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基于ECMWF细网格风场的台风“烟花”与飓风“艾达”风暴潮数值预报检验与分析

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海洋预报 2022年第3期39卷 1-9页

作者：熊杰傅赐福于福江董剑希国家海洋环境预报中心北京100081 自然资源部海洋灾害预报技术研究重点实验室北京100081

基于已调试验证的全球风暴潮数值预报模型,采用ECMWF细网格预报风场对2106号台风“烟花”和Al2109号飓风“艾达”开展风暴潮数值预报检验和分析。结果表明:台风“烟花”48 h和24 h台风预报路径、强度与实测相近,各潮位站48 h和24 h预报... 详细信息

基于已调试验证的全球风暴潮数值预报模型,采用ECMWF细网格预报风场对2106号台风“烟花”和Al2109号飓风“艾达”开展风暴潮数值预报检验和分析。结果表明:台风“烟花”48 h和24 h台风预报路径、强度与实测相近,各潮位站48 h和24 h预报平均绝对误差分别为0.49 m和0.22 m,平均相对误差分别为30.17%和12.56%;飓风“艾达”48 h和24 h台风预报路径较实况偏西,预报强度低于实测,各潮位站48 h和24 h预报平均绝对误差分别为1.14 m和0.49 m,平均相对误差分别为61.29%和25.17%。分析风暴潮数值预报误差的原因发现:ECMWF细网格风场对风圈庞大且强度变化较慢的大型台风“烟花”的预报准确度高,而对短时间强度爆发型飓风“艾达”的预报准确度稍显不足,导致台风“烟花”风暴潮预报的误差明显小于飓风“艾达”。ECMWF细网格风场可以成为驱动风暴潮数值预报的有益补充,建立模型风场与ECMWF细网格风场的融合风场将会进一步提升风暴潮预报精度。

关键词：台风“烟花” 飓风“艾达” ECMWF细网格风暴潮数值预报

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基于海气耦合模式的南中国海北部风暴潮模拟

科学通报 2018年第33期63卷 3494-3504页

作者：伍志元蒋昌波邓斌曹永港长沙理工大学水利工程学院长沙410114 水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室长沙410114 School for Marine Science and Technology University of Massachusetts DartmouthNew BedfordMA 02744USA 国家海洋局南海调查技术中心广州510300

伴随台风产生的大风、暴雨、巨浪、风暴潮形成的台风灾害链对沿岸地区产生巨大影响,研究台风的形成和运动机理,减小风暴潮灾害,具有重要的科学价值和社会意义.台风影响期间,大气与海洋之间存在强烈的质量、能量交换,风场、流场、波浪场... 详细信息

伴随台风产生的大风、暴雨、巨浪、风暴潮形成的台风灾害链对沿岸地区产生巨大影响,研究台风的形成和运动机理,减小风暴潮灾害,具有重要的科学价值和社会意义.台风影响期间,大气与海洋之间存在强烈的质量、能量交换,风场、流场、波浪场等物理场相互作用、相互影响.基于中尺度大气模式WRF和区域海洋模式ROMS,构建南中国海地区海气耦合模式,针对2012年台风"启德"进行数值模拟.通过观测数据对台风路径和强度进行验证,结果表明,建立的WRF-ROMS耦合模式在对台风"启德"影响下的南中国海风暴潮模拟中展现出较高的模拟精度.通过数值模式计算结果揭示了台风、风暴增水和风生流场的时空分布特征.台风运动过程中台风动力场、风暴增水及流场在空间上均具有"右偏性"的不对称分布特征,近岸风暴增水对台风的响应在时间上存在滞后性,风生流场具有较明显的滞后性特征.

关键词：风暴潮数值模拟海气耦合 WRF ROMS 南中国海

飓风“桑迪”登陆期间纽约长岛附近海域风暴潮数值模拟

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山东科技大学学报（自然科学版） 2022年第2期41卷 13-20页

作者：任成才沈瑞杰屠泽杰宿殿鹏阳凡林山东科技大学测绘与空间信息学院山东青岛266590 自然资源部海洋测绘重点实验室山东青岛266590

纽约位于美国东海岸,属于飓风频发地区,在过去20年中,飓风“桑迪”、“艾琳”、“弗朗西斯”等在该地区造成大量生命和财产损失。为给纽约长岛地区风暴潮漫滩研究和防潮抗灾部署提供依据,利用IBTrACS数据集提供的飓风风场资料和MIKE21... 详细信息

