第 32 卷 第 6 期 205 年 2 月 海 洋 预 报 MARINE FORECASTS Vol.32,No.6 Dec.205 DOI:0.737/j.issn.003-0239.205.06.02 天 津 近 海 可 能 最 大 风 暴 潮 模 拟 研 究 武 双 全, 崔 晓 健, 高 志 刚, 潘 嵩, 陈 琛 2, 张 建 立, 耿 姗 姗, 李 响 (. 国 家 海 洋 信 息 中 心, 天 津 3007; 2. 国 家 海 洋 局 天 津 海 水 淡 化 与 综 合 利 用 研 究 所, 天 津 30092) 摘 要 : 利 用 实 测 资 料 分 析 了 天 津 近 海 增 减 水 的 变 化 规 律, 冬 季 温 带 气 旋 引 起 的 增 水 在 全 年 中 所 占 的 频 率 较 高, 夏 季 热 带 气 旋 引 起 的 增 水 幅 度 较 大, 这 两 者 较 容 易 引 起 较 大 的 风 暴 灾 害 本 文 通 过 统 计 历 史 台 风 过 程, 确 定 了 最 大 热 带 气 旋 参 数, 建 立 了 风 暴 增 减 水 数 值 模 拟 模 型, 计 算 了 该 海 区 台 风 引 起 的 可 能 最 大 增 水, 增 水 值 为 3.6 m 构 建 了 温 带 敏 感 性 实 验, 确 定 了 该 海 区 温 带 气 旋 最 大 增 水 的 方 向, 计 算 了 温 带 可 能 最 大 增 减 水, 增 水 值 为 3.3 m, 减 水 值 为 -3.7 m 由 此 确 定 了 该 海 区 可 能 最 大 风 暴 潮 增 水 值 为 3.6 m, 减 水 值 为 -3.7 m 关 键 词 : 天 津 近 海 ; 增 减 水 ; 可 能 最 大 风 暴 潮 中 图 分 类 号 :P73.23 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :003-0239(205)06-0085-09 引 言 风 暴 潮 灾 害 居 世 界 海 洋 灾 害 之 首, 我 国 更 是 世 界 上 风 暴 潮 灾 害 最 严 重 的 国 家 之 一 2000 年 至 今, 风 暴 潮 灾 害 损 失 约 占 海 洋 灾 害 总 损 失 的 90.48% [] 环 渤 海 沿 岸 风 暴 潮 包 括 发 生 在 夏 季 的 台 风 潮 和 发 生 在 春 秋 两 季 的 风 潮 两 种 形 式 台 风 潮 和 风 潮 所 占 的 比 重 分 别 为 60% 和 40% [2] 天 津 是 我 国 北 方 的 重 要 工 业 和 港 口 城 市, 也 是 受 风 暴 潮 灾 害 较 严 重 的 区 域 风 暴 潮 灾 一 年 四 季 均 有 发 生, 除 夏 季 有 台 风 风 暴 潮 灾 害 外, 春 秋 冬 [3] 季 均 有 灾 害 性 风 潮 发 生 台 风 潮 一 般 发 生 在 夏 季 ( 出 现 在 79 月 份 ), 该 季 节 的 海 平 面 是 全 年 最 高 [3-4] 的, 同 时 该 季 节 的 天 文 高 潮 位 也 是 一 年 中 较 高 的 ; 一 旦 受 到 热 带 风 暴 或 台 风 北 上 影 响, 在 渤 海 湾 产 生 的 风 暴 增 水 与 较 高 潮 位 叠 加, 会 产 生 较 大 危 害 在 春 秋 季 节, 渤 海 和 黄 海 北 部 是 冷 暖 空 气 频 繁 交 汇 的 地 方, 冬 季 又 频 繁 受 冷 空 气 和 寒 潮 大 风 袭 击, 易 形 成 风 暴 潮, 导 致 灾 害 发 生 天 津 近 岸 的 台 风 风 暴 潮 和 风 潮 研 究 较 多, 王 一 [5] 红 等 较 详 细 地 分 析 了 天 津 沿 海 地 区 风 暴 潮 的 时 空 分 布 规 律 灾 情 和 产 生 的 原 因, 并 指 出 近 年 来 本 地 区 风 暴 潮 发 生 频 率 和 强 度 有 明 显 增 加 的 趋 势, 而 且 [6] 造 成 的 经 济 损 失 增 长 更 快 莎 日 娜 等 采 用 POM 模 式 对 影 响 天 津 