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董昌明 LIM KAM SIAN Kenny Thiam Choy 蒋星亮 曹玉晗 嵇宇翔 王森 余洋 陆晓婕 周书逸 韦销蔚 BETHEL Brandon Justin 徐广珺 董济海 孙文金 王海丽 单海霞 王锦 王东霞 滕芳园 曹茜 谢文鸿 游志伟 王子韵 林连杰 《海洋科学进展》2022,40(4):660-683
海洋预报是进行海上活动的安全保障,海洋预报系统技术已经成为现代海洋气象业务的技术支撑。海洋观测、数据同化、数值模拟和高性能计算机等技术的进步极大地推动着海洋业务化预报的发展。采用大气数值模式（WRF）、海洋数值模式（CROCO）和海浪数值模式（SWAN）的多模式高分辨率离线耦合方式,添加南京信息工程大学“海洋数值模拟与观测实验室”团队自主研发的一系列海洋模式参数化方案,包括浪致混合参数化方案、亚中尺度参数化方案、海山诱导混合参数化方案以及涡旋诱导的沿等密度面和跨等密度面混合参数化方案,并通过同化技术和最新的人工智能技术与观测资料相结合,构建一种面向中国边缘海的风浪流多参数耦合预报系统,用于海上风电功率的预报和其他海洋灾害预警。实际观测资料的验证表明,该预报系统能较准确地模拟海上风场、海流、海温、波浪、潮汐等海洋气象要素。同时实现了按需实时可视化全景展示。 相似文献
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海浪预报方法综述（二） 总被引：1，自引：0，他引：1
四、海浪的数值预报方法 到目前为止,海浪的数值预报模式基于谱组成波的能量平衡方程以数值计算方法而建立的,实质上都是以下述能量平衡方程为基本方程:式中F是二维波谱,是频率f、传播方向θ、时间t和位置x的函数,Cg为波群速度,S为源函数,包括风作用项S_（in）、消衰项S_（ds）（包含波的破碎消衰、涡动粘性和逆风引起的消衰,浅水中海底和地形引起的消衰等）、波与波之间相互作用引起的非线性能量传输项S_（n1）。所谓海浪数值预报,就是将上述微分方程（或者是近似公式）进行数值积分。虽然不同的研究者采用描述组成波成长的方程有相同的形式,但由于所用的源函数不同,所以提出的数值模式就很多。经SWAMP小组对比,大致分三类:一是非耦合离散型模式（Decoupled Propa-gation）,简称DP模式;二是耦合混合型模式（Coupred Hybrid）,简称CH模式;三是耦合离散型模式（Coupled Discrete）,简称CD模式。并根据各类模式的功能,将DP模式划为第一代海浪模式,CH和CD模式为第二代海浪模式。 相似文献
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《海洋预报》1989,(Z1)
所有模式可分为三类[非耦合传播型（DP）、耦合混合型（CH）和耦合离散型（CD）],上述七种用于相互对照的试例揭示了各模式的不同特征。本研究提供了波浪模拟现状的一些观点,同时也暴露了许多有待进一步研究的不足之处。主要的结论可以归纳为以下几点: 1.第一代DP模式和推广的第二代CH和CD模式,在原理上都是基于不同形式的波谱能量平衡,在风浪成长过程中显示出时间与空间变量之间明显不同的关系。因而,在所有风场中,DP型模式与CH型模式或者CD型模式欲达到一致是不可能的。如果所有模式都处于有限风区成长的状况,那么在有限风时的情况下,DP型模式比CD型（或CH型）模式成长约快1.5倍。 相似文献
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南海及邻近海域大气-海浪-海洋耦合精细化数值预报系统研制 总被引：2，自引：1，他引：1