纽约位于美国东海岸,属于飓风频发地区,在过去20年中,飓风“桑迪”、“艾琳”、“弗朗西斯”等在该地区造成大量生命和财产损失。为给纽约长岛地区风暴潮漫滩研究和防潮抗灾部署提供依据,利用IBTrACS数据集提供的飓风风场资料和MIKE21水动力模块,建立高分辨率风暴潮模型并分析不同飓风路径对纽约长岛附近海域增水分布的影响。结果表明:长岛海峡地形会影响飓风登陆期间海水流向,是造成该区域增水差异的重要因素之一;长岛海峡西侧在风暴潮期间更易产生严重潮水漫滩且持续时间更长;受天文潮影响,低等级预警水位持续较短,只有在飓风登陆前后才会引起水位持续性增长。

关键词：飓风风暴潮数值模拟洪水预警

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风暴潮灾害经济损失灾前预评估研究进展

灾害学 2018年第4期33卷 164-168页

作者：郭腾蛟李国胜中国科学院地理科学与资源研究所北京100101 陆地表层格局与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

从灾害损失构成、灾害损失分离、损失评估方法、损失结果检验四个方面着手,指出灾害经济损失评估中存在的问题,并总结出灾害经济损失评估的研究方法,分析各个方法的优缺点以及存在的问题。总体来看,目前关于风暴潮灾害经济损失估算还存... 详细信息

从灾害损失构成、灾害损失分离、损失评估方法、损失结果检验四个方面着手,指出灾害经济损失评估中存在的问题,并总结出灾害经济损失评估的研究方法,分析各个方法的优缺点以及存在的问题。总体来看,目前关于风暴潮灾害经济损失估算还存在一定的缺陷。随着沿海地区经济发展迅速,以及气旋活动的增强,精准的估算风暴潮灾害经济损失显得尤为重要。从灾害理论出发,建立科学合理的风暴潮灾害损失评估模型,是目前研究的重点议题,对于人民的生命财产安全和防灾减灾工作的实施都有重大的意义。

关键词：风暴潮灾害经济损失灾前预评估估算方法研究进展

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风暴潮监测预警系统研究

风暴潮监测预警系统研究

作者：薛明天津大学

学位级别：硕士

我国是世界上遭受风暴潮灾害最频繁、最严重的国家之一。如何对风暴潮灾害进行实时监测与提前预测预警,满足城市、港口和渔场等特定区域的精细化预警预报需求一直是海洋防灾减灾工作的重大课题。因此,开展风暴潮监测预警系统研究十分重... 详细信息

我国是世界上遭受风暴潮灾害最频繁、最严重的国家之一。如何对风暴潮灾害进行实时监测与提前预测预警,满足城市、港口和渔场等特定区域的精细化预警预报需求一直是海洋防灾减灾工作的重大课题。因此,开展风暴潮监测预警系统研究十分重要。本文主要工作是研究并设计出一种风暴潮监测预警系统。通过对国内外风暴潮监测与预警技术的研究现状进行分析,明确了系统的总体设计目标;开展了基于数字滤波算法的潮汐与波浪数据提取和基于神经网络算法的风暴潮增水预测的理论方法研究;根据系统功能需求完成了以STM32F4和μC/OS-II操作系统为核心的系统硬件和软件设计,并实现了FIR滤波算法与BP神经网络算法在系统主芯片STM32F4上的移植与运用;最后通过现场实验验证了本设计系统具有良好的实用性和可靠性,在风暴潮相关参数测量与预测上有相当高的准确性与一致性。本文主要研究内容如下:（1）全面了解国内外风暴潮监测与预警技术的研究现状,针对现有技术不足和当前存在问题,提出本论文研究的风暴潮监测预警系统的特色与创新点;（2）根据风暴潮相关技术规范要求明确系统设计目标与总体结构,根据测量技术指标对传感器进行选型,并对系统所采用的相关数据处理方法进行对比分析,包括基于多种数字滤波算法的潮汐与波浪数据提取方法和基于多种神经网络算法的风暴潮增水预测方法;（3）根据设计目标搭建系统硬件结构,详细阐述基于STM32F4的数据采集器硬件设计,对系统其他硬件模块的选型设计进行说明,同时对系统设计的可靠性进行了分析;（4）完成基于μC/OS-II操作系统的系统软件设计,对操作系统实时多任务划分进行详细说明,实现FIR滤波算法与BP神经网络算法在数据采集器STM32F4上移植与运用,同时完成HMI触摸屏界面与系统内数据通信协议的设计;（5）在成山头海域开展现场实验,对风暴潮监测预警系统的各项功能进行测试与验证,通过设备选址安装、调试与连续工作实验测试了系统的实用性与可靠性,通过与当地海洋站观测数据进行比对验证系统获取的数据的准确性和一致性。