近 岸 的 台 风 过 程 进 行 了 模 拟, 并 指 出 模 拟 结 果 能 够 真 实 的 反 应 天 津 近 岸 的 风 暴 潮 水 位 变 化 及 漫 滩 范 围, 动 边 界 数 值 模 型 适 合 于 浅 海 区 [7] [8] 域 许 富 祥 和 于 福 江 等 均 采 用 数 值 模 拟 的 方 法 模 拟 了 影 响 渤 海 湾 的 重 大 风 暴 潮 过 程, 讨 论 了 潮 灾 [9] 的 成 因, 并 就 其 预 防 措 施 进 行 了 探 讨 ; 傅 赐 福 等 研 究 了 滨 海 新 区 温 带 风 暴 潮 灾 害, 并 对 其 风 险 进 行 了 [0] 评 估 杨 晓 君 等 对 2008 年 8 月 22 日 温 带 气 旋 造 成 的 渤 海 风 暴 潮 过 程 进 行 了 模 拟 已 有 的 研 究 主 要 关 注 天 津 近 海 的 台 风 引 起 的 [5-8] [9-0] 增 水 或 者 温 带 风 暴 增 水 在 计 算 天 津 近 海 可 能 最 大 风 暴 潮 时, 应 将 台 风 和 温 带 风 暴 的 影 响 都 考 虑 在 内 本 文 依 据 中 国 近 海 台 风 数 据 和 塘 沽 站 实 测 风 数 据, 分 别 构 建 了 可 能 最 大 台 风 潮 模 型 和 最 大 温 带 风 暴 潮 模 型, 全 面 的 计 算 了 天 津 近 海 的 台 风 风 暴 最 大 增 水 和 温 带 风 暴 最 大 增 水, 在 此 基 础 上 计 算 收 稿 日 期 :205-02-0 基 金 项 目 : 国 家 海 洋 局 海 洋 - 大 气 化 学 与 全 球 变 化 重 点 实 验 室 开 放 基 金 (GCMAC202); 国 家 自 然 科 学 基 金 (4406032;40659); 基 于 数 字 海 洋 的 资 料 整 合 及 其 共 享 服 务 应 用 示 范 项 目 (2030529-0) 作 者 简 介 : 武 双 全 (984-), 男, 工 程 师, 博 士 在 读, 主 要 从 事 水 动 力 数 据 分 析 和 数 值 模 拟 工 作 E-mail:03shuangquan@63.com 通 讯 作 者 : 崔 晓 健 (980-), 男, 副 研 究 员, 硕 士, 主 要 从 事 海 洋 环 境 管 理 和 海 洋 信 息 管 理 E-mail:39028556@63.com
86 海 洋 预 报 32 卷 了 天 津 近 海 的 可 能 最 大 风 暴 潮 2 天 津 近 海 风 暴 潮 统 计 特 性 2. 塘 沽 站 增 减 水 统 计 结 果 搜 集 了 塘 沽 站 95203 年 的 逐 时 潮 位 观 测 数 据, 利 用 国 家 海 洋 信 息 中 心 的 潮 汐 预 报 结 果, 将 实 测 结 果 减 去 潮 汐 预 报 结 果 得 到 了 塘 沽 站 的 增 减 水, 并 对 增 水 和 减 水 分 级 进 行 统 计, 结 果 表 明 : 95203 年, 塘 沽 站 共 出 现 0.5 m 以 上 的 风 暴 增 水 3 28 d, 平 均 每 年 50.5 d, 其 中 m 以 上 的 风 暴 增 水 共 有 405 d, 平 均 每 年 6.5 d 利 用 塘 沽 站 近 50 a 的 逐 时 增 减 水 序 列, 对 不 同 幅 度 增 减 水 出 现 的 次 数 进 行 统 计, 见 表 可 以 看 出 : 该 海 域 出 现 较 大 减 水 的 频 率 比 出 现 较 大 增 水 的 频 率 大 例 如, 超 过.2 m 的 增 水 平 均 每 44.58 d 出 现 一 次 ; 超 过 -.2 m 的 减 水 则 平 均 每 6.74 d 出 现 一 次 这 也 说 明 在 天 津 近 海 区 域 离 岸 风 导 致 的 减 水 事 件 发 生 的 概 率 较 大 在 增 减 水 幅 度 方 面, 增 水 历 史 极 值 和 减 水 历 史 极 值 量 值 相 当,95203 年 期 间 的 最 大 增 水 为 2.35 m, 发 生 在 