風暴潮的預報及進展

風暴潮預報及進展提綱風暴潮預報的基礎理論、知識、概念國內(nèi)外風暴潮災害風暴潮預（警）報技術發(fā)展典型風暴潮預報個例未來發(fā)展方向

風暴潮與潮汐有著密不可分的關系，風暴潮是在驗潮站的觀測值中分離了潮汐而獲得的，因此要想了解風暴潮的有關信息，首先要對潮汐這一自然現(xiàn)象有所了解。潮汐1.風暴潮預報的基礎理論、知識、概念

潮汐測量手段很多，主要包括采用水尺、浮子式、引壓鐘式、聲學式、壓力式驗潮儀，而GPS驗潮及潮汐遙感測量等技術研究國內(nèi)外正在開展，所有這些驗潮技術都各有自己的特點。海洋局大多數(shù)驗潮站采用的是浮子式驗潮儀，也有部分站采用的是聲學式驗潮儀。1.風暴潮預報的基礎理論、知識、概念

自動驗潮儀和井內(nèi)水尺1.風暴潮預報的基礎理論、知識、概念潮汐類型

依據(jù)各海區(qū)高、低潮的變化情況將潮汐變化分為以下幾種類型。潮汐類型也稱潮汐性質。（1）正規(guī)半日潮（2）不正規(guī)半日潮混合潮（3）不正規(guī)日潮混合潮（4）正規(guī)日潮1.風暴潮預報的基礎理論、知識、概念大潮、小潮

在一個朔望月里（29.5天）里，當朔（當月亮處于太陽和地球之間，它的黑暗半球對著地球為“朔”）或望（當?shù)厍蛱幱谠铝僚c太陽之間時，月亮被太陽照亮的半球朝向地球為“望”）時，月球和太陽的引潮力方向一致，在半日潮海區(qū)產(chǎn)生的潮差最大，稱為“大潮”。

一年中潮位達到最高時稱為年天文大潮期，渤黃海地區(qū)通常出現(xiàn)在7、8、9月份，東海出現(xiàn)在8、9、10月份，南海出現(xiàn)在10、11月份。

1.風暴潮預報的基礎理論、知識、概念

我國沿海潮差的分布總的趨勢是東海最大，黃、渤海次之，南海最小。杭州灣潮差可達7～8米江蘇、閩浙沿岸潮差可達5～6米渤海第三，天津塘沽沿岸潮差為3～4米南海最小，廣東沿岸潮差2～4米

1.風暴潮預報的基礎理論、知識、概念風暴潮定義1.風暴潮預報的基礎理論、知識、概念由于熱帶氣旋、溫帶天氣系統(tǒng)、海上颮線等風暴過境所伴隨的強風和氣壓驟變而引起的局部海面振蕩或非周期性異常升高（降低）現(xiàn)象。注1：風暴潮中局部海面震蕩或非周期異常升高現(xiàn)象稱為風暴增水，簡稱增水；風暴潮中局部海面震蕩或非周期異常降低現(xiàn)象稱為風暴減水，簡稱減水。

風暴潮的空間影響范圍一般為幾十公里至上千公里，時間尺度或周期約為數(shù)小時～數(shù)天，介于地震海嘯和天文潮之間。由于風暴潮的影響區(qū)域是隨大氣擾動因子的移動而移動的，因此有時一次風暴潮過程往往可以影響1000-2000公里的海岸區(qū)域，影響時間可長達數(shù)天之久。1.風暴潮預報的基礎理論、知識、概念

國內(nèi)外學者大多按照誘發(fā)風暴潮的大氣擾動特性，將風暴潮分為臺風風暴潮和溫帶風暴潮。臺風風暴潮：由熱帶氣旋（熱帶風暴、強熱帶風暴、臺風等）所引起的風暴潮統(tǒng)稱為臺風風暴潮。在北美地區(qū)稱為颶風風暴潮，在印度洋沿岸稱熱帶氣旋風暴潮。溫帶風暴潮：由溫帶氣旋、強冷空氣、寒潮等溫帶天氣系統(tǒng)所引起的風暴潮統(tǒng)稱為溫帶風暴潮。風暴潮分類1.風暴潮預報的基礎理論、知識、概念風暴潮的命名

通常以誘發(fā)風暴潮的天氣系統(tǒng)來命名，例如：由1980年第7號強臺風（國際名稱Joe）引起的風暴潮，稱為8007臺風風暴潮或Joe風暴潮；由1969年登陸北美的Camille颶風引起的風暴潮，稱為Camille風暴潮等。

