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台风风暴潮是我国频发的重大自然灾害,其造成的经济损失从上世纪90年代后已有明显增加的趋势,风暴潮的预测、预报研究是防灾减灾的重要研究课题。以往对风暴潮的研究多集中在对海洋、海湾等近岸风暴潮的研究,对台风风暴潮与河口的相互作用研究需要进一步强化。利用高精度中尺度台风风压场驱动高分辨率河口动力与台风风暴潮作用嵌套模型,是揭示风暴潮与风压场、河口动力及流域径流的相互作用规律,提高风暴潮的预测预报水平,有效抵御风暴潮灾害,减少灾害造成的损失的有效途径。
本文提出利用现代多重嵌套台风数值模式驱动东中国海和长河段长江河口动力与台风暴潮相互作用嵌套模型,研究了长江、河口与海洋的风暴潮相互作用机制与过程,揭示了台风风压场结构对台风暴潮增减水过程的影响,发现了了长江径流、长江口天文潮与台风风暴潮相互作用规律,取得了如下研究成果:
2.构建了长江三角洲地区基于MM5基础上三维中尺度台风移动数值模式,并对台风Winnie(1997)进行了数值模拟。对风压场结构进行了模拟和对比分析,并对台风路径进行了验证,取得了较好地数值模拟效果。
3.首次提出了构建基于高精度中尺度台风驱动数值模式模拟风压场驱动下,东中国海风暴潮模型和长河段长江感潮河段风暴潮嵌套模式来研究长江河口动力与台风风暴潮相互作用机制,并建立了东中国海和长江感潮河段河口风暴潮与长江径流(洪水)的相互作用嵌套数值模式,对Winnie(1997)、Prapiroon(2000)台风风暴潮进行了验证,取得了很好的结果。
4.对比分析了中尺度数值模拟与经验台风模型气压场、风场对风暴潮的影响研究表明,中尺度台风数值模式提供的高精度风压场有利于提高风暴潮模拟的精度和过程,对风暴潮的初振和余振的模拟优于经验风压场;提出了河口风暴潮模拟中改进风暴潮模拟的床面阻力的修正方法,可以提高风暴潮模拟的精度。
5.对长江感潮河段长江径流(洪水)、河口风暴潮作用的研究表明,长江感潮河段径流、潮汐与风暴潮作用明显,自江阴向上游径流作用逐渐加强,高水位主要受径流控制,潮汐的顶托作用次之;向下游则径流作用逐渐减弱,潮汐作用加强,至吴淞口外,径流的作用相当微弱。最不利台风风暴潮引起长江口地区的最大增水区域位于徐六泾和天生港附近;径流增大时最大增水区有下移的趋势;径流减少,最大增水区有上移的趋势;但径流量越大,水位越高,增水值减小;从徐六泾向下游,径流对风暴潮增水的影响逐渐减弱,南支中浚附近增水受径流的影响很微弱。
6.三种不同路径的台风对长江口风暴潮影响说明,浙江登陆西北向移动和海上转向北移型台风引起的长江口风暴潮增水较大;长江口附近及以北登陆的台风对长江口地区的风暴潮增水相对较小;浙江登陆西向北移动型台风对长江口地区风暴潮增水最不利。
7.本文还从GIS集成的角度上,研究探讨了不同空间、不同模型之间嵌套方法和数据交换,对研究成果进行了集成与再现。本文还对进一步的研究提出了展望。