风暴潮是我国近海灾害损失最严重的海洋动力灾害过程，准确模拟预报风暴增水对防灾减灾非常重要。中国科学院海洋研究所侯一筠、胡珀课题组通过在海洋数值模式中引入考虑波浪影响的风应力参数化方案，显著提高了山东沿海风暴增水的模拟精度，相关成果在海洋模拟学术期刊Ocean Modelling发表。
台风和寒潮期间，强风引起的海水异常升降，给沿海区域的人员和财产安全构成严重威胁。为减少风暴潮灾害风险，通常使用数值模式来预测风暴增水。山东沿海地区风暴潮灾害频繁，特别是冬春季的寒潮和夏秋季的北上台风期间，沿海地区会出现强烈的风暴增水现象。与东南沿海等开阔海域相比，山东近海的岸界和水深地形变化复杂，增加了风暴增水的模拟预测难度。
ADCIRC-SWAN耦合模式常用于模拟近岸的风暴增水和极值波浪，被广泛应用于科学研究和业务预报模式中。通过与实际观测对比，发现使用ADCIRC模式模拟的风暴增水存在系统误差，数值模拟结果偏小且在渤海区域尤甚，而使用耦合模式中的wave setup方案改进效果十分有限。研究发现，通过一种考虑波浪影响的风应力参数化方案来替代模式原有的单纯依赖风速的参数化方案，可以有效地纠正风暴增水的模拟误差。通过模拟评估发现，在渤海区域最大风暴增水的改进效果超过20%。研究进一步揭示这一改进的物理机制，渤海区域独特的海岸线形态特征对风浪演变和风应力增强具有重要影响：浅水渐变地形及限制性的的风区，导致风浪的成长不充分和向岸传播过程中的浅水效应，显著增加了海-气间的动量交换，从而导致风暴增水更强。目前ADCIRC模式中原有方案仅考虑风速，无法准确描述这一机制，因而低估了风应力和风暴增水的数值。
基于改进的动力模式技术，科研团队构建了山东沿海风暴潮-海浪耦合漫滩数值预测模型，局部最高分辨率为100米，模拟了两次典型强台风过程（波利和利奇马）过境莱州湾期间的海水淹没过程。研究发现，在忽略海堤防御作用的情况下，台风风暴潮会导致莱州湾沿岸大范围的海水淹没风险。研究还定量评估了风场驱动、波浪增强风应力等外部驱动因素对海水淹没的影响程度。
中国科学院海洋研究所李水清副研究员是论文通讯作者，李朝博士是论文第一作者，其他合作作者包括胡珀研究员、冯兴如研究员、莫冬雪助理研究员和自然资源部北海预报中心李健高级工程师，研究得到了国家自然科学基金等项目资助。
相关论文信息：
Li Zhao, Shuiqing Li*, Po Hu, Xingru Feng, Dongxue Mo, Jian Li. 2023. Improving storm surge simulations by considering wave-steepness-dependent drag coefficient in the northern East China Sea. Ocean Modelling. doi: 10.1016/j.ocemod.2023.102283.
Li Zhao, Shuiqing Li*, Po Hu, Dongxue Mo, Jian Li, Mei Du, Jie Yan, Yijun Hou, Baoshu Yin*. 2022. Numerical study of storm surge-induced coastal inundation in Laizhou Bay, China. Frontiers in Marine Science. doi: 10.3389/fmars.2022.952406.