关键词：风暴潮监测预警 STM32F4 μC/OS-Ⅱ 算法现场实验

基于二维浅水方程和SWAN模型的风暴潮模拟研究

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河南科技大学学报（自然科学版） 2022年第6期43卷 67-73,M0007页

作者：于英霞张秀姬宋怀辉河南科技大学土木工程学院河南洛阳471023 洛阳理工学院土木工程学院河南洛阳471023

基于二维浅水方程自主构建的风暴潮模型与浅水波浪数值模型(SWAN)双向耦合,本文建立了波浪-潮流耦合模式。风暴潮模型将风场、水位和流场代入SWAN模型中,SWAN模型又将受波浪状态影响的表面风应力和辐射应力项反馈给风暴潮模型。该耦合... 详细信息

基于二维浅水方程自主构建的风暴潮模型与浅水波浪数值模型(SWAN)双向耦合,本文建立了波浪-潮流耦合模式。风暴潮模型将风场、水位和流场代入SWAN模型中,SWAN模型又将受波浪状态影响的表面风应力和辐射应力项反馈给风暴潮模型。该耦合模式可描述风暴潮与波浪之间复杂的非线性作用。对台风温妮(Winnie)影响期间上海沿海地区的风暴潮进行模拟计算,结果表明:耦合模式4个站点最高潮位平均相对误差仅7.2%,较未考虑波浪作用的非耦合模式精度提高了2.3%;受上海沿海特殊地形的影响,风暴潮最高潮位时刻波浪对杭州湾的潮流场影响较大,对长江口的增水作用较明显。

关键词：台风风暴潮波浪耦合模型

滨海城市应急避难场所配置评价与优化研究——以风暴潮灾害影响下厦门市为例

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西部人居环境学刊 2023年第5期38卷 125-132页

作者：林天喜聂铭希赖文波厦门大学创意与创新学院广岛大学高级科学与工程研究生院华南理工大学建筑学院

文章以典型滨海城市厦门市为例,进行风暴潮灾害情景下的灾害影响分析及应急避难场所分布、可达性、服务性进行评价,为滨海城市在风暴潮灾害情景下的城市韧性建设提供一定的参考。结果表明在1.08 m及4.92 m海洋增水情况下厦门市将分别有... 详细信息

文章以典型滨海城市厦门市为例,进行风暴潮灾害情景下的灾害影响分析及应急避难场所分布、可达性、服务性进行评价,为滨海城市在风暴潮灾害情景下的城市韧性建设提供一定的参考。结果表明在1.08 m及4.92 m海洋增水情况下厦门市将分别有331和632个重要城市基础设施处于灾害风险中。根据应急避难场所可达性及服务评价,现有的82处大型应急避难场所和234处其他紧急避难场所不能有效覆盖和服务灾害风险区域,对此提出了一些应急避难场所优化和增设的建议。

关键词：极端气象灾害沿海城市风暴潮应急避难场所厦门

植被型生态海岸对台风风暴潮灾害防护效应的数值模拟

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植被型生态海岸对台风风暴潮灾害防护效应的数值模拟

作者：许慧大连海洋大学

学位级别：硕士

中国沿海地区经常发生风暴潮灾害,直接影响着沿海城市百姓的生命财产安全。《中国海洋公报》显示在中国,近20年间由风暴潮灾害造成的直接经济损失始终位居海洋灾害之首。渤海海域是我国纬度最高的内海,由于其特殊的地理位置,渤海不仅遭... 详细信息

