• 发文
  • 评论
  • 微博
  • 空间
  • 微信

一款预测海洋灾害的平台——南海海洋环境数值试验平台

Moresci科学+ 2018-12-27 17:49 发文

世界上很多国家的自然灾害因受海洋影响都很严重。例如,仅形成于热带海洋上的台风引发的暴雨洪水、风暴潮、风暴巨浪,以及台风本身的大风灾害,就造成了全球自然灾害生命损失的60%。台风每年造成上百亿美元的经济损失,约为全部自然灾害经济损失的1/3。所以,海洋是全球自然灾害的最主要的源泉。



综合最近20年的统计资料,我国由风暴潮、风暴巨浪、严重海冰、海雾及海上大风等海洋灾害造成的直接经济损失每年约5亿元,死亡500人左右。


经济损失中,以风暴潮在海岸附近造成的损失最多,而人员死亡则主要是海上狂风恶浪所为。就目前总的情况来看,海洋灾害给世界各国带来的损失呈上升趋势。




但是随着科技的进步,国家海洋环境数据预测的预报精度及准确度进一步增加,对海上的各种灾害进行更多的研究预测,为我国的海洋安全、海洋环保、海洋经济发展保驾护航。


今天小砖头要说的就是一款海洋产品——南海海洋环境数值试验平台


南海海洋环境数值预报实验平台主页面

该平台建成了南海海洋环境数值预报试验平台(简称EPMEF),实现了对我国华南及南海区域大气与海洋状况实时短期(3天)和中期(15天)预报和预测。


其中,大气模式采用国际先进的WRF模式及其三维变分同化系统,在WRF三维变分同化系统中加入了目前世界先进的选尺度变分同化方法,大大提高了大尺度背景风场的预报精度,以提高台风路径的模拟精度;海洋模式采用POM(Princeton Ocean Model)模式。


海浪模式采WW3(Wave Watch 3)模式,并在海洋模式中加入了基于POM的四维变分同化系统POM-4DVAR,并将三维非线性海洋模式及其四维变分同化系统应用到风暴潮的实时预报中,极大地提高了海洋预报技术的水平。


此外,还利用法国的耦合器OASIS对大气模式和海洋模式进行完全耦合,以提高对台风强度的模拟精度。


∇海洋环境数值预报实验平台在“鲶鱼”台风期间水位预报值与中国科学院南海海洋研究所西沙站水文浮现观测值的对比情况


其中大气模式采用国际先进的WRF模式,以美国国家海洋与大气管理局NOAA,每6小时发布的GFS全球1°*1°预报产品作为初始场和边界场,采用双重嵌套网格技术实现“动力降尺度”,其中外区域网格尺度为72km,提供15天的预报结果,内区域网格尺度为24km,提供78小时的预报结果。


利用大气内区域提供的10m风场和海面气压场驱动海洋模式POM(Princeton Ocean Model),并用俄勒冈州大学的潮汐模型(OTPS)提供边界处的潮汐调和常数,得到海南区域48小时的潮汐风暴潮预报结果。


∇海洋环境数值预报实验平台在“鲶鱼”台风期间水位预报值与中国科学院南海海洋研究所西沙站水文浮现观测值的对比情况


同时,利用大气内区域提供的10风场驱动海浪模式WW3(Wave Watch 3),网格尺度为1/10°,得到南海区域48小时的海浪预报结果。预报结果与中国科学院南海海洋研究所西沙站的水文浮标数据进行对比,检验预报的精度。


本平台在大气模式中加入WRF-3DVAR(WRF-三维变分)同化系统,通过同化卫星资料提高台风路径和极端对流天气等的预报精度, 还在WRF三维变分同化系统中加入了目前世界先进的选尺度变分同化方法,大大提高了大尺度背景风场的预报精度,以提高台风路径的模拟精度。




在海洋模式中加入第一完成基于POM的四维变分同化系统POM-4DVAR,通过将水位高度及海表流速同化进海洋模式中,对模式初始场、边界场和物理参数进行优化,以提高模式的模拟和预报精度。


