波浪数学模型中谱分割功能的应用

海洋风浪的数值模拟常以全谱有效波高作为模拟结果,并在验证时将它与实测风浪记录相对比.实际上,全谱中既包含了当地风浪部分,也包括了外海传入的涌浪部分,其有效波高在物理意义上并不等价于风浪波高.采用海浪模型WAVEWATCH-III和MIKE21-SW进行西北太平洋海域的风浪后报,并应用模型的谱分割功能,可对完整的波谱进行分割,分离出风浪和涌浪部分.数值计算结果对比证实:利用该功能得到的分离波高不仅能提高风浪模拟的精度,也使波能状态信息更加完善.另外,对比发现WAVEWATCH-III相对于MIKE21-SW表现出更好的效果.建议在模拟有涌浪成分的风成浪时应采用谱分割功能.     

新岸线下近期台风暴潮模拟

围垦工程显著改变了海岸线.基于大小网格嵌套数值模型,对新岸线地形下浙江海域的天文潮进行数值模拟,经实测资料验证,符合良好;进而对近期严重影响浙江的0908号及1211号台风风暴潮进行计算,结果表明,嵌套模型的模拟精度较非嵌套模型有显著提高,台风期间最高潮位的模拟精度可改善24~63cm.基于嵌套模型对比分析了岸线变化前后沿岸的风暴潮位,发现围垦工程后,瓯江、鳌江和飞云江沿岸的高潮位增加了6~20cm;低潮位相对降低了4~15cm,潮位曲线被拉伸,潮差增大.此外,新岸线下0908号台风期间浙江南部海域高潮时段的增水可达1.2~1.5m,大增水持续作用2~3h;1211号台风期间,登陆点右侧最大增水为1.8~2.2m,大增水持续作用约4h.开展新岸线下的台风暴潮研究,对海洋防灾减灾和沿海排涝有重要的意义.     

西北太平洋海浪数值模拟

以QSCAT／NCEP全年的风场资料为驱动风场,用第三代深海波浪模型WAVEWATCH Ⅲ（WW3）建立波浪后报数值模式,进行西北太平洋海域波浪的数值模拟,旨在得到比传统的波浪统计方法更为精确的时空网格上长时序的波浪场,以便做出更可靠的波浪要素的统计分析．经对比QSCAT／NCEP风场资料与船测的风速资料、水下地形资料（由上海海图出版社出版的最新海图经数字化转化而成）和海浪有效波高计算值与船舶实测值（相关系数在0．9以上）,从三个方面验证了计算结果的精确性．此外,建立了集分析数据和图像输出一体化的后处理系统．根据计算所得的西北太平洋全年的波浪要素值,对此海域的全年海浪的时间和空间分布特征进行分析,进行了综合评价．计算结果和统计数据可以直接应用于科学试验、船舶与海洋工程．     

台风引起网箱内水体动荡模拟装置的制作与应用

在水产养殖业中,每年台灾过后,都会造成海水网箱养殖鱼类不同程度的损失,为此设计制作了一件拆装方便、操作简单,在室内方便可行的水体激烈动荡模拟装置,以用于研究台风期间风浪引起海水养殖网箱内水体激烈动荡对养殖鱼类的影响.该模拟装置对大黄鱼(Pseudosciaena crocea)24 h不同强度的动荡测试结果表明,水体动荡模拟器重复性佳、操作简便、无水体死角,且可以通过调控水体动荡的幅度模拟不同强度台风引起的风浪,适合进行台风引起海水养殖网箱内水体动荡的室内模拟实验.     

用调整边界层湍流系数的QNSE方案模拟夏秋季沿海大风的应用研究

利用WRF模式,采用YSU、QNSE边界层参数化方案以及调整参数后的QNSE边界层参数化方案（MQNSE）,对2009年7月梅雨个例、2015年苏迪罗台风以及2013年10月的近海大风进行了模拟试验,并对模拟结果进行对比检验,着重检验参数调整后的QNSE方案模拟沿海大风效果.研究结果如下：参数调整后的QNSE边界层参数化方法改进了对沿海风场的模拟效果,尤其是当风速小幅脉动时,参数调整后的QNSE方案较接近于实况风速的波动.通过登陆台风个例模拟试验和对沿海10个岛屿观测站的490个样本统计检验表明,参数调整后的QNSE方案较YSU和原QNSE方案的绝对误差（AE）和相对误差（RE）小,表明调整后的方案对海上风速模拟能力有了一定提高.在对连续1个月的沿海风场模拟试验对比中发现,参数调整后,海上过大的风速模拟值明显降低,模拟效果更趋近于实况.     

