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天津港风暴潮数值模式的应用研究

作　者: 杨晓君
导　师: 何金海
学　校: 南京信息工程大学
专　业: 气象学
关键词: 海洋气象天津港风暴潮数值模拟风应力拖曳系数
分类号: P731.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

天津港沿岸的风暴潮灾害频繁发生,常常造成巨大的经济损失和人员伤亡迫切需要准确的风暴潮预报为当地的防潮减灾工作服务。本文应用天津港风暴潮潮位资料、国家常规地面气象观测资料和探空资料、天津自动站资料和美国国家环境预报中心NCEP再分析资料,以渤海风暴潮数值预报模式为基础,采用数值模拟的方法,开展天津港风暴潮数值模式的应用研究。主要研究内容包括：1)对1950年-2010年天津港风暴潮历史资料进行了统计,分析天津港风暴潮的历史统计特征。分析结果表明天津港风暴潮一年四季均有发生,其中6月-11月出现较集中,8月份是风暴潮最集中的一个月,历史上有37.8%的风暴潮发生在8月份；历史最高潮位出现在9月份,8月和11月次之；天津港风暴潮发生频率较高,高于470cm的潮位平均每年会出现2.43次,高于500cm的潮位平均每2.5年就会出现一次。2)分析了渤海特殊地形作用对天津港风暴潮的影响。表明除了渤海上空持续的向岸大风会造成天津港风暴潮外,即使天津港无风或吹离岸风时,由于渤海特殊地形的作用,如果有较强天气系统(如气旋)作用产生北黄海海域偏东大风,导致北黄海水体大量涌入渤海,天津港附件海面也会异常升高,甚至发生风暴潮。3)使用渤海风暴潮数值预报模式对天津港10次风暴潮个例进行模拟试验,针对不同天气系统进一步研究了渤海风暴潮数值模式对天津港风暴潮的模拟能力。结果表明模式对台风型风暴潮的增水模拟结果还是误差偏大；对强孤立气旋型、冷锋低压型、冷锋型风暴潮的增水模拟结果比实际增水偏小,且三者偏小幅度有所不同。4)由于在渤海风暴潮的形成中,风应力起决定性作用,通过适当调大风应力拖曳系数,模式的模拟效果有所提高；试验表明风应力拖曳系数修正参数A调整到[0.096,0.16]这个区间时,模式对强孤立气旋型、冷锋低压型和冷锋型风暴潮的模拟误差有所减小,模拟结果更接近实况。5)用2011年一次天津港风暴潮应用个例检验了风应力拖曳系数调整方案的实用性,结果表明风应力拖曳系数调整后,有效减小了模拟增水与实测增水的误差,提高了渤海风暴潮数值模式的模拟精度。

全文目录

摘要  7-9
Abstract  9-11
第一章绪论  11-17
  1.1 研究意义  11
  1.2 风暴潮的研究现状  11-16
    1.2.1 国外研究现状  12-14
    1.2.2 国内研究现状  14-16
  1.3 问题的提出  16-17
第二章研究资料与研究方法  17-19
  2.1 研究资料  17-18
    2.1.1 潮位资料  17
    2.1.2 常规气象观测资料  17
    2.1.3 NCEP资料  17-18
  2.2 研究方法与研究思路  18-19
第三章天津港风暴潮的特点分析  19-28
  3.1 风暴潮的定义及形成机制  19-20
    3.1.1 风暴潮的定义  19
    3.1.2 风暴潮形成的物理机制简述  19-20
  3.2 渤海的潮汐规律和海潮活动规律  20
  3.3 渤海地形对天津港风暴潮的影响分析  20-21
  3.4 天津港风暴潮的统计特征  21-24
  3.5 天津港风暴潮的分类  24-26
  3.6 本章小结  26-28
第四章渤海风暴潮数值预报模式  28-39
  4.1 渤海风暴潮数值预报模式介绍  28
  4.2 海洋模块计算方法  28-33
  4.3 大气模块计算方法  33-34
  4.4 海洋模块与大气模块的集成方法  34-35
  4.5 模拟区域设置及边界的处理方案  35-37
  4.6 模式风场处理方案  37
  4.7 本章小结  37-39
第五章天津港风暴潮数值预报模式的模拟试验  39-48
  5.1 模拟个例介绍  39-40
  5.2 天津港风暴潮数值模式的模拟试验  40-47
    5.2.1 天津港强孤立气旋型风暴潮模拟试验  40-41
    5.2.2 天津港冷锋低压型风暴潮模拟试验  41-44
    5.2.3 天津港冷锋型风暴潮模拟试验  44-45
    5.2.4 天津港台风型风暴潮模拟试验  45-47
  5.3 本章小结  47-48
第六章天津港风暴潮数值模式模拟试验的误差来源分析及改进方案  48-63
  6.1 天津港风暴潮数值模式模拟试验的误差来源分析  48-51
    6.1.1 天津港风暴潮数值模式驱动风场的检验  48-49
    6.1.2 强孤立气旋型、冷锋低压型和冷锋型模拟误差来源分析  49-50
    6.1.3 台风型风暴潮模拟误差原因分析  50-51
    6.1.4 小结  51
  6.2 依据风暴潮分型的风应力拖曳系数调整试验  51-60
    6.2.1 强孤立气旋型风暴潮风应力拖曳系数的调整试验  52-55
    6.2.2 冷锋低压型风暴潮风应力拖曳系数的调整试验  55-58
    6.2.3 冷锋型风暴潮风应力拖曳系数的调整试验  58-59
    6.2.4 小结  59-60
  6.3 风应力拖曳系数调整方案的应用检验  60-61
  6.4 本章小结  61-63
第七章结论与展望  63-65
  7.1 研究结论  63-64
  7.2 研究特色与创新点  64-65
展望  65-66
参考文献  66-72
致谢  72

天津港风暴潮数值模式的应用研究

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