本文主要介绍了南海及邻近海域大气-海浪-海洋耦合精细化数值预报系统的研制概况。预报区域为99°E~135°E，15°S~45°N，包括渤海、黄海、东海和南海及其周边海域。为了给耦合预报模式提供较准确的预报初始场，在预报开始之前，分别进行了海浪模式和海洋模式的前24小时同化后报模拟。海浪模式和海洋模式都采用了集合调整Kalman滤波同化方法，海浪模式同化了Jason-2有效波高数据；海洋模式同化了SST数据、MADT数据和ARGO剖面数据。为了改进海洋温度和盐度的模拟，我们在海洋模式的垂向混合方案中引入波致混合和内波致混合的作用。预报系统的运行主要包括两个阶段，首先海浪模式和海洋模式进行了2014年1月至2015年10月底的同化后报模拟，强迫场源自欧洲气象中心的六小时的再分析数据产品。然后耦合预报系统将同化后报模拟的结果作为初始场进行了14个月的耦合预报。预报产品包括大气产品（气温、风速风向、气压等）、海浪产品（有效波高和波向等）、海流产品（温度、盐度和海流等）。一系列观测资料的检验比较表明该大气-海浪-海洋耦合精细化数值预报系统的预报结果较为可靠，可以为南海及周边海洋资源开发和安全保障提供数据和信息产品服务。 相似文献
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基于CCMP卫星遥感海面风场数据的渤海风浪模拟研究 总被引：6，自引：0，他引：6
CCMP（Cross Calibrated Multi-Platform）风场数据是一种具有较高的时间、空间分辨率和全球海洋覆盖能力的新型卫星遥感资源。在充分分析CCMP海面风场数据可靠性的基础上,以该卫星遥感海面风场数据为强迫输入项,运用第三代浅水波浪模式SWAN对渤海一次风浪过程进行了模拟,将模拟的结果与T/P、Jason卫星高度计观测得到的有效浪高数据进行比较分析,发现两者相关性达到0.78,模拟结果平均偏高0.3 m。试验表明CCMP卫星遥感风场数据能满足海洋浪高预报需求,能在海洋数值预报和海洋环境研究中发挥重要作用。 相似文献
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黄河三角洲区域的波流相互作用数值分析 总被引：1，自引：0，他引：1
将三维水动力-生态模式COHERENS与第三代波浪模式SWAN结合起来,采用该耦合模式数值计算了黄河三角洲的波浪特征波高与特征周期情况,从而探讨水流和波动水位对波浪特征波高和特征周期计算结果的影响。总的说来特征波高、特征周期、流速的计算结果与观测值吻合得较好,说明了COHERENS模式和SWAN模式相结合而成的波流耦合模式能够较好地计算黄河三角洲地区的流场与浪场情况。研究这些动力因素的机制和时空变化规律,对于研究海岸、河口的泥沙运动,海岸侵蚀的机理,合理开发利用自然资源,防止海洋灾害具有十分重大的意义。 相似文献
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厄尔尼诺-南方涛动(El Niño-Southern Oscillation, ENSO)是地球气候系统中最强的年际变率信号, 起源于热带太平洋海气相互作用过程, 并对全球的天气和气候等产生显著的影响。过去几十年来, 广泛、深入而细致的海气相互作用研究致力于发展和改进海气耦合模式以用于ENSO模拟和预测, 各种类型的海气耦合模式应运而生。经过半个多世纪的努力, ENSO数值模式及其应用已经取得了巨大进展, 包括已发展了一些高度理想化的概念(concept)模型来解释ENSO准周期性循环(包括正负反馈机制等); 同时也已发展了几类复杂程度不同的海气耦合模式并用于对ENSO的真实模拟和实时预测等研究, 尤其是已能提前6个月或更长时间对ENSO事件的发生和发展等进行有效的实时预测。其中最为复杂的模式是基于原始方程组的大气环流模式(Atmospheric General Circulation Models, AGCMs)与海洋环流模式(Oceanic General Circulation Models, OGCMs)等所组成的环流型耦合模式(Coupled General Circulation Models, CGCMs), 这类模式变量取为完全变量的形式(如总的海表温度场, 其可以分解为气候态部分和年际异常部分), 还考虑了尽可能详尽的物理过程及其参数化方案。中间型耦合模式(Intermediate Coupled Models, ICMs)是一类介于高度理想化概念模型与复杂的环流型耦合模式之间的简化模式, 其对应的控制方程组采用距平形式, 直接取大气和海洋年际异常场作为预报变量(如海表温度年际异常), 而相应的气候平均态部分则由对应的观测资料来给定; 大气与海洋模式间的耦合采用异常耦合(anomaly coupling)。