风暴潮的预报及进展

风暴潮预报及进展提纲风暴潮预报的基础理论、知识、概念国内外风暴潮灾害风暴潮预（警）报技术发展典型风暴潮预报个例未来发展方向

风暴潮与潮汐有着密不可分的关系，风暴潮是在验潮站的观测值中分离了潮汐而获得的，因此要想了解风暴潮的有关信息，首先要对潮汐这一自然现象有所了解。潮汐1.风暴潮预报的基础理论、知识、概念

潮汐测量手段很多，主要包括采用水尺、浮子式、引压钟式、声学式、压力式验潮仪，而GPS验潮及潮汐遥感测量等技术研究国内外正在开展，所有这些验潮技术都各有自己的特点。海洋局大多数验潮站采用的是浮子式验潮仪，也有部分站采用的是声学式验潮仪。1.风暴潮预报的基础理论、知识、概念

自动验潮仪和井内水尺1.风暴潮预报的基础理论、知识、概念潮汐类型

依据各海区高、低潮的变化情况将潮汐变化分为以下几种类型。潮汐类型也称潮汐性质。（1）正规半日潮（2）不正规半日潮混合潮（3）不正规日潮混合潮（4）正规日潮1.风暴潮预报的基础理论、知识、概念大潮、小潮

在一个朔望月里（29.5天）里，当朔（当月亮处于太阳和地球之间，它的黑暗半球对着地球为“朔”）或望（当地球处于月亮与太阳之间时，月亮被太阳照亮的半球朝向地球为“望”）时，月球和太阳的引潮力方向一致，在半日潮海区产生的潮差最大，称为“大潮”。

一年中潮位达到最高时称为年天文大潮期，渤黄海地区通常出现在7、8、9月份，东海出现在8、9、10月份，南海出现在10、11月份。

1.风暴潮预报的基础理论、知识、概念

我国沿海潮差的分布总的趋势是东海最大，黄、渤海次之，南海最小。杭州湾潮差可达7～8米江苏、闽浙沿岸潮差可达5～6米渤海第三，天津塘沽沿岸潮差为3～4米南海最小，广东沿岸潮差2～4米

1.风暴潮预报的基础理论、知识、概念风暴潮定义1.风暴潮预报的基础理论、知识、概念由于热带气旋、温带天气系统、海上飑线等风暴过境所伴随的强风和气压骤变而引起的局部海面振荡或非周期性异常升高（降低）现象。注1：风暴潮中局部海面震荡或非周期异常升高现象称为风暴增水，简称增水；风暴潮中局部海面震荡或非周期异常降低现象称为风暴减水，简称减水。

风暴潮的空间影响范围一般为几十公里至上千公里，时间尺度或周期约为数小时～数天，介于地震海啸和天文潮之间。由于风暴潮的影响区域是随大气扰动因子的移动而移动的，因此有时一次风暴潮过程往往可以影响1000-2000公里的海岸区域，影响时间可长达数天之久。1.风暴潮预报的基础理论、知识、概念

国内外学者大多按照诱发风暴潮的大气扰动特性，将风暴潮分为台风风暴潮和温带风暴潮。台风风暴潮：由热带气旋（热带风暴、强热带风暴、台风等）所引起的风暴潮统称为台风风暴潮。在北美地区称为飓风风暴潮，在印度洋沿岸称热带气旋风暴潮。温带风暴潮：由温带气旋、强冷空气、寒潮等温带天气系统所引起的风暴潮统称为温带风暴潮。风暴潮分类1.风暴潮预报的基础理论、知识、概念风暴潮的命名

通常以诱发风暴潮的天气系统来命名，例如：由1980年第7号强台风（国际名称Joe）引起的风暴潮，称为8007台风风暴潮或Joe风暴潮；由1969年登陆北美的Camille飓风引起的风暴潮，称为Camille风暴潮等。

温带风暴潮大多以发生日期命名，如2003年10月11日发生的温带风暴潮称为“2003∙10∙11”温带风暴潮，2007年年3月3日发生的温带风暴潮称为“2007∙03∙03”温带风暴潮等。1.风暴潮预报的基础理论、知识、概念风暴潮特征

台风风暴潮台风风暴潮的增水曲线可分为3个阶段，初振（先兆波）、主振和余振。初振阶段风暴增水通常只有20-50cm，在台风登陆前后几小时增水达到最大即为主振阶段，当台风移出影响区后，潮位逐步恢复正常，此时为余振。1.风暴潮预报的基础理论、知识、概念