966 年 2 月 份 ; 最 大 减 水 为 -2.44 m, 发 生 在 968 年 月 份 表 塘 沽 站 不 同 范 围 增 减 水 出 现 频 率 的 分 布 增 水 幅 度 /m >0.30 >0.50 >0.70 >0.90 >.20 >.50 >2.00 发 生 频 率 /d 0.42.32 3.68 9.78 44.58 28.29 27.43 减 水 幅 度 /m <-0.30 <-0.50 <-0.50 <-0.60 <-.20 <-.50 <-2.00 发 生 频 率 /d 0.42 0.99 2.2 4.89 6.74 65.56 683.04 2.2 典 型 过 程 分 析 本 文 选 取 了 980 年 至 今 引 起 天 津 近 海 较 大 增 水 或 者 较 大 灾 害 的 典 型 台 风 过 程 (8509 926 97 和 20) 和 3 次 温 带 气 旋 过 程 予 以 分 析 8509 号 台 风 于 985 年 8 月 6 日 4 时 ( 北 京 时, 下 同 ) 在 冲 绳 岛 以 西 50 km 海 面 上 生 成, 于 8 月 8 日 05 时 在 江 苏 启 东 登 陆,9 日 09 时 在 青 岛 登 陆, 而 后 穿 过 山 东 半 岛 于 9 日 5 时 在 龙 口 东 北 部 入 渤 海 继 续 北 上,20 日 0 时 在 辽 宁 营 口 第 3 次 登 陆, 受 本 次 风 暴 潮 影 响, 塘 沽 站 最 大 增 水 为.3 m,9 日 6 时 天 津 塘 沽 潮 位 高 达 5.45 m 海 水 漫 过 海 挡, 冲 进 滨 海 居 民 区, 给 国 家 和 人 民 带 来 巨 大 经 济 损 失 926 号 台 风 于 992 年 8 月 28 日 4 时 在 台 湾 以 东 海 面 生 成,8 月 30 日 4 时 登 陆 台 湾 花 莲 时, 中 心 气 压 978 hpa, 近 中 心 最 大 风 速 30 m/s, 该 风 暴 一 直 未 达 到 台 风 强 度, 但 是 台 风 期 间, 受 我 国 东 北 到 日 本 海 高 压 坝 阻 挡, 造 成 黄 海 渤 海 南 北 气 压 差 越 来 越 大, 致 使 黄 海 北 部 山 东 半 岛 渤 海 中 西 部 出 现 89 级, 阵 风 级 的 东 北 偏 东 大 风 受 本 次 风 暴 潮 影 响, 塘 沽 站 增 水 极 值 为.63 m,9 月 日 7 时 37 分, 天 津 塘 沽 最 高 潮 位 达 5.93 m, 受 风 暴 潮 与 巨 浪 的 共 同 影 响, 天 津 沿 海 地 区 遭 到 了 惨 重 的 经 济 损 失 97 号 台 风 于 997 年 8 月 0 日 在 西 北 天 平 洋 生 成, 逐 渐 发 展 加 强, 并 于 8 月 20 日 下 午 从 山 东 半 岛 北 部 进 入 渤 海 后, 中 心 气 压 990 hpa, 近 中 心 最 大 风 速 23 m/s, 受 本 次 风 暴 潮 影 响, 增 水 极 值 为.85 m, 天 津 塘 沽 潮 位 高 达 5.59 m, 对 沿 海 地 区 人 民 生 命 财 产 造 成 巨 大 损 失 20 号 台 风 于 7 月 28 日 20 时 在 日 本 东 京 东 南 方 约 330 km 的 西 北 太 平 洋 洋 面 上 生 成,7 月 3 日 早 晨 在 西 北 太 平 洋 洋 面 上 加 强 为 强 热 带 风 暴,8 月 2 日 2 时 30 分 前 后 在 江 苏 省 响 水 县 陈 家 港 镇 沿 海 登 陆 3 日 4 时 前 后 进 入 山 东 省 境 内, 随 后 进 入 渤 海 西 部 海 面 受 台 风 影 响, 塘 沽 站 增 水 极 值 为 0.99 m, 塘 沽 站 的 最 高 潮 位 达 到 5.22 m 受 北 方 强 冷 空 气 和 黄 河 气 旋 的 共 同 影 响,2007 年 3 月 4 日 至 7 日 渤 海 发 生 了 一 次 强 温 带 风 暴 潮 过 程 对 天 津 近 海 造 成 的 影 