混合型耦合模式(Hybrid Coupled Models, HCMs)是另一类简化的海气耦合模式, 其中海洋或大气模式有一个分量模式采用了简化的距平类模式(类似于ICMs),而另一个分量模式则采用环流型模式(General Circulation Models, GCMs); 如可采用统计的大气风应力年际异常模式与OGCM间的耦合而构建一种HCMOGCM,也可采用简化的海洋距平类模式(如ICM中的海洋分量模式)与AGCM间的耦合而构建另一种HCMAGCM。历史上, ICMs、HCMs和CGCMs等这几类耦合模式都在ENSO理论体系的发展、数值模拟和实时预测等方面都起到了重要作用。本文主要回顾作者与合作者所研发的ICMs和HCMs的构建、特点和应用例子等。 相似文献
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《海洋预报》1989,(Z1)
在第一代波浪模式中,每个谱分量根据线性的输入源函数（式（1.2））相互独立地发展,直到它接近于它的饱和状态,而且,不管其它谱分量的能量如何,它是通过普遍平衡分布来确定这种状态。即使由非线性传输导致的弱耦合,也只能给出一些较小的修正,并且以相当简单的一个或两个积分谱参数的方式把这种弱耦合参数化。因此,在这些模式中直接地将谱描述为二维离散的频率——方向能量“波群”数组,每个能量“波群”沿着它自己的射线以群速传播。并且在此期间,它们对这条特殊路径上的风有反应;所以,数值积分可以沿着单独的射线在自然坐标上积分,也可以在带有全体分量的普遍网格点上以一个离散的平流算子进行积分。我们把上面提到的这种非线性耦合的第一代波浪模式作为非耦合型传播模式 （DP）[虽然Barnett（1968）和Ewing（1971）的模式包括了非线性转换,但也包含了第二代波浪模式中遇到的耦合射线一些数值方面的复杂性。然而,波浪成长和谱形主要是受风输入的影响,而不是受非线性转换所支配,这里仍从物理上考虑,把这些模式分为第一代而不是第二代波浪模式]。 相似文献
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近年来,在有关数值预报方面,欧洲中期预报中心即ECMWF（European Centre forMedium Range Weather Forecasts）的名字越来越被人们所通晓。该中心的宗旨是应用数值模式制作7-10天的预报,由欧洲各国共同投资建立的,在它发布预报之前,就引起世界上数值预报工作者的关注。实际发布预报是从1979年夏季开始的。但是在不到一年的时间里,其准确率明显优于其他国家的数值模式,并且自那时以后一直处于世界上领先的地位（参看图1）。在ECMWF开始发布预报之前,美国气象局的预报准确率最高,在被ECMWF超过以后,在美国国内也引起哄动,有关人员曾被叫到学术会议上,受到严厉的质问,可见影响之大。其后,ECMWF在研究方面也非常活跃,似乎可以说,世界上的气象研究中心已从美国大气科学研究所（NCAR）转移到ECMWF。 相似文献
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《热带海洋学报》2017,(5)
为了提高对上层海洋的模式模拟准确性,为台风海气耦合模式提供更加合理的动量交换耦合方案,文章应用一个分粒径段的海洋飞沫函数给出一个新的海面拖曳系数CD计算方案,它体现了台风高海况条件下海洋飞沫层使海面拖曳系数数值减小特点。论文以2014年第15号台风"海鸥"经过南海强化观测区域时段作为个例,应用POM(Princeton Ocean Model)三维海洋环流模式进行数值模拟试验,结果发现低风速情况下,考虑海洋飞沫因素后的CD与传统计算方案数值相近,在高风速情况下,考虑海洋飞沫因素后的CD方案与模式传统计算方案不同,表现出随风速增长趋缓,直至随风速略有下降现象。与传统拖曳系数方案相比,采用新的拖曳系数方案后,模拟的台风条件下上层海洋的温度降温幅度、混合层深度加深幅度、温跃层强度减弱程度都略有减弱,这些模拟特征与观测事实更加接近。 相似文献