溫帶風暴潮大多以發(fā)生日期命名，如2003年10月11日發(fā)生的溫帶風暴潮稱為“2003?10?11”溫帶風暴潮，2007年年3月3日發(fā)生的溫帶風暴潮稱為“2007?03?03”溫帶風暴潮等。1.風暴潮預報的基礎理論、知識、概念風暴潮特征

臺風風暴潮臺風風暴潮的增水曲線可分為3個階段，初振（先兆波）、主振和余振。初振階段風暴增水通常只有20-50cm，在臺風登陸前后幾小時增水達到最大即為主振階段，當臺風移出影響區(qū)后，潮位逐步恢復正常，此時為余振。1.風暴潮預報的基礎理論、知識、概念

最大風暴潮的發(fā)生時間和位置登陸臺風：移速慢時最大風暴潮發(fā)生在登陸前；移速快時最大風暴潮發(fā)生在登陸時或登陸后；臺風垂直登陸海岸時，最大風暴潮發(fā)生在登陸點右方約等于最大風速半徑的位置。因此可以把最大風速半徑作為確定最大風暴潮發(fā)生位置的依據(jù)。1.風暴潮預報的基礎理論、知識、概念

警戒潮位：一種潮位閾值，當潮位達到這一閾值時，沿岸可能出現(xiàn)險情，須進入戒備狀態(tài)，預防潮災的發(fā)生。警戒潮位的設定是做好風暴潮災害監(jiān)測、預報、警報的基礎工作，也是各級政府科學、正確、高效地組織和指揮防潮減災的重要依據(jù)。1.風暴潮預報的基礎理論、知識、概念溫帶風暴潮特點

我國的溫帶風暴潮分為三種類型，一種是冷高壓配合低壓型，這類風暴潮多發(fā)生于春秋季，通常包括北高南低型、西高東低型等，此類溫帶風暴潮通常增水大，渤海灣與萊州灣的最強風暴潮均屬于這一類型，分別為2.46m與3.55m，其中3.55m這一記錄為世界第一位。

溫帶風暴潮特點

第二種是冷高壓型，此類風暴潮多發(fā)生于冬季，但初春與深秋季也時有發(fā)生，增水幅度小于冷高壓配合低壓型，渤海灣此類型最大增水為1.98m，萊州灣為2.79m。

第三種是孤立氣旋型，往往發(fā)生在夏季或春夏、夏秋交替季節(jié)，次數(shù)少于前兩種類型，增水幅度也較小，但由于此類型風暴潮發(fā)生的季節(jié)天文潮較高，一旦遇到強孤立氣旋引發(fā)的風暴潮疊加到天文高潮位時，則易出現(xiàn)超警戒的災害性高潮位；臺風北上變性為溫帶氣旋引起的風暴潮也屬于這一類型。

國際上風暴潮災害嚴重的國家主要有孟加拉、印度、美國、日本、中國、英國、荷蘭等。

2005年美國“卡特里娜颶風”引發(fā)的風暴潮災害造成新奧爾良經(jīng)濟損失高達1500億美元，死傷數(shù)千人，重創(chuàng)后的新奧爾良，要使其完全恢復成為受災前的狀況，至少要數(shù)十年的時間。

1959年日本“伊勢灣”臺風引發(fā)的特大風暴潮災害，造成4700人喪生，401人失蹤，38917人受傷，總經(jīng)濟損失5000～6000億日元。2.國內(nèi)外風暴潮災害1970年11月印度洋博拉旋風卷著15米高的海水襲擊了東巴基斯坦（如今的孟加拉），導致恒河三角洲—帶約30～50萬人喪生，100多萬人無家可歸。

1991年4月印度洋旋風再次登陸孟加拉，旋風造成的風暴潮普遍高6米，最大8米，吉大港淹水深達2米，災害造成13.8萬人死亡，經(jīng)濟損失超過30億美元。溫帶風暴潮嚴重的一次是1953年發(fā)生在北海的溫帶風暴潮災害造成北海沿岸的英國、荷蘭等國死亡2300多人。2.國內(nèi)外風暴潮災害“卡特里娜颶風”風暴潮災害2.國內(nèi)外風暴潮災害Irma風暴潮災害2.國內(nèi)外風暴潮災害我國的風暴潮災害概況

