刘秋兴;董剑希;于福江;傅赐福;李明杰
【摘 要】汉语桥2013精细化风暴潮预报是目前风暴潮预报重点发展方向之一，本文首次建立起了一个覆盖整个中国沿海地区的精细化台风风暴潮数值模型，克服了以往分区域数值模型的不足，该模型在中国沿海地区的分辨率达到300 m 左右。模型采用了并行计算，并对2012年和2013年灾害性台风风暴潮过程进行了数值检验，计算精度和计算所用时间都能够满足业务化运行的要求。本文同时还根据中国气象局、美国国家气象局等5家主要台风预报机构给出的24 h 台风预报，对2013年度灾害性台风风暴潮过程进行了24 h 数值预报检验，检验结果表明：根据中国气象局台风登陆前24 h 预报可以得到更准确的风暴潮预报结果，其预报结果优于其他各家预报结果。该结论可以为今后的台风风暴潮预报中台风路径的选取提供重要的参考。%High-resolution storm surge forecast is one of the newest trends in the field of storm surge forecast.In this paper,a new high-resolution forecast model that covered the whole China's coastal areas was constructed, which have overcome the drawback of previous sub-regional numerical forecast model.The grid resolution near coastal areas was about 30 0 meters.Parallel computation was employed.The accuracy and computation time met the requirements of operational forecast through the numerical tests of typical typhoon storm surge in 2012 and 2013.24 hours typhoon forecasts of Five agencies were also utilized to carry out the tests.The results showed that the most accurate storm surge forecast result is obtained according to China Meteorological Administration's ty-phoon forecast in 2013.The conclusion provided an important reference for the future storm surge forecast.单因子指数法
是立党为公、执政为民的根本要求
【期刊名称】《海洋学报（中文版）》
【年(卷),期】2014(000)011
科学与技术的区别
【总页数】8页(P30-37)
【关键词】精细化预报;中国沿海地区;风暴潮
【作 者】刘秋兴;董剑希;于福江;傅赐福;李明杰
【作者单位】国家海洋环境预报中心，北京 100081; 河海大学，江苏 南京 210098;国家海洋环境预报中心，北京 100081;国家海洋环境预报中心，北京 100081;国家海洋环境预报中心，北京 100081;国家海洋环境预报中心，北京 100081
【正文语种】中 文
【中图分类】P731.23
我国沿海地区历来都是整个西北太平洋沿岸台风风暴潮灾害的重灾区，近5年来（2009－2013年）平均每年台风风暴潮灾害损失超过94亿元［1］，仅2013年发生在我国东南沿海的台风风暴潮过程就多达14次，其中3次灾害性台风风暴潮过程达到红预警级别，全年因台风风暴潮造成灾害损失超过150亿元，占到全部海洋灾害损失的90%以上，全国沿海7省市均不同程度的遭受损失，其中尤以浙江、福建和广东受灾最为严重。由此可见，准确而及时的台风风暴潮预报对保护沿海地区人民生命财产安全至关重要。
为了刻画台风风暴潮过程，准确的给出台风风暴潮预报，不断满足沿海地区海洋防灾减灾工作对精细化预报的要求，研究人员对不同海区开始了台风风暴潮预报模型的研究和开发
工作［2—4］。特别是近年来，由于非结构网格在精细化刻画水深、地形信息，分辨率设置灵活等方面的优势，研究人员开始把目光更多的投向基于非结构网格的精细化风暴潮模型的开发和研究工作中去［5—7］，实现了海域的精细化风暴潮预报。