用正压原始方程预报台风路径的试验的初步报告

本文对正压半隐式跳点格式的模式,在地图投影公式、地转参数、区域和格距大小等方面的处理,作了适当的改进,在此基础上,用来作台风路径的数值预报。对十几个台风个例进行了试验,试验结果表明,我们拟订的数值预报方案,具有一定的实用价值,我们还对1976年第09号台风进行了一次实际试报。当时对该台风的去向,有报北上的,有报西行登陆的,也有报南下的,只有我们和浙江省气象台预报台风将在海上转向。所报的路径与台风实际路径相符。     

基于AR法的沿海地区强台风风场模拟研究

台风风场模拟是研究各类高耸构筑物、大跨度桥梁和大型空间结构风致破坏机理的重要基础.基于不随高度变化的台风功率谱、自回归法和竖向相关性简化表达式模拟了沿海地区的强台风风场模型;得出了给定平均风速条件下,不同高度处的脉动风风速时程曲线.结果表明,模拟谱的功率谱密度与目标谱较为一致,模拟风速可用于结构的风振响应分析.     

利用WRF数值模拟分析小型超强台风“桑美”

利用中尺度数值模式WRF,结合WRF Var三维变分系统,同化了雷达资料和常规、非常规观测资料,对2006年第8号小型超强台风“桑美”进行数值模拟试验.结合实况验证,WRF较好地模拟本次台风暴雨过程,基本反映实况台风演变过程.利用模式输出的具有高时空分辨率的模拟结果对“桑美”台风短时强暴雨进行诊断分析,表明“桑美”台风具有较好的对称性结构,涡旋结构紧密,云团内部气流强烈辐合上升,这是降水高度集中的动力因素;中尺度辐合带以及强回波带始终环绕中心眼区呈同心圆形状逆时针旋转,验证了台风螺旋云带的形成是产生台风暴雨的一个必要条件,“桑美”螺旋辐合带靠近台风中心,范围小、弧状明显;风切变所产生的低层辐合为强对流低层发生的动力之一;“桑美”引起的暴雨属于台风区内暴雨,具有相当充沛的水汽条件,并且水汽对降水的作用主要在中低层,以低层最强;各物理量场相互之间都有很好的对应,说明台风暴雨的发生和维持需要大尺度环境场、动力条件和水汽条件等的配合.     

0414号台风登陆过程的诊断与模拟分析

利用非静力平衡中尺度模式MM5对0414号台风从2004年8月11日00时～14日00时（UTC）进行模拟,结合浙江省稠密的AWS资料、雷达资料、卫星云图对这次台风登陆过程进行分析,结果表明中尺度模式对登陆台风的路径、强度、降水具有较强的模拟预报能力．台风登陆前副热带高压呈坝状发展,副高南缘超地转低空急流加强,以及登陆前台风周围的风速呈现东北象限最大,西南象限最小的分布状况,是造成台风登陆前加速西折的原因．高层辐合中心的维持有利于台风强度增强．台风螺旋雨带前沿存在中尺度热力性低压,在海陆间中尺度锋区的热力条件支持下,低压扰动获得发展,降水加强．水汽输送通道维持与内陆水体和饱和湿土的潜热输送是台风登陆后久留不散的原因．台风登陆后水汽源提供由孟加拉湾和南海转变为西太平洋．     

HH模型阈值特性分析及参数空间拟合

通过寻求HH(Hodgkin-Huxley)模型中参数的变化与阈值变化之间的关系,得到神经元的阈值特性.首先,根据神经元阈下离子通道的特性来对四维HH模型做一定的简化,使所得到的二维简化模型保持原有四维HH模型的阈值特性.然后,用相平面法来对简化模型的阈值特性进行定性分析,给出了参数变化与二维简化模型中的鞍点电压值变化之间的关系.最后,把四维HH模型的数值仿真结果与相平面分析结果进行对照,发现可用鞍点附近动力学特性来反映阈值特性.在定性上,这是一种寻求参数变化与阈值变化关系的方法,也是分析阈值下参数空间的手段.     