我國是世界上風暴潮災害非常嚴重的國家之一，一年四季均有發(fā)生，從南到北所有沿岸地區(qū)無一幸免，尤其是在大江大河入海的河口三角洲地區(qū)，對風暴潮極其敏感和脆弱。臺風風暴潮的致災區(qū)幾乎遍及整個中國沿海，多發(fā)生在夏秋之際。溫帶風暴潮的致災區(qū)主要集中在我國渤、黃海沿岸，其中萊州灣最嚴重、渤海灣次之、海州灣第三，多發(fā)生在冬半年（11月至翌年4月）。2.國內(nèi)外風暴潮災害1905年9月，上海，兩萬多人死亡1922年8月，汕頭，七萬多人死亡1906年9月，香港，一萬五千多人死亡1939年8月，連云港一萬三千多人死亡1937年9月，香港，一萬一千多人死亡1906年香港1937年香港從1901到1948，5次風暴潮災害，總計超過十萬人死亡

建國后幾乎每年都有潮災發(fā)生，成重災者平均每兩年一次，也有一年中多次受災（1989年一年中發(fā)生8次潮災）。嚴重的風暴潮災往往造成多個省市區(qū)同時遭災（9216、9711風暴潮災害，其影響范圍南從福建北到遼寧，包括沿海8個省、市）。

2.國內(nèi)外風暴潮災害

建國以后，我國沿海共發(fā)生3次死亡人數(shù)超過千人的風暴潮事件。1956年8月2日，5612號臺風致浙江省4629人死亡。1969年7月28日，6903號臺風致廣東省1554人死亡。1994年

8月21日，9417號臺風致浙江省1216人死亡。2006年“桑美”風暴潮高達4米，波高10米，福建沙埕港船只損毀嚴重。災害發(fā)生前災害發(fā)生后2.國內(nèi)外風暴潮災害1949-2009年近百個驗潮站資料渤海灣萊州灣

經(jīng)驗統(tǒng)計預報的主要思路是依據(jù)歷史資料，用數(shù)理統(tǒng)計的方法建立起氣象要素（如風、氣壓等）與特定地點風暴潮之間的經(jīng)驗函數(shù)關系。3.風暴潮預（警）報技術及發(fā)展

風暴潮的預報方法很多，總體分為兩大類：分別是經(jīng)驗統(tǒng)計預報方法和動力/數(shù)值預報方法。后者包括諾模圖方法和數(shù)值模式預報方法。

動力/數(shù)值預報方法則是利用天氣數(shù)值預報結果所提供的海面風和氣壓的預報場，在一定條件下，用數(shù)值方法求解控制海水運動的動力方程組，對特定海域的風暴潮進行預報?！捌呶濉睍r期發(fā)展歷程網(wǎng)格及分辨率臺風風暴潮預報試驗矩形網(wǎng)格，25km“八五”、九五時期“五區(qū)塊”臺風風暴潮模型業(yè)務運行矩形網(wǎng)格，13km我國風暴潮數(shù)值預報發(fā)展歷史“十五”時期考慮風暴潮、天文潮耦合；基于MM5風場的溫帶風暴潮業(yè)務運行矩形網(wǎng)格3km(臺風)/10km(溫帶)發(fā)展歷程網(wǎng)格及分辨率“七五”時期臺風風暴潮預報試驗矩形網(wǎng)格，25km“八五”、九五時期“五區(qū)塊”臺風風暴潮模型業(yè)務運行矩形網(wǎng)格，13km“十五”時期考慮風暴潮、天文潮耦合；基于MM5風場的溫帶風暴潮業(yè)務運行矩形網(wǎng)格3km(臺風)/10km(溫帶)“十一五”時期臺風風暴潮集合預報；漫灘預報；溫帶風暴潮模式時效拓展至中期精細化非結構網(wǎng)格，數(shù)百米我國風暴潮數(shù)值預報發(fā)展歷史發(fā)展歷程網(wǎng)格及分辨率“十五”時期考慮風暴潮、天文潮耦合；基于MM5風場的溫帶風暴潮業(yè)務運行矩形網(wǎng)格3km(臺風)/10km(溫帶)“十一五”時期臺風風暴潮集合預報；漫灘預報；溫帶風暴潮模式時效拓展至中期精細化非結構網(wǎng)格，數(shù)百米“八五”、九五時期“五區(qū)塊”臺風風暴潮模型業(yè)務運行矩形網(wǎng)格，13km“十二五”風暴潮+天文潮+近岸浪耦合漫堤數(shù)值預報及三維可視化；風暴潮漫灘預報非結構網(wǎng)格近岸海域<100m我國風暴潮數(shù)值預報發(fā)展歷史“十三五”街區(qū)尺度風暴潮預報更多物理過程耦合分辨率<20m由NMEFC自主開發(fā)，2003年開始業(yè)務化運行◆球面坐標，適合大范圍計算◆半隱式差分格式，計算效率高◆空間分辨率為2′，每個區(qū)域近20萬格點◆三個區(qū)域部分重疊，覆蓋整個中國沿?！裟Ｐ惋L場采用高橋和藤田公式嵌套◆動態(tài)可視化◆2007年開始進行集合預報試驗3.風暴潮預（警）報技術及發(fā)展3.風暴潮預（警）報技術及發(fā)展精細化臺風風暴潮數(shù)值預報模式

