风暴潮与天文潮耦合的数值模拟和同化研究

The storm surge frequently occurs in the Bohai Sea, Yellow Sea and East China Sea.It is very important to study the characteristics and dynamics mechanism of the storm surge and accurately forecast its extreme water levels. The interaction between the storm surge and astronomical tide can influence the extreme water levels, and the parameterization of the wind stress drag coefficient in the storm surge model is not very accurate. The project builds the coupled model of the storm surge and astronomical tide and its adjoint model using numerical simulation and adjoint method, and investigates the tide-surge interaction and its impact on the extreme water level. Through the adjoint method, the spatially varying wind stress drag coefficients in many classic storm surge processes are achieved. Finally, the relationship of the wind stress drag coefficient with wind speed and water depth is obtained by the statistical methods, thus providing the service for the accurate simulation and prediction of the extreme water levels and offering the reference for the wind stress drag coefficient in the high wind speed.

渤、黄、东海是风暴潮发生频繁的海域之一，研究该海域内风暴潮的特征及其动力学机制，准确预报风暴潮发生时的极值水位，具有十分重要的意义。鉴于风暴潮与天文潮的相互作用对风暴潮极值水位有很大影响，以及风暴潮预报模型中风应力拖曳系数的参数化方案不够准确，本项目拟利用数值模拟与伴随同化的方法建立风暴潮与天文潮耦合的数值模型及其伴随同化模型，揭示风暴潮与天文潮的相互作用机制及其对风暴潮发生时极值水位的影响。利用伴随同化方法，反演出多个典型台风过程中的风应力拖曳系数，最终统计出风应力拖曳系数与风速和水深的关系。研究成果可为今后风暴潮发生时极值水位的准确模拟和预报提供服务，同时也为高风速下的风应力拖曳系数提供参考。

渤、黄、东海海域经常受到西太平洋台风的袭击，风暴潮发生频繁。研究该海域内风暴潮的特征及其动力学机制，探讨风暴潮与天文潮的相互作用机制，具有十分重要的意义。近年来，关于风暴潮与天文潮的相互作用已有一些方面的研究，如潮汐作用对风暴潮水位的影响和建立特定海域内的耦合模型等。但其模拟精度并不令人满意，而且这些研究只针对局部海域，而潮-涌相互作用对极值水位的影响和风应力拖曳系数的参数化与海域的选取关系非常密切。.目前，暂无渤、黄、东海海域内风暴潮与天文潮的相互作用对风暴潮发生时极值水位影响的相关研究，并且现有的风应力拖曳系数参数化方案也不能完全满足风暴潮水位预报的需要。基于这些认识，我们开展了较为深入的研究探索，集中研究了以下几个关键问题：耦合模型的建立及应用、样条插值方法的应用、正则化方法的应用，以及风速变化对风暴潮水位的影响等。在项目执行期间，我们的进展十分顺利，取得了较为丰富的成果，一共发表了18篇文章，其中SCI论文16篇，EI论文2篇。我们构建了渤、黄、东海海域风暴潮与天文潮耦合的数值模型和伴随同化模型，并反演得到了该海域内风应力拖曳系数的空间分布。这些研究成果对提高风暴潮预报精度具有十分重要的现实意义。