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风暴潮的数值预报方法

发布时间:2014-03-04

风暴潮顸报的第二种方法是动力数值计算方法,其实质是“数值天气预报”和“风暴潮数值计算”相结合的一种预报方法。数值天气预报给出风暴潮计算所需要的海上风场和气压场;风暴潮数值计算就是在给定的海上风场和气压场的初始条件下,进行数值求解风镇潮的潮位。风暴潮数值计算是1950年代开始发展起来的,其计算的对象是流体动力学基本方程组。使用电子计算机作风镇潮数值计算的第一位学者是德国的海洋学家W.Hansen(1956),他对于1953年1月31日——2月1 日发生在北海的那次灾难性温带风暴潮作了数值实验,在一定程度上再现了实际风暴潮过程。目前的风暴潮数值模式已发展得相当复杂,并在实际风暴潮预报业务中发挥越来越大的作用。

  这里重点介绍目前常用于风暴潮预报的SLOSH模式和多模式耦合的风暴潮预报模式。

  1. SLOSH模式

  SLOSH(Sea Lake and Overland Surges from Hurricanses) 飓风风暴潮数

  值预报模式,是美国国家海洋大气管理局(NOAA)、国家气象局(NWS) 在1981年开始开发研制,1992年发表技术报告至今,经历了20多年的研制和改进。它是美国新一代国家风暴潮预报模式,在防灾预报中发挥了重要作用。

  SLOSH模式是二维模式。模式计算区域覆盖部分大陆架、内陆水体以及障碍物。计算域采用均匀伸展的极坐标网格。这种网格的优点在于岸边重点区域的网格可以很细,能很好地反映微地形对风暴潮的影响;离岸边较远的深水区网格较粗,节约内存和机时,而不影响计算精度。SLOSH模式可以描述风暴潮漫滩过程,由于考虑了淹没陆地,因此,与网格尺度可以比较的障碍物,例如沙丘、防洪堤、废渣区、天然山脊、礁石以及许多人造结构等也都予以考虑。

  我国科学家从1980—1990年代引进并建立以SLOSH模式为基础的我国风暴潮预报业务系统。至今它仍在我国风暴潮预报以及海岸工程风暴潮设计参数的计算中发挥着重要作用。

  2、多模式耦合的风暴潮预报模式

  近年来国内外采用三维海洋环流模式,如POM、ECOM等模拟和预报风暴潮,而且还把它与海浪模式(如适合近岸海域的SWAN海浪模式)相耦合或与天文潮相耦合,这些模式能较好地描述考虑波浪引起的底摩擦、波浪引起的海表面风应力系数变化、总水位变化等因素对风暴潮的影响。也在一定程度上提高了对风暴潮的预报准确性。另外,建立在风暴潮数值基础上的集合预报技术也是提髙风暴潮预报准确性的有效途径。

  我国国家海洋预报中心(NMEFC)自主开发的CTS台风风暴潮数值预; 报模式在2003年投入业务化运行,模式区域覆盖整个中国沿海,空间分辨率为2'、2007年开始进行集合预报试验;自主开发的温带风暴潮数值预报模式2004年投入业务化运行,模式区域覆盖整个中国沿海,空间分辨率为 6',它每天运行2次,提供我国沿海72h温带风暴潮数值预报。NMEFC还开发了风暴潮漫滩数值预报模式,空间最高分辨率为100〜600m,用于科学研究和风暴潮灾害的风险评估等。