技術特點：

◆非結構網(wǎng)格技術，精確刻畫沿岸地形，用于沿海精細化風暴潮預報。

◆空間分辨率為100米左右

◆采用次網(wǎng)格和動邊界計算技術和集合數(shù)值預報技術

◆可以加入天文潮、徑流、波浪等其他多種要素。3.風暴潮預（警）報技術及發(fā)展真實的臺風風暴過程，風暴潮、海浪相互影響、相互作用。3.風暴潮預（警）報技術及發(fā)展風暴潮-近岸浪耦合漫堤預報系統(tǒng)

風暴潮-近岸海浪耦合技術3.風暴潮預（警）報技術及發(fā)展

我國沿海地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達，人口密集，重要的城市往往分布于河口港灣附近，受到臺風風暴潮過程的襲擊的風險較大，為了抵御嚴重的風暴潮災害，上海、浙江、福建、廣東等地在重要防護區(qū)域修建了高標準海堤。針對工程性防御設施海堤開展風暴潮（含近岸浪）漫堤預報有助于開展防災減災工作。一個區(qū)占用一個核；子網(wǎng)格與鄰近計算核上的子區(qū)共用一套邊界；模型間信息傳遞通過共享的網(wǎng)格節(jié)點來實現(xiàn)；模型內(nèi)部采用消息傳遞（MPI）方式進行通訊信。3、ADCIRC開始運行至耦合時間，調(diào)用SWAN計算機內(nèi)存4、SWAN模式運行運行時間長度為耦合時間間隔5、ADCIRC再次開始運行至耦合時間，調(diào)用SWAN1、ADCIRC模式初始化2、SWAN模式初始化循環(huán)上述第4、5步直到模式運行結束輻射應力流速、潮位輻射應力浪潮耦合計算3.風暴潮預（警）報技術及發(fā)展精細化耦合模型的三個主要特點：物理過程精細化：考慮風暴潮、潮汐、近岸浪耦合模式配置精細化：精細化的水深、岸形，MPI并行---保證近岸精細化模擬預警服務精細化：任意加入預警海堤---漫堤預警，契合防汛需求，有選擇的防御3.風暴潮預（警）報技術及發(fā)展2012年開始在國家中心和福建海洋預報臺業(yè)務化試運行技術特點：◆非結構三角網(wǎng)格，精細刻畫復雜岸線地形；◆近岸最高分辨率小于80米，可刻畫一維海堤；◆浪潮實時直接耦合，物理過程更客觀；◆浪潮模型共用一套網(wǎng)格，并行計算效率高；◆采用臺風預報路徑集合運算，系統(tǒng)易操作；◆同時計算得到浪、潮結果和漫堤風險。3.風暴潮預（警）報技術及發(fā)展風暴潮漫堤預報系統(tǒng)

在福建省沿海蜿蜒曲折的3700多公里的海岸線上分布著大量的海堤，據(jù)不完全統(tǒng)計，福建省保護面積在千畝以上的海堤多達636條，其中在萬畝以上的海堤有83條3.風暴潮預（警）報技術及發(fā)展三沙灣高分辨率水深分布沙埕港高分辨率水深分布寧德近海模擬最高潮位(9608)

針對我國沿海目前缺乏風暴潮漫堤觀測，2013-2014年，國家海洋環(huán)境預報中心在福建省崇武、平潭等地開展了風暴潮漫堤觀測，2013年共觀測到三次臺風過程(潭美、天兔、菲特)和兩次冷空氣過程。福建省海堤風暴潮漫堤觀測視頻中海浪爬高解算3.風暴潮預（警）報技術及發(fā)展3.風暴潮預（警）報技術及發(fā)展