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台湾岛地处亚欧大陆和太平洋交界处,台风、东北季风等所引起的海洋灾害频繁,所以建立完备的海洋水文观测体系显得尤为重要。中国台湾自主建置完成的近海水文观测体系由资料浮标站、观测桩、潮位站、岸边气象站、雷达测波站等多种近海水文观测系统构建组成;同时,为确保观测体系的准确性和规范性,还建立了数据品质管理系统和标准化作业模式。在近海水文观测数据的分析方面,尝试应用新的数学分析方法,如通过EMD（empirical mode decomposition）方法探讨风暴潮水位变化,利用小波转换从雷达观测影像中分析近岸波浪信息,以及发展数据同化技术将观测数据应用于作业化波浪现报、预报模式。此外,近海水文观测体系在社会应用方面有着很大的发展潜质。 相似文献
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海浪和潮汐风暴潮耦合过程的数值研究 总被引：1，自引：0，他引：1
海浪和风暴潮是重要的海洋灾害。对它们的精确预测和预报对沿岸海洋灾害的风险评估及海洋工程的设计具有极其重要的社会和经济价值。过去人们本多对波浪和风暴潮单独进行预报。实际上，风既产生浪又产生风暴潮，因此它们的产生必然存在相互作用。本研究的目的就是要建立一个渤海高分辨率的双向耦合的海浪和潮汐风暴潮数值模式，研究各耦合机制的影响，以期为黄河三角洲沿岸风暴潮海浪漫堤、漫滩风险评估提供更为准确的海浪风暴潮预测预报结果。
作者在研究中基于国际上先进的第三代海浪数值模式和潮汐风暴潮模式，建立了渤海2''×2''的海浪和潮汐风暴潮耦合数值模式。耦合模式充分考虑了三个主要耦合物理机制：依赖海浪状态的表面风应力，波-流相互作用底应力和辐射应力。波浪模式主要基于国际上第三代WAM模式，并对其进行了浅水效应的改进，以包括浅水深度破碎引起的能量耗散；潮汐风暴潮模式计算中开边界考虑了10个主要分潮K1，O1，P1，Q1，M2，S2，N2，K2，Sa，Ssa。依赖海浪状态的表面风应力取自Donelan等(1993)的结果,波-流相互作用底应力取自Signell等(1990)对 Grant and Madsen(1979)简化的结果，辐射应力以海浪谱表示。耦合计算中，两个模式通过三个耦合机制双向传递所需参量。
运用胜利油田中心一号观测的2个同步浪、潮、流资料对所建的耦合模式进行了检验，并通过耦合和非耦合模式结果的对比对各耦合机制的影响效应进行分析研究。研究结果表明，不同物理机制对波高的影响主要由能量方程中以辐射应力表示的波流相互作用所决定；在波-潮耦合作用中，依赖波令的表面风应力和辐射应力对水位是正效应，而波流相互作用底应力对水位是负效应。三个物理机制的综合净效应是正，可增加水位达25cm。比较显示，耦合模式的结果无论对波高还是水位都比非耦合模式的结果好，特别在峰值处。
本研究显示耦合模式的结果将改进海浪和风暴潮的模拟精度。所建立的耦合模式将对渤海海浪和风暴潮预报精度的提高，以及为黄河三角洲近岸海浪和风暴潮灾害的风险评估，提供更可靠的参数，具有重要的价值。 相似文献
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对南海台风浪的探讨 总被引：3，自引：0，他引：3
本文根据1964年至1987年在南海产生发展的台风的风场资料以及波浪观测结 果,总结出处于不同发展阶段的南海台风浪分布的模式以及相应的波高预报关系 式。 结果发现（1）在南海台风的初生阶段,台风区内的波浪主要属于风浪性质。 （2）在南海台风的发展阶段,台风区内的波浪是一种混合浪,风浪的主浪向沿着 风向从台风边缘向内传播,它是对数螺线,而涌浪则是从台风中心附近最大风速区 内向外散播,台风区内的浪主要是这两种浪的叠加。（3）在南海生成的台风内的 波高分布与西北太平洋台风不同,但当西北太平洋台风移入南海后,其波高的分布 逐渐变为与在南海生成的台风的波高分布相接近。（4）台风在广东及海南登陆后, 其台风浪的减弱情况随登陆地段而有不同。 最后用香港横栏岛和南海北部的一些波浪自记仪记录以及沿岸海洋站的波浪 观测结果对预报作了验证,波高的预报值与观测值符合比较良好。 相似文献
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海浪和潮汐风暴潮耦合过程的数值研究(英文) 总被引：1，自引：0，他引：1