响 主 要 为 减 水 效 应, 塘 沽 站 最 大 减 水 达 到 -2.40 m 受 温 带 气 旋 北 上 的 影 响,2009 年 2 月 渤 海 湾 发 生 一 次 温 带 气 旋 过 程, 引 起 了 渤 海 较 大 的 偏 东 风, 从 而 导 致 西 岸 增 水 较 大, 塘 沽 站 最 大 增 水 达 到.34 m 2009 年 4 月 温 带 气 旋 过 程 主 要 受 来 自 蒙 古 的 冷 空 气 影 响, 冷 空 气 到 来 时 形 成 的 东 北 大 风, 造 成 了 渤 海 湾 西 侧 的 增 水, 使 得 水 位 超 过 了 警 戒 线, 塘 沽 站 最 大 增 水 达 到.58 m 2.2 小 结 通 过 以 上 分 析 可 知 : 受 台 风 影 响 夏 季 易 出 现 较 大 增 水, 再 叠 加 上 高 潮 位, 同 样 能 引 起 较 大 的 灾
6期 武双全等 天津近海可能最大风暴潮模拟研究 87 害 所以在分析可能最大风暴潮时 应考虑冬季的 的风暴潮模式 2 确 定 可 能 最 大 热 带 气 旋 寒潮大风引起的风潮和夏季发生的台风潮 本文的 Probable Maximum Tropical Cyclone PMTC 关键 第 3 和第 4 部分重点介绍台风和寒潮大风引起的风 参数 3 确定 PMTC 移动路径 [] 对台风而言 暴潮的计算 PMSS 的计算过程如下 首先要有一个经过考验的 台风风暴潮数值预报模式 其二 确定可能最强台 3 台风可能最大风暴增减水计算 风 确定 PMTC 可能移动的路径 参数和台风可能 移动的路径应依据台风历史资料用气候学统计方 可 能 最 大 风 暴 潮 Probable Maximum Storm 法计算后得到的 是可能发生的各种不利情况的组 Surge PMSS 的计算应包括 3 个步骤 选择可靠 合 其中 PMTC 参数主要包括 P P0 和台风最大风 图 台风路径
海 88 洋 速半径 P 代表台风外围气压或正常气压 可选取 袭击区域海平面年 季 月的平均值 这里选用葫 预 3.3 模型参数设置 芦岛和龙口等站的多年平均气压值 00 hpa 作 为可能最大热带气旋的外围气压 3. 天津近海 PMTC 参数分析 收集 949 年以来进入渤海的历年最强台风 32 卷 报 为准确刻画天津沿岸的岸线地形特征 本文采 用网格嵌套方法开展数值模拟 大区为东中国海 网格为矩形网格 范围为 24 43 N 7 3 E 网格分辨率为 5 5 网格数为 69 229(东西 南 北) 垂向平均分为 0 个 Sigma 层 小区为渤海海 路径 如图 a 用气候统计方法可将登陆和影响 域 网格采用正交曲线网格 在渤海湾进行了加密 天津近海的台风分为以下两种类型 一是以 7203 网格数为 50 20 x 方向最大网格距为 7 970 m 最 为代表的西北向型台风路径 二是以 7303 为代表 小网格距为 900 m y 方向最大网格距为 8 320 m 最 的北向型台风路径 为了考虑对天津近海的可能 小网格距为 820 m 垂向分为 7 个 Sigma 层 见图 2 最大影响 每个典型的台风过程均构建了一组台 小区开边界由大区水位模拟结果提供 风路径 西北向型台风路径的构建以 7203 为中心 北向和南向每隔 50 公里构建一条路径 北侧两条 3.4 模型验证 南侧三条共六条 如图 b 北向型路径的构建为 采用已建立的数值模型对影响渤海较大的 5 次 从 7303 向 西 每 隔 50 km 构 建 一 条 共 6 条 如 图 台风风暴潮过程进行了模拟计算 5 次台风是 972 c 年的 7203 号 985 年的 8509 号 992 年 926 号 在用统计法确定 P0 时 以进入塘沽站 400 km 半 径范围内的 65a 949203 年 的年台风中心最低 997 年的 97 号台风和 202 年的 20 号台风 其 中塘沽站的验证结果见图 3 气压为样本 采用 PIII 方法计算重现期 000 a 的 从上述结果可以看出 就各过程最大增水值而 台风中心最低为 947 hpa 其中 仅 7203 