长江口台风风暴潮与漫滩对气候变化响应的数值模拟研究

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我国是世界上受台风影响最大的国家之一,强台风引起的风暴潮灾害不容忽视。随着气候变化程度的逐步提升,这种灾害的影响可能被进一步提高。在此背景下开展气候变化对台风风暴增水及漫滩影响的相关研究工作,对于调整防洪系统、提高防灾减灾能力以及减小台风带来的损失具有十分重要的意义。气候变化带来的影响需要通过风、水动力耦合模型进行展现,因此耦合模型是研究的基础,这也可为相关研究提供技术支撑。因此研究台风风暴增水及漫滩对气候变化的响应机制具有重要的理论和现实意义。
  本文从建立WRF-ADCIRC气象水动力耦合模型出发,选择历史上影响长江口区域的0509号登陆台风麦莎和1509号近转向台风灿鸿作为案例进行模拟。从模拟参数的选取、海表温度数据以及下垫面数据三个方面,对WRF风场进行了优化。考虑在气候变化背景下,本文研究了长江口台风、风暴增水对海表温度上升 SSTR(Sea surface temperature rise)的响应,以及以上海为例的漫滩对海表温度及海平面上升共同作用的响应情况。主要研究成果如下:
  (1)关于长江口区域的WRF参数优化,常用的5种微物理参数和5种积云参数被选择以进行优选实验,共9组实验。结果表明,两种参数对于验证点风速的影响程度较为接近;在路径方面,微物理参数造成的影响较小。对于麦莎台风,推荐的参数组合为WSM3+New SAS,灿鸿台风为WSM3+Grell,因此在该区域模拟台风时,微物理参数建议选择WSM3。在此基础上建立WRF-ADCIRC耦合模型,模型能够较好地模拟台风期间的水位。
  (2)基于选定的台风,海表温度上升引起了台风强度的增加,同时台风出现了远离陆地的趋势。具体表现为麦莎台风的路径呈现提前转弯的迹象,且路径更短,灿鸿台风的路径向东转移,远离陆地。SSTR为2.10℃时,台风的最大风速增强约10%,4.25℃时增强约25%。
  (3)根据研究结果,海表温度的上升导致大部分研究区域的增水极值都出现了一定程度的增大,特别是江苏和上海的沿海,且近岸的效果更加明显。麦莎台风提高了浙江沿海的增水极值,但对杭州湾的增水影响较小。灿鸿台风对增水的影响大致以江苏沿海为中心,向周边扩散。SSTR 为 2.10℃时,麦莎台风在长江口区域的增水极值增大0.2-0.4m,4.25℃时增大0.3-0.5m。灿鸿台风的结果为0-0.2m和0.3-1.0m。
  (4)利用 WRF-ADCIRC 耦合模型,以上海为例,结合高潮位模拟漫滩,在不考虑海堤的基础上,漫滩与增水极值变化的分布情况相对应,且随着海表温度和海平面的上升,淹没范围有明显的提升。结果表明,崇明岛、九段沙等岛屿都有较大范围的漫滩;上海的东部高程相对较低,出现比较严重的漫滩;南部高程较高,仅在麦莎台风影响下出现较大范围漫滩,灿鸿台风带来的漫滩情况较轻。
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