預報的臺風路徑以中央氣象臺的預報為準，利用福州和寧德風暴潮漫堤數(shù)值預報系統(tǒng)進行風暴潮、近岸浪、漫堤預報。共對“潭美”進行了四次預報，預報時間時效48小時、36小時、24小時、12小時。51長沙海堤石湖海堤連江縣曉澳百勝半埕海堤連江縣安定海堤平潭城關防洪堤馬尾區(qū)矮嶺海堤長樂海堤（潭梅段）長樂海堤（國際機場）水痕線條水痕線條水痕線條水痕線條序號調(diào)查岸段代表海堤漫堤調(diào)查實況24小時預報備注1福寧灣及牙城灣岸段牙城海堤有兩處潰口，局部岸段發(fā)生漫堤，海水倒灌風險較高(一致)2東沖半島岸段長春鎮(zhèn)文岐海堤(養(yǎng)殖)圍塘海堤潰損、塌陷約30-50米風險較高此岸段千畝海堤僅有石湖海堤一條，模型中用它代表此岸段(一致)下滸鎮(zhèn)西岐塘海堤水閘損壞，海水倒灌，淹沒堤內(nèi)農(nóng)地和堤內(nèi)外低處村民房屋北壁鄉(xiāng)下岐村海水倒灌，淹入村莊，水深1.5-2.0米北壁鄉(xiāng)下岐漁港碼頭近岸浪淘壞碼頭水泥路面，卷走碼頭物資3閩江口岸段烏豬港附近海堤兩處海堤斜坡有明顯坍塌，無漫堤痕跡風險較高用定安海堤代表此岸段(一致)道澳附近路堤有海水漫堤沖刷痕跡，長約150米，堤壩無明顯損壞曉澳附近路堤無明顯損壞，堤壩路面有水草雜物，可能漫堤風險低用百勝半埕海堤代表此岸段(偏大)風險高百勝附近海堤此岸段堤壩無損壞(偏大)浙江溫州臺風風暴潮漫灘預報系統(tǒng)研制海堤段海堤控制點經(jīng)度緯度實測海頂高黃華至磐石50年一遇沿河村大堤120.84283227.9965345.96702七都20年一遇七都碼頭海堤120.77214128.0142715.50167七都50年一遇七都東沙江海堤120.78315728.0035215.94958靈昆20年一遇靈昆島大堤120.85264427.9749555.50362甌北50年一遇甌北沿江大堤120.70202928.0404225.96186永嘉50年一遇仰義鄉(xiāng)大堤120.59070728.0891565.76376市區(qū)100年一遇勤奮路大堤120.63541928.0247236.52186永強50年一遇龍灣區(qū)藍天大堤120.85615327.9428446.085273.風暴潮預（警）報技術及發(fā)展網(wǎng)格包含411370個網(wǎng)格單元，211803個節(jié)點。風暴潮漫灘影響研究—徑流對風暴潮及漫灘的的影響

采用1994年8月18日0時至1994年8月22日23時五天圩仁站的流量，在此期間的最大瞬時流量為10200

實驗描述未考慮徑流的模擬考慮徑流的模擬第一峰值（m）實測值2.63模擬值2.4312.606誤差7.59%0.93%第二峰值（m）實測值2.69模擬值1.0762.561誤差59.98%4.79%第三峰值（m）實測值2.54模擬值0.3932.41誤差84.52%5.11%-0.176m,2.5%-0.152m,2.1%風暴潮漫灘影響研究—徑流對風暴潮及漫灘的的影響

-0.176m,2.5%-0.152m,2.1%底摩擦的空間分布地物狀況地物對風場的阻礙漫灘模擬直接影響間接影響地物狀況對漫灘模擬的影響研究考慮底摩擦分布狀況后的最大淹沒面積為未考慮底摩擦狀況最大淹沒面積的60.3%未考慮底摩擦分布狀況的最大淹沒面積4716.4公頃考慮底摩擦分布狀況的最大淹沒面積2841.8公頃未考慮風場衰減的最大淹沒面積2481.8公頃考慮風場衰減的最大淹沒面積2653.6公頃考慮風場衰減的最大淹沒面積為未考慮風場衰減的最大淹沒面積的93.4%個例1：0608“桑美”

風暴潮預報0608超強臺風“桑美”是建國以來（截至當年）登陸我國大陸最強的臺風，風暴潮組預計浙江省寧波到福建連江一帶將會出現(xiàn)150－400厘米的風暴增水，但上述最大增水將出現(xiàn)在14時－18時的天文低潮時段，沿海將不會出現(xiàn)破歷史紀錄的特大海潮。實況證明預報是正確的，為當?shù)胤姥床块T防災減災提供了科學的依據(jù)。

臨危不亂，準確發(fā)布預警報4.典型風暴潮預報個例個例2：1409“威馬遜”

1415“海鷗”

風暴潮預報1409超強臺