山东沿海台风暴潮数值模拟与统计分析
发布时间：2021-10-06 17:59
建立了精细化网格的渤黄海区域天文潮及台风风暴潮数学模型,对山东沿海天文潮进行了验算,得到K1,M2这两个主要分潮的振幅和迟角的均方根分别为2 cm,3 cm和5°,3°;采用Jelesnianski-II台风风场模式建立了台风风暴潮模型,并以典型台风为例,对影响山东海域的台风暴潮过程进行了数值计算,并与实测值进行了验证;基于建立的模型,模拟了1960年至2011年经过山东省沿海的33场台风暴潮过程;应用Poisson-Gumbel分布,计算了100年一遇台风暴潮增水极值。研究结果可为山东沿岸地区的防潮减灾规划设计和工程建设提供参考。
【文章来源】：自然灾害学报. 2015,24(03)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
ADCIRC模式计算网格
第3期吴亚楠，等:山东沿海台风暴潮数值模拟与统计分析2模型的验证2．1天文潮模型验证本文采用的是二维球坐标系，模型的分辨率由渤黄海中央的5'逐渐过渡到近岸的1'，一共78712个节点，153973个三角形网格(如图1和图2，图2为图1中方框区域)，该计算网格只有一个开边界，大约位于黄海与东海交接处，开边界上采用M2，S2，K1，O1等4个分潮的调和常数预报的水位进行驱动。模型时间步长为30s，每0．5h保存一次计算结果，并对潮汐结果进行调和分析，并与10个观测站点(如图2)的潮汐振幅和迟角进行比较［14］。图1ADCIRC模式计算网格Fig．1ComputationalmeshofADCIRCmodel图2山东半岛附近海域计算网格及观测站点位图Fig．2ComputationalmeshandlocationsofoceanobservationstationsnearbyShandongPeninsula表1K1和M2分潮观测与模型结果比较Table1ComparisonofobservedandsimulatedvaluesforconstituentsK1andM2站号位置K1振幅对比/cmK1迟角对比/(°)M2振幅对比/cmM2迟角对比/(°)东经/(°)北纬/(°)观测计算偏差观测计算偏差观测计算偏差观测计算偏差1119．1537．262820－8185198134034－632533162120．2637．652015－521021003521－1432032443120．7737．8796－3237264274636－1028228424121．737．552016－4305335306058－2300281－195122．2737．52220－2309337285944－15303291－126122．436．822621－5336334－28681－5545517121．2836．683021－9352348－411011229588－78120．8336．383021－93573570120114－6112108－49120．5336．13221－11033115108－7122123110119．7535．533023－710188120129914516116均方根2533计算区域内K1分潮调和分析结果与实测值比较(如表1)，在站
自然灾害学报第24卷2．2风暴潮模型验证图3经过山东附近海域的历年台风路径Fig．3TyphoontrackthroughseaareaofShandongProvinceovertheyears从经过山东及其附近海域的台风路径(如图3)中可以看出，山东省受风暴潮影响较严重。为了验证我们针对该海域建立的台风风暴潮数值模型，选择对该区域影响较大同时具有验证数据的台风过程作为验证对象，对经过该区域的典型台风风暴潮过程进行了模拟。这几次台风过程分别为:发生在1985年8月份的“8509”号台风Mimie、1992年8月份的“9216”号台风Polly和1997年8月份的“9711”号台风WINNIE。这3个台风引起的风暴潮增水模拟结果与实测结果的对比图(如图4、图5与图6)。可以看出，对于Mimie台风过程，烟台站风暴潮最大增水实测值比计算值大9cm，石臼所站风暴潮最大增水实测值比计算值大13cm，青岛站风暴潮最大增水实测值比计算值小10cm，乳山口站风暴潮最大增水实测值比计算值大16cm，对比验证结果对比较好，风暴潮增水极值最大误差为16cm，增水极值出现的时间误差也在1h以内。对于Polly台风过程，青岛站风暴潮最大增水实测值比计算值小8cm，石臼所站风暴潮最大增水实测值比计算值大4cm，增水极值出现时间误差在2h以内。对于WINNE台风过程，乳山口站风暴潮增水最大实测值与计算值比较相差超过20cm，青岛站对比结果较好，模拟得到增水极值出现时间与实测相比会提前或者推迟2～3h。上述误差有可能来源于风场和气压场误差，也有可能是因为地形的不准确，或者模拟中没有考虑海浪对风暴潮的影响［16］。综合这3次模拟结果来看，对于Mimie台风过程，增水极值平均误差为13cm，Polly为6cm，WINNIE为20cm。总的风暴潮增水极值模拟的平均误差为12cm。由于我们最关注的是风暴潮的增水极值，因此我?