然而，目前分区域的台风风暴潮数值预报模型对风暴潮预报表现出一定的局限性，特别是当一个台风跨越几个海区，任何区域台风风暴潮数值模型均无法完整刻画整个风暴潮过程。受计算条件等各方面因素的制约，目前尚未开展针对于全国沿海地区的精细化台风风暴潮数值预报研究，本文利用现有的技术和计算条件，建立了一个覆盖整个中国沿海地区的精细化台风风暴潮数值预报模型，该模型首次实现了对整个中国沿海地区的风暴潮精细化预报，并对2012年和2013年典型台风风暴潮过程进行了数值检验。
此外，目前台风风暴潮预报精度仍然主要受限于台风预报的准确性，本文还选用了当前西北太平洋区域的5家主要台风预报机构的预报结果，利用已经建立的覆盖整个中国沿海的精细化台风风暴潮数值预报模型对2013年台风风暴潮过程进行了预报检验，初步弄清了2013年各家台风预报机构预报结果对风暴潮预报精度的影响。
我国海岸线蜿蜒曲折，沿海地区岛屿众多，河口港湾分布密集，特别是随着近年来，沿海
地区的不断开发开放，沿岸的水深地形发生了很大变化，而水深地形的变化对台风风暴潮的模拟精度也有着较大的影响。
本文采用最新获得的水深和地形信息，如图1a，首次建立起了覆盖整个中国沿海的精细化台风风暴潮数值预报模型，模型在整个中国沿海地区的分辨率在300 m左右，能实现对重要地形、岛屿和岸线的刻画。
由于该台风风暴潮数值预报模型覆盖整个中国沿海地区，如图1b，模型实现了对所有影响我国沿海地区不同源地的台风过程的精细化台风风暴潮预报。
计算模型采用目前国际上使用较为广泛的水动力模型Advanced Circulation Model for Oceanic，Coastal and Estuarine Waters，该模型基于有限元方法采用非结构网格技术可以实现对沿岸水深地形的精细化处理，该模型的并行版本可以大幅度的提高计算能力，有效的节省计算时间。此外该模型还有一维海堤处理等能力，是目前国际上被广泛采用的水动力计算模型。
在球坐标系下，连续方程和运动方程可表示为式：
初始条件为：ζ＝u＝v＝0；海岸边界条件为：边界的法向速度为0。
该模型的驱动风场为目前被广为采用的Holland模型风场［8］。模型风场中未融入背景场，台风气压场分布如式（4）：
式中，P（r，θ）是距台风中心r处的海表面气压值，为径向距离r、方位角θ的函数；Pc为台风中心气压，Pn为台风以外不受干扰的背景气压，取为1 012 hPa；Rmax是台风最大风速半径，为方位角θ的函数。
在Holland台风风场的计算中，假设梯度风平衡，即气压梯度力、离心力与科氏力的平衡所得到切向风速，见公式（5）：
水在时间之下
式中，V（r）为距离台风中心r的切向风速，ρa为空气密度，f为科氏参数；Vmax是最大风速；B是台风轮廓参数，表征台风眼区直径和切向速度梯度，一般取值1.0～2.5。该模型计算得到的风场是轴对称的，在台风移动方向的右半圆科氏力作用使得切向风速加强，左半圆切向风速减弱。
覆盖整个中国沿海的精细化风暴潮数值预报模型计算区域涵盖了包括渤海、黄海、东海、
台湾海峡及南海大部分区域在内的整个中国沿海海域，包含了约1 179 499个计算格点，2 305 840个计算单元。计算区域网格分辨率由外海的10多千米依次提高到沿岸的300 m左右，这样既保证模型能够准确地刻画出台风进入该区域后风暴潮的变化情况，又减小了相应的计算量。为了保证计算的稳定性，计算的时间步长设定为12 s。
由于模型覆盖了整个中国沿海地区，为了验证模型对全国沿海地区的适用性，本文分别选取2012年影响渤、黄海和南海的两次典型台风风暴潮过程进行了后报检验（后报台风路径和强度均来源于中央气象台台风网，下同）。影响东海的台风风暴潮过程的后报检验在下一章节有阐述。两次过程分别为登陆江苏沿海并继续影响渤海的1210号台风“达维”和登陆雷州半岛沿海的1213号台风“启德”。从模拟的过程的最大增水统计分析来看，各站最大增水误差不超过15 cm，仅1210号台风风暴潮过程期间，烟台站最大增水相对误差为17.3%，其余各站相对误差均不超过15%，如图2、图3所示，表明该模型对影响渤黄海及南海的台风风暴潮过程也有较好的模拟能力。
本文选取了2013年3次典型的达到红预警级别的灾害性台风风暴潮过程，用台风实况分别驱动该预报模型，检验了模型的准确性。还选取了包括中国气象局（CMA）、美国联合
台风警报中心（PTWC）、日本气象厅（JMA）、中央气象局（CWB）、香港天文台（HKO）（以下简称中央台、美国台、日本台、台湾台、香港台）家机构的24 h台风预报结论进行风暴潮计算并与实况做出对比分析。
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