最大风暴潮的发生时间和位置登陆台风：移速慢时最大风暴潮发生在登陆前；移速快时最大风暴潮发生在登陆时或登陆后；台风垂直登陆海岸时，最大风暴潮发生在登陆点右方约等于最大风速半径的位置。因此可以把最大风速半径作为确定最大风暴潮发生位置的依据。1.风暴潮预报的基础理论、知识、概念

警戒潮位：一种潮位阈值，当潮位达到这一阈值时，沿岸可能出现险情，须进入戒备状态，预防潮灾的发生。警戒潮位的设定是做好风暴潮灾害监测、预报、警报的基础工作，也是各级政府科学、正确、高效地组织和指挥防潮减灾的重要依据。1.风暴潮预报的基础理论、知识、概念温带风暴潮特点

我国的温带风暴潮分为三种类型，一种是冷高压配合低压型，这类风暴潮多发生于春秋季，通常包括北高南低型、西高东低型等，此类温带风暴潮通常增水大，渤海湾与莱州湾的最强风暴潮均属于这一类型，分别为2.46m与3.55m，其中3.55m这一记录为世界第一位。

温带风暴潮特点

第二种是冷高压型，此类风暴潮多发生于冬季，但初春与深秋季也时有发生，增水幅度小于冷高压配合低压型，渤海湾此类型最大增水为1.98m，莱州湾为2.79m。

第三种是孤立气旋型，往往发生在夏季或春夏、夏秋交替季节，次数少于前两种类型，增水幅度也较小，但由于此类型风暴潮发生的季节天文潮较高，一旦遇到强孤立气旋引发的风暴潮叠加到天文高潮位时，则易出现超警戒的灾害性高潮位；台风北上变性为温带气旋引起的风暴潮也属于这一类型。

国际上风暴潮灾害严重的国家主要有孟加拉、印度、美国、日本、中国、英国、荷兰等。

2005年美国“卡特里娜飓风”引发的风暴潮灾害造成新奥尔良经济损失高达1500亿美元，死伤数千人，重创后的新奥尔良，要使其完全恢复成为受灾前的状况，至少要数十年的时间。

1959年日本“伊势湾”台风引发的特大风暴潮灾害，造成4700人丧生，401人失踪，38917人受伤，总经济损失5000～6000亿日元。2.国内外风暴潮灾害1970年11月印度洋博拉旋风卷着15米高的海水袭击了东巴基斯坦（如今的孟加拉），导致恒河三角洲—带约30～50万人丧生，100多万人无家可归。

1991年4月印度洋旋风再次登陆孟加拉，旋风造成的风暴潮普遍高6米，最大8米，吉大港淹水深达2米，灾害造成13.8万人死亡，经济损失超过30亿美元。温带风暴潮严重的一次是1953年发生在北海的温带风暴潮灾害造成北海沿岸的英国、荷兰等国死亡2300多人。2.国内外风暴潮灾害“卡特里娜飓风”风暴潮灾害2.国内外风暴潮灾害Irma风暴潮灾害2.国内外风暴潮灾害我国的风暴潮灾害概况

我国是世界上风暴潮灾害非常严重的国家之一，一年四季均有发生，从南到北所有沿岸地区无一幸免，尤其是在大江大河入海的河口三角洲地区，对风暴潮极其敏感和脆弱。台风风暴潮的致灾区几乎遍及整个中国沿海，多发生在夏秋之际。温带风暴潮的致灾区主要集中在我国渤、黄海沿岸，其中莱州湾最严重、渤海湾次之、海州湾第三，多发生在冬半年（11月至翌年4月）。2.国内外风暴潮灾害1905年9月，上海，两万多人死亡1922年8月，汕头，七万多人死亡1906年9月，香港，一万五千多人死亡1939年8月，连云港一万三千多人死亡1937年9月，香港，一万一千多人死亡1906年香港1937年香港从1901到1948，5次风暴潮灾害，总计超过十万人死亡

建国后几乎每年都有潮灾发生，成重灾者平均每两年一次，也有一年中多次受灾（1989年一年中发生8次潮灾）。严重的风暴潮灾往往造成多个省市区同时遭灾（9216、9711风暴潮灾害，其影响范围南从福建北到辽宁，包括沿海8个省、市）。

2.国内外风暴潮灾害

建国以后，我国沿海共发生3次死亡人数超过千人的风暴潮事件。1956年8月2日，5612号台风致浙江省4629人死亡。1969年7月28日，6903号台风致广东省1554人死亡。1994年