此外,还利用法国的耦合器OASIS对大气模式和海洋模式进行完全耦合,以提高对台风强度的模拟精度。


该南海海洋环境数值预报试验平台已多次为南海相关海洋调查、海洋作业航次提供大气产品指导,为气象保障工作提供服务,实现了对我国华南及南海区域大气与海洋状况实时短期(3天)和中期(15天)预报和预测,成功地预报了华南地区多个极端天气情况,极大地提高了海洋预报技术的水平。


这对于提升我国对南海科学考察和研究的国际影响度,具有重大的科学意义。对于保障我国沿海地区居民生活安全、社会经济建设、国防军事设施与安全等均具有重大的作用。






从2010年9月初试运行以来,成功的预报了9月15-21日超强台风“凡亚比”的强度、移动路径、登陆地点及沿岸风暴潮增水,9月21日广东地区超200年一遇的特大降水灾害,2010年10月1-8日海南省超50年一遇的持续强降水灾害,尤其是提前两天准确预测了近50年来秋季西太平洋生成的最强台风“鮎鱼”的转向及登陆地点,并且在“鲶鱼”台风期间的水位预报也十分准确,水位预报值与中国科学院南海海洋研究所西沙站水文浮标观测值基本吻合。


EPMEF提前三天准确预报出第11号台风“南玛都”在福建厦门和漳州一带登陆以及提前两天成功预报出“洛克”的逆时针打转然后北上的怪异路径。


另外,给出平台与西沙站水位的在2011年10月前两周的对比情况,从图中可以看出与模拟和观测吻合较好。以上检验结果初步表明,EPMEF具对台风路径及风暴潮预报有较好的预报技巧。


∇台风鲶登陆路线


简单举几个海洋预报的具体应用


1、主要旅游城市的潮汐状况(水温、浪高、高潮时低潮时及高度)、海水浴场的状态。这个对于海滨城市旅游蛮实用的,作用也显而易见,就不用多解释了。 




2、台风、风暴潮、海啸等灾害预警;台风其实严格来说是天气预报的范畴。然而台风到来带来的强降雨、高水位如果叠加了天文大潮,台风其实严格来说是天气预报的范畴。然而台风到来带来的强降雨、高水位如果叠加了天文大潮。




3、海冰海冰预报就是预报某些海域结冰的状况。海冰会影响船舶的航行,影响海洋渔业,甚至造成灾害。这块作为亚热带人民不太熟悉,不过也不难想象。




4、波浪。提到海洋波浪,会影响海洋工程。


5、中尺度涡预报。除了波浪以外,时间尺度为数个月的中尺度涡旋,也会影响海洋中的结构物,特别是海洋钻井平台。一旦遭遇中尺度涡,钻井平台会遭受数个月的强烈晃动,甚至有可能受损。




6、海洋救援。在海洋救援领域,海洋预报也可以起到关键作用。然现在的搜救系统给出的轨迹多少有所偏差,但是能够定性给出大概的轨迹、方向和范围。用来指导大致的搜救范围,比在茫茫大海上盲目寻找来的可靠的多。



我们是谁?

红砖科技主做科技成果转化事业,为有研发需求的企业提供技术支持,同时从高校挖掘有价值的科技成果推荐给企业。

科学+红砖科技的主打品牌之一,红砖科技科学+ 产业技术对接平台的运营者,也是技术主题论坛活动和专家行活动的组织者。

声明:本文为OFweek维科号作者发布,不代表OFweek维科号立场。如有侵权或其他问题,请及时联系我们举报。
2
评论

评论

    相关阅读

    暂无数据

    Moresci科学+

    重新定义技术对接,致力于打造产学...

    举报文章问题

    ×
    • 营销广告
    • 重复、旧闻
    • 格式问题
    • 低俗
    • 标题夸张
    • 与事实不符
    • 疑似抄袭
    • 我有话要说
    确定 取消

    举报评论问题

    ×
    • 淫秽色情
    • 营销广告
    • 恶意攻击谩骂
    • 我要吐槽
    确定 取消

    用户登录×

    请输入用户名/手机/邮箱

    请输入密码