基于神经网络集合预报的台风路径预报优化

针对目前台风路径预报研究中存在的预报精度不高、预报时次高耦合等缺陷,提出了一种基于神经网络集合预报的台风路径预报优化模型。运用混合模式集合预报思想和反向传播的多层前馈训练机制,充分挖掘数据特征,解决了单集合预报的固化性问题和单神经网络预报模型的随机性问题,为现有台风数值预报方法和人工智能技术的结合提供了新思路。以2018年活动在西北太平洋、南海地区的台风为样本进行对比实验,结果表明,60 h内的预报精度均得到了提高,一定程度上反映了该模型的实际应用价值。     

基于FOA-FSVM的RF模式台风期阵风精细化预报

For the sake of improving the accuracy of forecasting wind speed during typhoon strike in WRF model forecast, a new method for precision forecasting of typhoon wind speed is proposed by combining the data collected from the WRF model forecast and an automatic observation station. The method incorporates many factors influencing the typhoon wind speed. The wind speed which is obtained using the traditional human prediction produces large error when compared with actual wind speed. To address this issue, a fuzzy support vector regression model for wind forecasting is built. Considering the fact that the fuzzy support vector regression model is not adequately efficient in determining the punishment factor and kernel parameter, the fly optimization algorithm is introduced into optimizing the parameters of the fuzzy support vector machine. According to the characteristics of the wind speed regression, the fruit fly optimization algorithm is developed in three dimensional space, combining with the enhancement factor γ for improving the global optimization ability of traditional fruit fly optimization algorithm. The results show that the forecasting wind speed and the actual one is in good agreement with each other, and the correlation is as high as 99％. The presented method of wind speed prediction provides higher accuracy than that of traditional FOA-FSVM model and FOA-SVM model.     

赤道平流层纬向风的准2年振荡与浙江台风的初步研究

通过研究赤道平流层线同风的准2年振荡（QBO）和浙江台风的关系,指出：浙江台风多发生在赤道平流层纬向风的东西风转向时期;在赤道平流层QBO为西风年时,浙江发生台风的总天数较多,在赤道平流层QBO的西风时段的内发生台风的总个数和总天数都较多,在东风时段,每个台风的生命史较长,厄尔尼诺和拉尼妇使当年浙江台风的总天数编少,厄尔尼诺年使浙江台风的生命史较长,而拉尼娜则相反。     

福建登陆北上台风对杭州影响的对比分析

利用自动站观测资料、探空资料和全球预测系统（global forecast system,GFS）分析资料,结合统计分析、合成分析、对比分析以及物理量诊断等方法,对5个福建登陆北上并严重影响杭州的台风进行了分析,结果表明：（1）福建登陆北上影响杭州的5个台风可以分为两类,一类是福建登陆北上越过30°N（北上台风）,另一类是刚进入浙南就减弱为低压（1010号莫兰蒂台风）。北上台风对杭州造成了大风和暴雨双重影响,而1010号莫兰蒂台风主要带来的是暴雨。（2）在北上台风对杭州产生较大影响时,其合成台风中心位于福建中部地区,东南风低空急流和偏南风低空急流显著,杭州处于台风环流第一象限两支急流的交汇处,利于产生暴雨、大风;而在1010号莫兰蒂台风对杭州产生较大影响时已减弱为热带低压环流,其北部倒槽与西风带冷空气相结合是产生特大暴雨的主要原因,低压环流与副高之间的偏南风急流也有利于暴雨形成。（3）两类台风虽然部分指数和空间热动力结构相近,但北上台风的水汽条件和动力条件更好,而1010号莫兰蒂台风在冷空气切入和斜压性增强作用下,具备更高的对流有效位能,出现对流性强降水的可能性更大。     

福建登陆北上台风对杭州影响的对比分析

利用自动站观测资料、探空资料和全球预测系统（global forecast system,GFS）分析资料,结合统计分析、合成分析、对比分析以及物理量诊断等方法,对5个福建登陆北上并严重影响杭州的台风进行了分析,结果表明：（1）福建登陆北上影响杭州的5个台风可以分为两类,一类是福建登陆北上越过30°N（北上台风）,另一类是刚进入浙南就减弱为低压（1010号莫兰蒂台风）。北上台风对杭州造成了大风和暴雨双重影响,而1010号莫兰蒂台风主要带来的是暴雨。（2）在北上台风对杭州产生较大影响时,其合成台风中心位于福建中部地区,东南风低空急流和偏南风低空急流显著,杭州处于台风环流第一象限两支急流的交汇处,利于产生暴雨、大风;而在1010号莫兰蒂台风对杭州产生较大影响时已减弱为热带低压环流,其北部倒槽与西风带冷空气相结合是产生特大暴雨的主要原因,低压环流与副高之间的偏南风急流也有利于暴雨形成。（3）两类台风虽然部分指数和空间热动力结构相近,但北上台风的水汽条件和动力条件更好,而1010号莫兰蒂台风在冷空气切入和斜压性增强作用下,具备更高的对流有效位能,出现对流性强降水的可能性更大。     