号台风最 言 数值模型模拟的风暴增水极值与实测结果较一 低气压点落在渤海内 其他年最低气压点均落在陆 致 表明建立的模型可靠 可用于计算天津近海的 地或者黄海 进入渤海的台风通常气压都会抬升 可能最大风暴潮 经统计抬升量至少为 5 hpa 因此 可能最大台风参 数中的台风中心气压取 952 hpa 3.5 计算结果分析 基于西北太平洋和大西洋最大风速半径的飞 利用 3.2 节给定的台风参数 台风中心气压 机探测结果分析 强台风的最大风速半径小而弱台 947 hpa 进 渤 海 后 952 hpa 台 风 最 大 风 速 半 径 风的最大风速半径大 低于 920 hpa 的强台风 最大 50 km 模拟计算了两种路径类型各 6 种路径下 每 风速半径都较小 当 P0 取 952 hpa 时 根据台风样 本统计分析 我们推荐其台风最大风速半径取为 50 km NW 向型台风移动速度和 N 向型台风移动 速度分别与 7203 号和 7303 台风一致 3.2 计算所采用的模型 风 暴 潮 模 型 采 用 ECOM Estuarine Coastal Ocean Model 模型 台风强迫力场采用理想台风模 型计算 当 r 2R 时 采用 Fujita [2]公式计算气压 当 r>2r 时 采用 Takahashi[3] 公式计算气压 台风风场 则采用 Veno Takeo[4]公式计算 r 是指计算点到台风 中心的距离 R 是指最大风速半径 具体计算方法参 见王喜年等[5] 图2 计算区域网格图
6 期 武 双 全 等 : 天 津 近 海 可 能 最 大 风 暴 潮 模 拟 研 究 89 图 3 典 型 台 风 过 程 验 证 图 ( 塘 沽 站 风 暴 增 水 模 拟 与 观 测 值 对 比 ) 表 2 天 津 近 海 可 能 最 大 台 风 风 暴 潮 计 算 结 果 表 假 想 台 风 编 号 台 风 类 型 增 水 极 值 /m 减 水 极 值 /m 台 风 类 型 增 水 极 值 /m 减 水 极 值 /m 2.40.50-0.38-0.25.60.80-0.29-0.43 3 4 NW 2.30 3.0-0.23-0.20 N 2.0 2.30-0.64-0.87 5 6 3.60 3.00-0.23-0.28 2.70 2.40 -.00-0.86 种 台 风 路 径 的 间 隔 为 台 风 最 大 风 速 半 径 50 km) 的 风 暴 潮 增 减 水 过 程, 数 值 模 拟 结 果 列 于 表 2 中 从 表 2 中 可 以 看 出 :NW 向 型 假 想 台 风 路 径 5 引 起 天 津 近 海 可 能 最 大 台 风 增 水, 增 水 值 为 3.60 m,n 向 型 假 想 台 风 路 径 5 引 起 天 津 近 海 可 能 最 大 台 风 减 水, 减 水 值 为 -.00 m 由 于 影 响 天 津 近 海 的 台 风 进 入 渤
90 海 洋 预 报 32 卷 海 后 速 度 较 快, 离 岸 风 作 用 时 间 短, 所 以 引 起 的 减 水 较 小 天 津 地 区 由 于 其 特 殊 性, 影 响 到 的 台 风 较 少, 从 949202 年, 以 塘 沽 站 为 中 心, 进 入 其 300 km 范 围 内 的 台 风 过 程 约 有 4 个, 均 发 生 在 7 月 或 者 8 月 另 外 统 计 了 塘 沽 站 95204 年 累 年 逐 月 减 水 的 最 大 值 最 小 值 以 及 减 水 大 于 -.3 m 的 减 水 发 生 的 次 数,7 月 和 8 月 减 水 最 大 值 分 别 为 -0.78 m 和 -.23 m, 远 远 小 于 其 他 0 月 的 -2.43 m 和 月 的 -2.44 m, 另 外 7 月 和 8 月 两 个 月 份 均 没 有 发 生 减 水 大 于 -.3 m 的 过 程 所 以 天 津 近 海 的 可 能 最 大 减 水 应 发 生 温 带 过 程 期 间 4 温 带 可 能 最 大 风 暴 增 减 水 计 算 4. 