中国沿海地区经常发生风暴潮灾害,直接影响着沿海城市百姓的生命财产安全。《中国海洋公报》显示在中国,近20年间由风暴潮灾害造成的直接经济损失始终位居海洋灾害之首。渤海海域是我国纬度最高的内海,由于其特殊的地理位置,渤海不仅遭受寒潮风暴潮的影响,而且还常受到北上的台风风暴潮的影响。随着计算机的进步与数值模型的发展,采用数值模拟手段进行风暴潮灾害相关研究是成本较低、模拟结果较准的一种便捷的方式。目前风暴潮方面的研究情况是二维较多,三维较少;单向耦合较多,双向耦合较少;纯风暴潮研究较多,寻找防灾措施较少。辽河口海域位于渤海的最北端,其近岸具有大片湿地,且长有多种盐碱地植被,广泛分布于滩涂的盐碱地植物在保护滩涂侵蚀、减轻极端风暴潮危害方面发挥着重要作用。因此,构建我国北方海域风暴潮数值模型研究湿地植被对风暴潮过境期间的抵御作用,对于物理海洋学及海洋防灾减灾研究均具有重要的意义。在本文的研究中,首先基于FVCOM-SWAVE三维波流耦合数值模型,采用Jelesnianski参数化风场与再分析数据集ECMWF风场数据叠加,形成的合成风场作为外界驱动力,建立了黄渤海风暴潮模型,模拟了8509号台风Mimie、9711号台风Winnie、0509号台风Matsa和1818号台风Rumbia过境期间的潮位、潮流、波高,分析上述台风在北黄海海域和渤海海域引起的风暴潮增减水及波浪的生长与消减过程。将FVCOM模型模拟结果与实测数据进行比对,研究结果表明:合成风场得到的风速最大值及出现时刻与实测数据符合较好,合成风场结果较为合理,能够为模拟波流耦合机制下海域水动力变化提供准确的风场条件;几个测站的风暴潮增水模拟结果与实测数据较为吻合,FVCOM-SWAVE耦合系统合理地再现了台风在黄渤海引发的风暴潮增水以及台风浪过程。此外,计算结果显示“温比亚”期间黄渤海海域最大有效波高分布于台风中心外围,且位于台风前进方向上,波浪最大有效波高值与台风强度有关;在台风过境期间,波流相互作用对近岸海域流速的垂向分布具有一定影响,考虑波流相互作用可有效提高台风风暴潮数值模拟精度。其次,在N-S方程和湍流方程中加入一个源项,来表达盐沼植物对水流的阻力作用。使用模型对理想植被海滩的水动力过程进行模拟,结果显示:FVCOM模型模拟结果与文献结果吻合,这表明在FVCOM模型中加入植被项来模拟植被与水流的交互是合理可靠的,该模型可以用于研究风暴潮过境期间辽河口湿地植被与水动力的相互作用机制。辽河口潮滩湿地最典型的盐沼植被为碱蓬和芦苇,本文采用决策树分类方法,根据卫星遥感图像获得辽河口区域盐沼植物的空间分布,并将植被空间位置反映至研究区域内的非结构化网格上。在研究中,通过野外实测调查确定盐沼植被高度、植被宽度、植被密度等参数。模拟结果表明,辽河口湿地的碱蓬与芦苇均可以减少植被区的流速,碱蓬、芦苇植被区流速最大衰减率分别为61.46%、82.56%,芦苇对潮流流速具有更大的衰减作用,因此在辽河口,上述两种盐沼植被能够有效地减弱风暴潮的潜在威胁。此外,辽河口潮间带的盐沼植物明显改变了涨潮和退潮的速度分布,它们会进一步影响沿海地区的泥沙侵蚀和沉积。再者,过境台风使研究区域出现潮位发生变化,其也会改变湿地植被区的流场、淹没时间和淹没深度,从而间接改变潮汐湿地植被的生长环境。上述研究结果有助于进一步了解湿地植物对渤海热带气旋产生的增减水与近海水动力的综合影响。

关键词： FVCOM 风暴潮有效波高辽河口盐沼植被

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风暴潮警戒潮位电子标识技术应用示范

海岸工程 2022年第1期41卷 87-94页

作者：吕富良王立鹏王志勇冯立达刘晓飞姜万钧刘爱超王磊郑金金国家海洋局北海预报中心山东青岛266061 山东省海洋生态环境与防灾减灾重点实验室山东青岛266061

风暴潮警戒潮位标识是防护区沿岸可能出现险情或潮灾、需要进入戒备或救灾状态的级别提示。一般建设在港口码头、海上堤坝等海边固定标志物上,在其墙体侧面进行涂刷或镶嵌四色标识,这种标识受外界因素影响级别判定具有一定的误差。针对... 详细信息

风暴潮警戒潮位标识是防护区沿岸可能出现险情或潮灾、需要进入戒备或救灾状态的级别提示。一般建设在港口码头、海上堤坝等海边固定标志物上,在其墙体侧面进行涂刷或镶嵌四色标识,这种标识受外界因素影响级别判定具有一定的误差。针对固定式风暴潮警戒潮位标识的不足,本文提出了一种新型的风暴潮警戒潮位电子标识建设方案,采用现有海洋站点获取的实时潮汐数据、发布的潮汐天文潮预报数据和和当地既定警戒潮位值,集成风暴潮警戒潮位电子标识,再利用公共通讯网络平台,在防护区进行显示。该风暴潮警戒潮位电子标识建设具有灵活、实用、显示直观和维护方便等特点,可以为滨海旅游、海事管理、居民出行提供辅助决策信息,对于降低海洋灾害防御成本、减少灾害损失等具有重要的应用和推广价值,目前已在青岛地区进行了示范应用建设。

关键词：风暴潮警戒潮位电子标识海洋防灾减灾示范应用