2013年“菲特”台风暴雨数值模拟中微物理方案的对比试验

利用TRMM（热带测雨雷达）搭载的TMI（微波成像仪）反演廓线资料,分析“菲特”台风登陆前、后云团内部水凝物的分布种类,依此选择WRF区域中尺度模式下符合条件的6个云微物理过程参数化方案（Lin,WSM6,Godgce,WDM6,Morrison以及Thompson方案）,模拟2013年10月6~8日的台风过程.从降水落区、强度,水凝物及风场垂直分布,台风路径及强度等方面对预报性能进行对比,结果表明,选用的6个云微物理方案都较好地模拟了浙江暴雨的范围和强度.结合Ts评分,降水量级越大,模拟效果对云微物理方案选择越敏感,其中,Lin方案效果最佳,尤其对极端降水的模拟,其次为WSM6、WDM6及Thompson方案,Morrison和Godgce方案相对较差.结合水凝物平均值廓线分布发现,除WDM6方案外,其他方案对暖雨过程的模拟基本一致,而对冰相过程的模拟6个方案差别较大;同时,各方案对风分量的模拟结果较水凝物廓线差别小,说明对于动力因素模拟不敏感.另外,6个方案对于台风强度的模拟整体偏弱,相较之下,Lin方案较好地模拟了强度变化趋势.     

江淮持续性暴雨前期热带印度洋海温影响初析

热带印度洋是最强最稳定的江淮持续性暴雨中期海温信号区.在此基础上,利用28年气候逐候资料,根据该信号区海温与后期OLR（Outgoing Longwave Radiation）场和环流场的相关分析以及典型持续性暴雨过程的合成分析,初步探究了其对江淮持续性暴雨形成的中期影响机制.研究结果表明,前期信号区海温异常可通过以下3种途径对江淮持续性暴雨过程的发生产生影响.过程发生前5候至前4候热带印度洋偏高的海温及其引起的热带对流异常,导致热带偏北印度洋至热带西太平洋上异常的准纬向环流形成,削弱印度洋上的Walker环流和西南季风,有利于西太平洋副高偏强.偏高的海温有利于过程发生前4候北大西洋急流出口区右侧脊发展,还可影响此异常波动的东传,对欧亚波列的发展作出重要贡献.过程发生前3～2候,该波列东传所伴随的环流调整导致南亚高压加强、中国东部槽发展、西太平洋副高加强.另外偏高的海温还有利于过程发生前2～1候110～140°E经向异常环流的形成,该异常环流削弱热带季风经圈环流,使南海-西太平洋热带辐合带偏南,有利于副高西伸.     

台风灾害下多种公路构筑物快速智能风险评估

针对台风灾害下公路上构筑物种类多样、数量众多的特点, 提出一种快速化、智能化的公路台风灾害风险评估模型. 在对公路灾害风险的可能性分析中, 建立边坡、桥梁、隧道出入口、路基以及路面统一框架下的三层灾害风险事故可能性指标体系, 其中承灾体自身因素的底层指标根据不同构筑物特点, 从关键风险指标、构筑物自身状况和承灾体破坏因子三个方面选取, 从而使自动化、智能化评估成为可能; 在对公路灾害风险损失的定量计算中, 将事故可能性和事故损失耦合, 实现公路事故损失的风险评估自动化; 更加注重事故预防性和智能巡检, 建立了侧重于事故可能性的非对称公路灾害风险计算方法, 风险评估结果量化在0到1的范围内. 开发出相关的智能化风险评估系统平台, 实现对2019年8月10日台风“利奇马”影响下的宁波市国省道公路的自动化、智能化灾害风险评估, 结果表明, 该评估模型能够快速、准确地形成台风灾害下公路上多种构筑物的风险评估, 便于筛选重点巡检对象.