模 型 参 数 设 置 及 模 型 检 验 温 带 可 能 最 大 风 暴 增 水 的 计 算 采 用 的 模 型 与 可 能 最 大 台 风 增 水 计 算 一 样, 其 模 型 设 置 也 一 样, 但 输 入 的 风 场 和 气 压 场 不 同 为 了 检 验 温 带 风 暴 潮, 分 别 模 拟 了 次 显 著 的 温 带 风 暴 减 水 过 程 (2007 年 3 月 47 日 ) 和 2 次 显 著 的 温 带 风 暴 增 水 过 程 (2009 年 2 月 05 日 和 2009 年 4 月 822 日 ); 输 入 风 场 为 MM5 中 尺 度 数 值 预 报 模 式 的 2 2 再 分 析 风 场, 其 验 证 结 果 见 图 4 从 验 证 结 果 可 以 看 出, 就 各 过 程 最 大 增 减 水 值 而 言, 不 论 从 两 者 位 相 差 和 量 值 差 来 考 察, 都 表 明 所 建 立 的 温 带 气 旋 风 暴 潮 模 式 满 足 计 算 要 求 4.2 温 带 风 暴 敏 感 性 实 验 为 了 确 定 引 起 天 津 近 海 的 温 带 天 气 系 统 最 大 增 减 水 的 方 位, 对 6 个 方 位 采 用 定 常 风 速 (20 m/s) 进 行 计 算, 计 算 结 果 见 表 3 从 表 中 可 以 看 出, 引 起 天 津 近 海 的 最 大 增 水 的 风 向 是 ESE, 最 大 减 水 的 风 向 是 WNW 4.3 可 能 最 大 温 带 天 气 系 统 增 水 温 带 可 能 最 大 风 暴 增 水 计 算 所 采 用 的 风 速 按 照 以 下 方 法 构 建 : 其 一, 所 有 计 算 过 程 时 间 长 度 48 h; 其 二, 所 有 计 算 过 程 从 6 级 风 (2 m/s) 开 始, 按 抛 物 线 分 布, 到 24 h 达 到 千 年 一 遇 风 速 值 (ESE 风, 风 速 图 4 典 型 温 带 风 暴 过 程 验 证 图 ( 塘 沽 站 风 暴 增 水 模 拟 与 观 测 值 对 比 )
6期 武双全等 天津近海可能最大风暴潮模拟研究 9 表 3 6 个方位常风 20 m/s 吹 48 h 天津近海增 减水(m) 风向 最大增水 最大减水 N 0.70 -.20 NNE.30-0.9 NE.70 ENE 2.20 E 2.50 ESE 2.70 SE 2.60 SSE 2.0 S.20-0.67 SSW 0.26 -.30 SW -.80 WSW -2.50 W -2.90 WNW -3.00 NW -2.70 NNW -2.0 图 6 温带天气系统可能最大增水曲线 图 7 千年一遇 WNW 风速随时间变化的过程曲线 图 5 千年一遇 ESE 风速随时间变化的过程曲线 为 26.68 m/s 此后按抛物线分布风速下降 直到 48 h 风速随时间变化的过程 见图 5 计算出天 津 近 海 的 可 能 最 大 温 带 天 气 系 统 增 水 为 3.30 m 见图 6 4.4 可能最大温带天气系统减水 图 8 温带天气系统可能最大减水曲线 为 28.70 m/s 此后按抛物线分布风速下降 直到 48 h 计算出天津近海的可能最大温带天气系统减 水为-3.70 m 见图 8 温带可能最大风暴减水计算所采用的风速按照 以下方法构建 其一 所有计算过程时间长度 48 h 其 5 结论 二 所有计算过程从 6 级风 2 m/s 开始 按抛物线 分布 到 24 h 达到千年一遇风速值 WNW 风 风速 95203 年 塘沽站共出现 0.50 m 以上
