IOCAS-IR  > 海洋环流与波动重点实验室
南海北部台风风暴潮与台风浪耦合特征机理及危险性分析
李爱莲
Subtype博士
Thesis Advisor侯一筠
2021-11-08
Degree Grantor中国科学院大学
Place of Conferral中国科学院海洋研究所
Degree Name理学博士
KeywordADCIRC+SWAN 耦合模式 风暴潮-台风浪 波浪增水 台风参数 危险性
Abstract

南海北部海域是我国遭受海洋灾害最严重的地区之一,台风引发的巨浪、 风暴潮等对人民生命和财产安全造成巨大威胁, 同时严重制约了我国经济发展。 因此准确预报台风暴潮-台风浪对减沿海地区台引发的海灾害具有要意义。本文重点关注中国南海北部地区,开展南海北部台风风暴潮与台风浪 耦合特征机理及危险性分析工作。本文主要研究内容和结论如下:

首先,本文针对中国南海北部海域复杂岸线分布与海底地形特征,构造了 精细化 ADCIRC+SWAN 耦合模式,通过超强台风“山竹Mangkhut,1822)、 超“天”(Hato,1713)等 8 次台风沿与波浪展 开模式验证,结果显 ADCIRC+SWAN 耦合模式能够准确的模拟和再现从深 水到近岸区域天文潮、风暴潮和海浪的产生、发展、传播和耗散过程。在此础上,基于超强台风“天鸽分别构建了考虑与不考虑水位、流场、波浪的验,探讨了水位、流场对波浪的影响以及波浪效应与天文潮对风暴潮增水的响,结果表明:(1)在近岸浅水区,考虑水位影响引起水深增加,进而减少了 波浪的能量耗散,台风浪有效波高值增加;(2)当风向、流向与平均波向之夹角均为锐角,受流场影响波高减小;当风向与平均波向之间夹角为锐角,向与平均波向之间夹角为钝角时,或当风向与平均波向之间夹角为钝角,流与平均波向之间夹角为锐角时,受流场影响波高增加;(3)波浪效应在近岸浅 水区主要表现为波浪增水,在台风风暴潮预报中具有不可忽视的作用;(4)受 台风风暴潮影响由大到小所对应的台风登陆时段分别为:天文潮落潮时段、天 文潮高潮、天文潮涨潮时段与天文潮低潮。

基于 ADCIRC+SWAN 耦合模文统计了 2000-2016 年登陆的 近 70 个台风,其强进行一化到在海登的具性的风生期。基于归一化的台风生命周期(强度与台风“天鸽”强度一致)与台风“鸽”的真实路径开展敏感性实验,研究台风特征参数(台风强度、最大风速半 径、七级风圈半径或路径)对中国南海北部台风风暴潮与波浪耦合效应的影响。随着台风强度、最大风速半径或七级风圈半径的增加,有效波高和风暴潮的最大值空间分布范围都显著增加。当台风强度在 25-70 m s-1 范围内时,波浪增水的贡献从 0.02 m (1.96%)增加到 0.17 m(6.66%)。对于最大风速半径在 10-60 km 范围的台风,波浪增水的贡献增加范围为 0.05-0.13 m4.89-6.53%)。对于 七级风圈半径 100-500 km 之间的台风,波浪增水的贡献范围为 0.08~0.21 m(4.65~6.31%)。值得注意的是,随着台风强度、最大风速半径和七级风圈半 径的增加,波浪增水对最大风暴潮的贡献呈非线性增加;当台风强度大 55 m s-1 或台风尺度大于 40 km 时,波浪对总风暴潮的贡献率趋于饱和。同时,在同 一站点处,因台风路径不同引起台风风暴潮增水存在差异,这主要与站点和台风中心之间的距离有关,位于台风最大风速半径位置处引起的风暴潮增水最大。 最后,基 2000-2019 年在珠江口及其附近沿海登陆的 50 次热带气旋模拟 结果,通 Gumbel 分布法计算了珠江口及其附近沿海不同重现期下的最大风 暴潮与有效波高,分析了该区域在不同重现期下的危险性。基于台风“天鸽” 与台风“山竹”沿海岸线分布的最大风暴潮分布与不同重现期下最大风暴潮值对比,结果表明:由于受到台风最大风速半径与七级风圈半径的影响,随计算位置与台风中心之间距离的变化沿海岸线分布的最大风暴潮增水呈现出不同重现期中摆动的情况。因此,在针对风暴潮灾害制定减灾防灾措施时,仅需要考虑台风强度的影响,而且需要综合考虑登陆台风的最大风速半径与级风圈半径的影响。在此基础上,本文 1 m 为风暴潮增水阈值,划分了风暴 潮灾害等级,并给出了风暴潮危险性区划图。结果表明:越靠近海岸线,风潮危险性就越大。危险等级最高的岸段主要在湾顶部的位置,如惠阳岸段、黄埔岸段以及磨刀门岸段。

综上所述,本文通过台风特征参数对中国南海北部台风风暴潮与台风浪合特征机理及危险性的研究,不仅为我国南海北部台风风暴潮与台风浪预报工 作提供了理论依据与技术指导,而且对社会基础设施和海岸工程的标准和风险 评估具有重要意义。

Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.qdio.ac.cn/handle/337002/177053
Collection海洋环流与波动重点实验室
Recommended Citation
GB/T 7714
李爱莲. 南海北部台风风暴潮与台风浪耦合特征机理及危险性分析[D]. 中国科学院海洋研究所. 中国科学院大学,2021.
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