海浪和风暴潮是重要的海洋灾害。对它们的精确预测和预报对沿岸海洋灾害的风险评估及海洋工程的设计具有极其重要的社会和经济价值。过去人们大多对波浪和风暴潮单独进行预报。实际上,风既产生浪又产生风暴潮,因此它们的产生必然存在相互作用。本研究的目的就是要建立一个渤海高分辨率的双向耦合的海浪和潮汐风暴潮数值模式,研究各耦合机制的影响,以期为黄河三角洲沿岸风暴潮海浪漫堤、漫滩风险评估提供更为准确的海浪风暴潮预测预报结果。作者在研究中基于国际上先进的第三代海浪数值模式和潮汐风暴潮模式,建立了渤海2′×2′的海浪和潮汐风暴潮耦合数值模式。耦合模式充分考虑了三个主要耦合物理机制:依赖海浪状态的表面风应力,波-流相互作用底应力和辐射应力。波浪模式主要基于国际上第三代WAM模式,并对其进行了浅水效应的改进,以包括浅水深度破碎引起的能量耗散;潮汐风暴潮模式计算中开边界考虑了10个主要分潮K1,O1,P1,Q1,M2,S2,N2,K2,Sa,Ssa。依赖海浪状态的表面风应力取自Donelan等(1993)的结果,波-流相互作用底应力取自Signell等(1990)对GrantandMadsen(1979)简化的结果,辐射应力以海浪谱表示。耦合计算中,两个模式通过三个耦合机制双向传递所需参量。运用胜利油田中心一号观测的2个同步浪、潮、流资料对所建的耦合模式进行了检验,并通过耦合和非耦合模式结果的对比对各耦合机制的影响效应进行分析研究。研究结果表明,不同物理机制对波高的影响主要由能量方程中以辐射应力表示的波流相互作用所决定;在波-潮耦合作用中,依赖波令的表面风应力和辐射应力对水位是正效应,而波流相互作用底应力对水位是负效应。三个物理机制的综合净效应是正,可增加水位达25cm。比较显示,耦合模式的结果无论对波高还是水位都比非耦合模式的结果好,特别在峰值处。本研究显示耦合模式的结果将改进海浪和风暴潮的模拟精度。所建立的耦合模式将对渤海海浪和风暴潮预报精度的提高,以及为黄河三角洲近岸海浪和风暴潮灾害的风险评估,提供更可靠的参数,具有重要的价值。 相似文献
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中等海况下,星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)已经广泛应用于海洋动力环境要素的监测(风场、波浪、流场)。近年来,SAR高海况遥感,尤其是探测台风海面风场、巨浪、流场已经成为国内外研究热点,并突破了一些关键技术。利用SAR多极化成像模式对海观测和新发展的地球物理模式函数,可以提取高海况下的海面风速、风向、有效波高、流速和流向等海洋表面关键物理参数。这些环境要素可以用于海洋灾害监测预警;为海洋和大气数值模式提供准确的初始场和同化源,改进模式预报精度;为研究全球气候变化提供有力的观测依据。 相似文献
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Takeshi Uji 《海洋预报》1989,(Z1)
15.1 前言 MRI波浪模式是由日本气象研究所研制,作为日本气象厅例行日常预报的波浪模式。该模式是在Uji和Isozaki（1972）、Isozaki和Uji（1983）,Uji（1975）工作的基础上做了一些修改,现在用于西北太平洋波浪预报业务。该模式的网格间距381公里,时间步长6小时。风场由Cardone（1969）的风模式计算。这个模式需要海表面水温、大气压力和气温。在预报开始之前,输入客观分析的气压和气温,未来的气压和气温用日本气象厅的四层北半球模式的预报结果,海表面水温则根据15年资料的月平均海面温度。 相似文献
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21世纪初海洋预报系统发展现状和趋势 总被引：1，自引：0，他引：1
海洋预报是一切海上活动的基础,人类社会需求驱动着海洋预报的发展。海洋观测、数据同化、数值模拟和高性能计算机等技术的进步推动着全球海洋业务预报的发展。国际先进的海洋数值模式有NLOM、NCOM、HYCOM、NEMO、MOM、POM和ROMS等。在GODAE和GODAEOceanView项目期间,通过国际合作和交流,全球海洋业务预报系统得到快速发展。21世纪初,全球海洋预报系统水平分辨率最高达到1/32°,预报时效一般为一周,部分海洋预报系统能够预报诊断海洋涡旋和海洋锋等。未来海洋预报系统的分辨率和预报精度将继续提高,预报要素扩展到海洋生态和生物地球化学等学科。海洋数据同化技术、海洋物理过程参数化方案和模式耦合技术是推动海洋预报发展的重要研究方向。 相似文献