92 海 洋 预 报 32 卷 的 风 暴 增 水 3 28 d, 平 均 每 年 50.5 d, 其 中.00 m 以 上 的 风 暴 增 水 共 有 405 d, 平 均 每 年 6.5 d; (2) 该 海 域 出 现 较 大 减 水 的 频 率 比 出 现 较 大 增 水 的 频 率 大 例 如, 超 过.20 m 的 增 水 平 均 每 44.58 d 出 现 一 次 ; 超 过 -.20 m 的 减 水 则 平 均 每 6.74 d 出 现 一 次 这 也 说 明 在 天 津 近 海 区 域 离 岸 风 导 致 的 减 水 事 件 发 生 的 概 率 较 大 在 增 减 水 幅 度 方 面, 增 水 历 史 极 值 和 减 水 历 史 极 值 量 值 相 当, 95203 年 期 间 的 最 大 增 水 为 2.35 m, 最 大 减 水 为 -2.44 m; (3) 通 过 统 计 历 史 台 风 过 程, 确 定 了 PMTC 参 数, 计 算 了 天 津 近 海 台 风 可 能 最 大 风 暴 增 减 水, 得 到 了 最 大 台 风 风 暴 增 水 为 3.60 m, 最 大 台 风 风 暴 减 水 为 -.00 m; (4) 通 过 温 带 风 暴 潮 增 减 水 的 计 算, 得 到 了 天 津 近 海 温 带 最 大 风 暴 增 水 为 3.30 m, 最 大 温 带 风 暴 减 水 为 -3.70 m 由 此 确 定 了 天 津 近 海 的 可 能 最 大 风 暴 增 水 为 3.60 m, 由 西 北 向 理 想 台 风 路 径 5 引 起, 可 能 最 大 风 暴 减 水 为 -3.70 m, 由 温 带 气 旋 引 起 (WNW 风, 风 速 为 29 m/s); (5) 采 用 P -III 分 布 曲 线 计 算 的 塘 沽 站 千 年 一 遇 的 增 水 和 减 水 分 别 为 3.24 m -3.26 m, 本 文 采 用 数 值 模 拟 计 算 的 可 能 最 大 增 水 和 减 水 分 别 为 3.60 m -3.70 m 二 者 的 差 别 分 别 是 0.36 m 0.44 m, 数 值 模 拟 的 结 果 大 于 统 计 分 析 的 结 果 [2] 刘 安 国, 张 德 山. 环 渤 海 的 历 史 风 暴 潮 探 讨 [J]. 青 岛 海 洋 大 学 学 报, 99, 2(2): 2-36. [3] 王 慧, 刘 克 修, 范 文 静, 等. 202 年 中 国 沿 海 海 平 面 上 升 显 著 成 因 分 析 [J]. 海 洋 学 报, 204, 36(5): 8-7. [4] 王 慧, 范 文 静, 高 志 刚. 渤 黄 海 沿 海 季 节 性 海 平 面 异 常 偏 高 成 因 分 析 [J]. 海 洋 通 报, 202, 3(6): 63-620. [5] 王 一 红, 尚 嗣 荣. 渤 海 湾 风 暴 潮 灾 害 及 对 策 [J]. 灾 害 学, 999, 4 (3): 70-74. [6] 莎 日 娜, 尹 宝 树, 杨 德 周, 等. 天 津 近 岸 台 风 暴 潮 漫 滩 数 值 模 式 研 究 [J]. 海 洋 科 学, 2007, 3(7): 63-67. [7] 许 富 祥. 天 津 沿 海 三 次 特 大 风 暴 潮 灾 成 因 分 析 及 预 防 对 策 [J]. 海 洋 预 报, 2002, 9(): 36-42. [8] 于 福 江, 王 喜 年, 宋 珊, 等. 渤 海 926 特 大 风 暴 潮 过 程 的 数 值 模 拟 [J]. 海 洋 预 报, 2000, 7(4): 9-5. [9] 傅 赐 福, 于 福 江, 王 培 涛, 等. 滨 海 新 区 温 带 风 暴 潮 灾 害 风 险 评 估 研 究 [J]. 海 洋 学 报, 203, 35(): 55-62. [0] 杨 晓 君, 何 金 海, 吕 江 津, 等. 对 一 次 温 带 气 旋 引 发 渤 海 风 暴 潮 过 程 的 数 值 模 拟 [J]. 气 象 与 环 境 学 报, 200, 26(4): 6-65. [] 王 喜 年. 风 暴 潮 预 报 知 识 讲 座 第 七 讲 风 暴 潮 风 险 分 析 与 计 算 [J]. 