《中国科学院海洋研究所在山东半岛海洋动力灾害危险性评估研究中取得新进展》

  • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者: liguiju
  • 发布时间:2024-09-13
  • 近日,中国科学院海洋研究所侯一筠、胡珀研究团队在山东半岛风暴潮、巨浪等海洋动力灾害危险性评估研究中取得重要进展,相关成果发表于Journal of Sea Research。

    台风和温带气旋在山东半岛区域频繁发生,易在近海引发风暴潮、巨浪等海洋动力过程。根据过去十年《中国海洋灾害公报》统计,平均每年有6.3次风暴潮过程和17.4次灾害性海浪过程在山东半岛近海发生,并造成直接经济损失达78.4亿元。本研究统计了1979年到2018年的台风和温带气旋过程,并根据路径进行分类。经过对比,南黄海转向型台风和江淮气旋在山东半岛发生最频繁,也最易致灾。

    该研究基于浪流耦合数值模式,对这四十年期间台风和温带气旋引起的海洋动力过程进行模拟,根据结果对山东半岛近岸不同类型台风、温带气旋引起风暴潮、海浪灾害的危险性分别进行评估,最终得到综合危险等级/指数分布。结果表明,台风风暴潮易影响山东半岛西岸,温带风暴潮易影响山东半岛北岸。海浪的危险性在海岬处最大,在海湾处最小,在一定程度上与风暴潮的危险性分布相反。

    该研究可帮助山东半岛确定不同类型海洋动力灾害的重点管理区,进而为沿海发展规划提供基础数据和技术参考。中国科学院海洋研究所莫冬雪助理研究员是论文第一作者,王宁博士和胡珀研究员为共同通讯作者。研究得到了国家自然科学基金、中国科学院海洋大科学研究中心重点部署项目共同资助。

    相关论文信息:

    Mo, D., Wang, N.*, & Hu, P.* (2024). Hazard assessment of dynamic marine processes during two extreme weather systems near the Shandong Peninsula. Journal of Sea Research, 201, 102520. https://doi.org/10.1016/j.seares.2024.102520

    Wang, N., Hou, Y.*, Mo, D.*, Li, J. (2021). Hazard assessment of storm surges and concomitant waves in Shandong Peninsula based on long-term numerical simulations. Ocean & Coastal Management, 213, 105888. https://doi.org/10.1016/j.ocecoaman.2021.105888

  • 原文来源:https://qdio.cas.cn/2019Ver/News/kyjz/202408/t20240829_7326898.html
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    • 编译者:liguiju
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    • 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.
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    • 编译者:liguiju
    • 发布时间:2023-03-29
    • 近日,中国科学院海洋研究所胡石建研究团队在绕岛环流理论方面取得重要进展,研究得到了三岛屿绕岛理论解析解,并成功应用于印尼贯穿流流量估计,相关成果在JCR一区期刊Frontiers in Marine Science杂志(IF:5.247)发表。 绕岛环流理论由澳大利亚物理海洋学家J. Stuart Godfrey提出(Godfrey, 1989),其理论核心是在Sverdrup关系的风生环流基础上同时考虑沿着岛屿(如澳大利亚、新西兰等)海岸对压强梯度的积分必须为零这一限定条件。Godfrey(1989)同时借鉴了Stommel(1948)和Munk(1950)的研究方法而考虑了摩擦边界层。Godfrey的绕岛环流理论成功应用于印尼贯穿流的研究中,成为印尼贯穿流研究领域的经典理论工具而被反复使用。但是,由于Godfrey的绕岛环流理论进行了大量简化,基于原始绕岛环流估算的印尼贯穿流流量与实际观测值存在显著偏差,前人就如何改进Godfrey绕岛环流理论进行了大量探索。 改进Godfrey绕岛环流理论的一个方向是考虑更接近真实地形的岛屿分布和更复杂的摩擦效应。胡石建研究团队在Wajsowicz (1993)、Pedlosky et al. (1997)、Lian et al. (2017)和Yang et al. (2020)等前人研究工作基础上,考虑了三岛屿情形的海陆分布,设计了多种具有不同岛屿分布的理想化地形,采用了相应地形条件下的侧向摩擦和底摩擦,推导得到了穿过岛屿间海峡的流函数和流量解析解。相比于前人的研究,三岛屿海陆分布显然更接近真实的印尼海域情形,同时可以考虑北太平洋风场的影响和更为复杂的摩擦效应。 团队基于所得到的三岛屿绕岛环流解析解,估算了印尼贯穿流的体积输运并与INSTANT观测、MITF等观测时间序列以及前人的理论值进行了对比。结果表明该三岛屿绕岛环流理论可以很好地再现印尼贯穿流体积输运的平均值和年际变化,相较于原始的Godfrey绕岛环流理论具有明显的进步。研究团队进一步基于该解析解开展了敏感性试验,研究了岛屿分布、海峡通道尺寸、摩擦边界层厚度等因素变化对多岛屿绕岛环流框架下印尼贯穿流输运估计的影响,得到了一些有意义的结果。 研究团队在三岛屿绕岛环流理论研究方面的进展对印尼贯穿流和印太跨海盆相互作用相关研究领域具有重要科学意义。中国科学院海洋所与山东科技大学联合培养硕士研究生史万里为论文第一作者,中国科学院海洋所研究员胡石建为论文通讯作者。研究得到了中国科学院创新交叉团队项目、中国科学院战略先导科技专项和山东省自然科学基金等项目资助。 论文信息:Shi, W., S. Hu*, and H. Ma (2023), The island rule with multi-islands and its application to the Indonesian Throughflow, Frontiers in Marine Science, 10, 1145506, doi:10.3389/fmars.2023.1145506.