本文编号：3420489
【文章来源】：自然灾害学报. 2015,24(03)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
ADCIRC模式计算网格
第3期吴亚楠，等:山东沿海台风暴潮数值模拟与统计分析2模型的验证2．1天文潮模型验证本文采用的是二维球坐标系，模型的分辨率由渤黄海中央的5'逐渐过渡到近岸的1'，一共78712个节点，153973个三角形网格(如图1和图2，图2为图1中方框区域)，该计算网格只有一个开边界，大约位于黄海与东海交接处，开边界上采用M2，S2，K1，O1等4个分潮的调和常数预报的水位进行驱动。模型时间步长为30s，每0．5h保存一次计算结果，并对潮汐结果进行调和分析，并与10个观测站点(如图2)的潮汐振幅和迟角进行比较［14］。图1ADCIRC模式计算网格Fig．1ComputationalmeshofADCIRCmodel图2山东半岛附近海域计算网格及观测站点位图Fig．2ComputationalmeshandlocationsofoceanobservationstationsnearbyShandongPeninsula表1K1和M2分潮观测与模型结果比较Table1ComparisonofobservedandsimulatedvaluesforconstituentsK1andM2站号位置K1振幅对比/cmK1迟角对比/(°)M2振幅对比/cmM2迟角对比/(°)东经/(°)北纬/(°)观测计算偏差观测计算偏差观测计算偏差观测计算偏差1119．1537．262820－8185198134034－632533162120．2637．652015－521021003521－1432032443120．7737．8796－3237264274636－1028228424121．737．552016－4305335306058－2300281－195122．2737．52220－2309337285944－15303291－126122．436．822621－5336334－28681－5545517121．2836．683021－9352348－411011229588－78120．8336．383021－93573570120114－6112108－49120．5336．13221－11033115108－7122123110119．7535．533023－710188120129914516116均方根2533计算区域内K1分潮调和分析结果与实测值比较(如表1)，在站
自然灾害学报第24卷2．2风暴潮模型验证图3经过山东附近海域的历年台风路径Fig．3TyphoontrackthroughseaareaofShandongProvinceovertheyears从经过山东及其附近海域的台风路径(如图3)中可以看出，山东省受风暴潮影响较严重。为了验证我们针对该海域建立的台风风暴潮数值模型，选择对该区域影响较大同时具有验证数据的台风过程作为验证对象，对经过该区域的典型台风风暴潮过程进行了模拟。这几次台风过程分别为:发生在1985年8月份的“8509”号台风Mimie、1992年8月份的“9216”号台风Polly和1997年8月份的“9711”号台风WINNIE。这3个台风引起的风暴潮增水模拟结果与实测结果的对比图(如图4、图5与图6)。可以看出，对于Mimie台风过程，烟台站风暴潮最大增水实测值比计算值大9cm，石臼所站风暴潮最大增水实测值比计算值大13cm，青岛站风暴潮最大增水实测值比计算值小10cm，乳山口站风暴潮最大增水实测值比计算值大16cm，对比验证结果对比较好，风暴潮增水极值最大误差为16cm，增水极值出现的时间误差也在1h以内。对于Polly台风过程，青岛站风暴潮最大增水实测值比计算值小8cm，石臼所站风暴潮最大增水实测值比计算值大4cm，增水极值出现时间误差在2h以内。对于WINNE台风过程，乳山口站风暴潮增水最大实测值与计算值比较相差超过20cm，青岛站对比结果较好，模拟得到增水极值出现时间与实测相比会提前或者推迟2～3h。上述误差有可能来源于风场和气压场误差，也有可能是因为地形的不准确，或者模拟中没有考虑海浪对风暴潮的影响［16］。综合这3次模拟结果来看，对于Mimie台风过程，增水极值平均误差为13cm，Polly为6cm，WINNIE为20cm。总的风暴潮增水极值模拟的平均误差为12cm。由于我们最关注的是风暴潮的增水极值，因此我?
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