海 洋 预 报, 2002, 9(4): 73-76. [2] Fujita T. Pressure Distribution within a Typhoon[J]. Geophysical Magazine, 952, 23: 437-45. [3] Jelesnianski C P, Chen J, Shaffer W A. SLOSH: Sea, Lake and Overland Surges from Hurricanes[R]. NOAA Technical Report, 992, 48: 7. [4] Veno T. Numerical Computations of the Storm Surges in Tosa Bay [J]. Journal of the Oceanographical Society of Japan, 98, 37(2): 6-73. [5] 王 喜 年, 尹 庆 江, 张 保 明. 中 国 海 台 风 风 暴 潮 预 报 模 式 的 研 究 与 应 用 [J]. 水 科 学 进 展, 99, 2(): -0. 参 考 文 献 : [] 国 家 海 洋 局. 2000-203 年 中 国 海 洋 灾 害 公 报 [R]. 203.
6 期 武 双 全 等 : 天 津 近 海 可 能 最 大 风 暴 潮 模 拟 研 究 93 Study on the simulation of probable maximum storm surge in the coastal area of Tianjin WU Shuang-quan, CUI Xiao-jian, GAO Zhi-gang, PAN Song, CHEN Chen 2, ZHANG Jian-li, GENG Shan-shan, Li Xiang (. National Marine Data and Information Service, SOA, Tianjin 3007 China; 2. Institute of Seawater Desalination and Multipurpose Utilization, SOA, Tianjin 30092 China) Abstract:In this paper, the variation rule of the storm surges of Tianjin coastal area was analyzed by using the observed data. The result shows the extra-tropical storm surge in winter has higher frequency while the tropical storm surge in summer may cause highest sea level rise, and these two types of storm surge may lead to maximum disaster. For the tropical storm surge, the statistics of historical tropical process are completed to generate the PMTC (Probable Maximum Tropical Cyclone) parameter, and then a model is established to calculate the PMSS (Probable Maximum Storm Surge) with a value of 3.6 m. For the extra-tropical storm surge, a sensitivity experiment was implemented to find the direction of PMSS, and then the PMSS is calculated with a positive value of 3.3 m and negative value of 3.7 m. In conclusion, the PMSS of Tianjin costal sea is 3.6 m in summer and Probable maximum negative Storm Surge is -3.7 m in winter. Key words:tianjin coastal area; storm surge; PMSS