测数据对模拟结果进行了验证, 分析模拟了波浪、潮流、风暴增减水特征。结果发现, 该次冷锋型温带风暴潮过程主要表现为先短时风暴增水后出现长时间风暴减水的特征, 最大风暴减水可达65~70cm, 其主要诱因包括研究海域气压的快速升高并维持、长时间持续的偏北大风及波流相互作用。相关敏感试验研究了3种因子对风暴增减水位的贡献大小, 发现风暴增水峰值期间风场贡献占比约为90%, 海平面气压场约为5%; 风暴减水峰值期间, 海平面气压场的贡献度约占55%, 风场约占40%, 而波浪的贡献均不足10%。洋山港航道内风暴期间潮流流速最大可达到2.6~2.8m•s^-1, 落潮时为东南向离岸潮流, 涨潮时为西至西北方向的外海潮波传入潮流; 洋山港航道潮流始终是东南或西北向, 此处流速辐合, 是洋山海域流速最高的区域。     

Development and application of an operational tide and storm surge prediction model for the seas around Taiwan

Storm surges are abnormal rises in sea level along coastal areas and are mainly formed by strong wind and atmospheric depressions.When storm surges coincide with high tide,coastal flooding can occur.Creating storm surge prediction systems has been an important and operational task worldwide.This study developed a coupled tide and storm surge numerical model of the seas around Taiwan for operational purposes at the Central Weather Bureau.The model was calibrated and verified by using tidal records from seas around Taiwan.Model skill was assessed based on measured records,and the results are presented in details.At 3-minute resolution,tides were generally well predicted,with the root mean-square errors of less than 0.11 m and an overall correlation of more than 0.9.Storms(winds and depressions) were introduced into the model forcing by using the parameter typhoon model.Five typical typhoons that threatened Taiwan were simulated for assessment.The surges were well predicted compared with the records.     

福建宁德海洋工程风暴潮灾害风险特征参数分析

宁德地区是我国受风暴潮影响较为严重的区域之一,同时也是宁德核电站等众多沿海大型工程所在地.鉴于该区域特殊的地理位置和海洋灾害的严重性,以宁德核电站为中心,对该区域所面临风暴潮风险的特征参数进行全面、综合的定量评估,包括潮汐特征、平均海平面变化、台风和风暴潮基本特征,特别是可能最大风暴潮的计算.研究结果表明,该区域10%超越频率的天文潮高、低潮位分别为355、-341 cm;平均海平面变化速率为0.162 cm/a;千年一遇的台风中心气压约为895h Pa,该气压时的最大台风风速半径为40 km.在进行大量敏感性实验的基础上,对台风移速、移向和风暴增水/减水的关系,以及增水和减水的差异就行了详细的研究,得出:台风增水主要是由移向在305°左右(295°~315°)、路过核电站下方(核电站以南)的台风引起,且增水随台风移速增大而增大;可能最大台风风暴增水由路径经过核电厂址南40 km的台风(移向295°、移速28 km/h)引起,最大台风增水值为526.8 cm;对于可能最大台风减水而言,最有利于台风风暴减水的移向在355°~360°和0°~15°之间,其中可能最大台风减水为-301.9 cm,由移向5°、移速30 km/h、路径经过核电厂址南30 km(0.75台风最大风速半径)的台风引起.     

深圳近海风暴潮影响因素分析

风暴潮可能给沿海城市造成巨大破坏, 而深圳位于易受台风影响的南海北部沿岸, 经济和人口总量巨大, 但有关深圳近海风暴潮的研究工作却十分匮乏。本文基于区域海洋模式系统(regional ocean model system, ROMS)建立了一个以深圳近海为中心的三层嵌套模型, 用于研究深圳近海台风所致风暴潮的影响因素。首先对2018年台风“山竹”过境深圳导致的风暴潮进行模拟, 模拟结果与观测结果较为一致。在此基础上, 进行一系列参数调整试验, 研究台风登陆地点、登陆角度、台风尺度、台风强度以及移动速度的改变对风暴潮及其分布的影响。结果表明, 在深圳西边登陆的台风, 比在深圳东边登陆的台风产生的最大增水高1.5m左右。由东往西移动并登陆深圳的台风, 比由南向北移动的台风产生的最大增水高1.0m左右。台风最大风速半径增加15%, 最大增水上升0.2m左右。台风强度增强15%, 最大增水上升0.4m左右。台风移动速度总体上对风暴潮影响不大, 但不同登陆地点存在明显差异。当台风在深圳西边或者东边登陆时, 台风移动速度增加30%, 深圳沿海各海湾的最大增水反而上升0.2~0.6m。当台风从深圳中部登陆时, 台风移动速度增加30%, 珠江口的最大增水降低0.1m左右, 大鹏湾和大亚湾的最大增水却相反地上升0.2m左右, 不同海湾对台风移动速度呈现不同的变化特征, 与各海湾水体重新分布到稳定状态时间和台风作用时间有关。     

胶州湾高分辨率三维风暴潮漫滩数值模拟

基于海表气压项改进的FVCOM(Finite-Volume Coastal Ocean Model)海洋模式,研发胶州湾高分辨率三维风暴潮漫滩数值模式(JS-FVCOM).利用 JS-FVCOM 模式通过对天文潮、台风强度和径流3要素的不同组合,共设计了5个试验,分别进行风暴潮漫滩模拟实验.分析各试验结果得到如下结论:(1)随着台风最大风速的增加,风暴潮增水迅速增加,当综合水位超过防潮堤高程后增水速度明显减慢.海水淹没范围和淹没深度受综合水位超防潮堤高程时间影响明显.(2)在入海河流的河口区,当洪水位与高潮位相遇时,由于高潮位的顶托作用,洪水下泄不畅,造成综合水位上升明显,极易发生海水漫溢现象.JS-FVCOM 的模拟结果清楚地再现了海水漫堤的淹没过程,可为紧急情况下的人员疏散提供科学的基础数据.     

浙江省台风风暴潮检索分析系统的开发和应用

文章根据台风风暴潮预报的业务需求,利用浙江省海洋监测预报中心多年积累的台风和台风风暴潮历史数据,开发台风风暴潮检索分析系统,并应用于实际工作中。系统包括基础数据和检索分析平台2个部分,其中显示和检索采用B/S架构,借助GIS技术,以Web方式实现;可快速和准确检索相似台风及其影响下的风暴潮信息,为台风风暴潮的经验预报提供依据,提高预报效率。     

长涂岛的台风暴潮

本文根据1968～1981年台风期间的水位观测资料,对长涂岛的台风暴潮特性及影响因子作了统计研究。结果表明,1、长涂岛的台风暴潮主要发生在7～9月间,大于100cm的最大增水较少发生;2、台风过程最大增水与台风路径的关系密切,较大的台风暴潮发生在台风接近时;3、台风过程增水与岱山气象站(相距15km)的气压有较好的负相关。而与风速有较好的正相关;4、台风过程最大增水与天文潮高潮相遇并非罕见。     

基于海气耦合模型的渤海两种类型风暴潮数值模拟与对比分析

渤海一年四季都易受到由温带风暴和热带气旋所致风暴潮的影响。为了缓解风暴潮灾害对海岸地区人员生命财产的影响,十分有必要了解大型风暴潮的发生过程和机制。目前大部分研究主要局限于单一的温带风暴潮或台风风暴潮。本文利用所构建的海气耦合数值模型研究了发生于渤海的两种类型的风暴潮,对发生在渤海的2次典型强风暴潮过程进行了模拟。由WRF模型模拟得到的风场强度和最低海平面气压与实测数据吻合较好,由ROMS模型模拟得到的风暴潮期间水位变化过程与潮位站观测结果也吻合较好。对两种类型风暴潮期间的风场结钩、海面风应力、海洋表面平均流场以及水位分布进行了分析对比,并将耦合模型结果与非耦合模型结果进行了对比。研究表明,渤海两种类型风暴潮期间的风场结钩、海面风应力、海洋表面平均流场以及水位分布等均存在巨大差异。渤海风暴潮的强度主要由海洋表面的驱动力所决定,但同时也受海岸地形地貌的影响。     

一个高分辨率的长江口台风风暴潮数值预报模式及其应用

利用河口海岸海洋模式(ECOM-Si)建立了一个适用于长江口区风暴潮的数值预报模式.该模式采用对岸线有较好拟合能力的自然正交水平坐标系统和能分辨较复杂海底地形的垂直σ坐标系统.模式考虑了长江口径流量对风暴潮的影响,部分地考虑了天文潮和风暴潮非线性相互作用对风暴增水的影响.风暴潮预报的大气强迫场用模型气压场和模型风场.利用所建立的模式对长江口区台风风暴潮进行了8个个例模拟,模拟增水与实测增水的峰值相比较,平均绝对误差不足10cm.利用本研究建立的模式,就气象因子对风暴潮位的敏感性进行了数值试验.试验结果表明,台风中心气压降低(升高)20hPa可导致约100cm的风暴潮位升高(或降低).台风最大风速半径误差对台风增水的变化影响也较显著.试验还表明,长江径流量增加1倍(减半),可以造成风暴潮的平均增加25cm(减小13cm).天文潮位相变化对风暴增水的影响数值试验表明,当台风暴潮与天文潮在不同位相相互作用,可使风暴潮位最大增加达70cm或减小90cm.     

“威马逊”台风暴潮增水及水动力响应数值模拟

基于河口海岸水动力三维数值计算模型,建立浙江沿海天文潮与风暴潮耦合预报模式。利用该模式,对经过浙江沿海海域的台风"威马逊"进行数值计算,风暴潮增水计算结果与实测值符合较好,误差基本在±20 cm以内。计算增水值与传统的调和分析法所得的增水结果相比,也较为一致。进一步对局部水动力响应的研究发现,风暴潮期间,局部地区从底到表各层水流流速均急剧增大或减小,其值达到了与天文潮流同等的数量级。当水流流向与风向相同或相近时,流速增大,相反时,则流速减小。且台风期间,各层水流流向也随风向发生改变,流态变得更加复杂。     

浙江沿海超强台风作用下的台风浪波高

基于 SWAN 波浪传播模型建立包含风暴潮与天文潮耦合传播的台风浪数值模型,通过多次台风引起的波浪模拟,证实该模型可适用于浙江沿海.将1949年以来登陆我国大陆沿海最强的“5612”号台风作为典型的超强台风,计算了超强台风在浙北至浙南3个不同地点登陆遭遇天文潮高潮位时产生的沿海波高过程.结果显示,在开敞海区,登陆点南侧附近及其以北沿海,台风登陆时过程最大有效波高与风暴高潮位基本同时出现,而在登陆点以南远区的沿海海域,最大有效波高出现在登陆前的一个高潮位附近;超强台风作用下浙江陆域沿海离岸近1 km 范围内有效波高可达4耀6 m.这些结论对海堤工程设计和防灾减灾具有重要意义.