8月21日，9417号台风致浙江省1216人死亡。2006年“桑美”风暴潮高达4米，波高10米，福建沙埕港船只损毁严重。灾害发生前灾害发生后2.国内外风暴潮灾害1949-2009年近百个验潮站资料渤海湾莱州湾

经验统计预报的主要思路是依据历史资料，用数理统计的方法建立起气象要素（如风、气压等）与特定地点风暴潮之间的经验函数关系。3.风暴潮预（警）报技术及发展

风暴潮的预报方法很多，总体分为两大类：分别是经验统计预报方法和动力/数值预报方法。后者包括诺模图方法和数值模式预报方法。

动力/数值预报方法则是利用天气数值预报结果所提供的海面风和气压的预报场，在一定条件下，用数值方法求解控制海水运动的动力方程组，对特定海域的风暴潮进行预报。“七五”时期发展历程网格及分辨率台风风暴潮预报试验矩形网格，25km“八五”、九五时期“五区块”台风风暴潮模型业务运行矩形网格，13km我国风暴潮数值预报发展历史“十五”时期考虑风暴潮、天文潮耦合；基于MM5风场的温带风暴潮业务运行矩形网格3km(台风)/10km(温带)发展历程网格及分辨率“七五”时期台风风暴潮预报试验矩形网格，25km“八五”、九五时期“五区块”台风风暴潮模型业务运行矩形网格，13km“十五”时期考虑风暴潮、天文潮耦合；基于MM5风场的温带风暴潮业务运行矩形网格3km(台风)/10km(温带)“十一五”时期台风风暴潮集合预报；漫滩预报；温带风暴潮模式时效拓展至中期精细化非结构网格，数百米我国风暴潮数值预报发展历史发展历程网格及分辨率“十五”时期考虑风暴潮、天文潮耦合；基于MM5风场的温带风暴潮业务运行矩形网格3km(台风)/10km(温带)“十一五”时期台风风暴潮集合预报；漫滩预报；温带风暴潮模式时效拓展至中期精细化非结构网格，数百米“八五”、九五时期“五区块”台风风暴潮模型业务运行矩形网格，13km“十二五”风暴潮+天文潮+近岸浪耦合漫堤数值预报及三维可视化；风暴潮漫滩预报非结构网格近岸海域<100m我国风暴潮数值预报发展历史“十三五”街区尺度风暴潮预报更多物理过程耦合分辨率<20m由NMEFC自主开发，2003年开始业务化运行◆球面坐标，适合大范围计算◆半隐式差分格式，计算效率高◆空间分辨率为2′，每个区域近20万格点◆三个区域部分重叠，覆盖整个中国沿海◆模型风场采用高桥和藤田公式嵌套◆动态可视化◆2007年开始进行集合预报试验3.风暴潮预（警）报技术及发展3.风暴潮预（警）报技术及发展精细化台风风暴潮数值预报模式

技术特点：

◆非结构网格技术，精确刻画沿岸地形，用于沿海精细化风暴潮预报。

◆空间分辨率为100米左右

◆采用次网格和动边界计算技术和集合数值预报技术

◆可以加入天文潮、径流、波浪等其他多种要素。3.风暴潮预（警）报技术及发展真实的台风风暴过程，风暴潮、海浪相互影响、相互作用。3.风暴潮预（警）报技术及发展风暴潮-近岸浪耦合漫堤预报系统

风暴潮-近岸海浪耦合技术3.风暴潮预（警）报技术及发展

我国沿海地区经济发达，人口密集，重要的城市往往分布于河口港湾附近，受到台风风暴潮过程的袭击的风险较大，为了抵御严重的风暴潮灾害，上海、浙江、福建、广东等地在重要防护区域修建了高标准海堤。针对工程性防御设施海堤开展风暴潮（含近岸浪）漫堤预报有助于开展防灾减灾工作。一个区占用一个核；子网格与邻近计算核上的子区共用一套边界；模型间信息传递通过共享的网格节点来实现；模型内部采用消息传递（MPI）方式进行通讯信。3、ADCIRC开始运行至耦合时间，调用SWAN计算机内存4、SWAN模式运行运行时间长度为耦合时间间隔5、ADCIRC再次开始运行至耦合时间，调用SWAN1、ADCIRC模式初始化2、SWAN模式初始化循环上述第4、5步直到模式运行结束辐射应力流速、潮位辐射应力浪潮耦合计算3.风暴潮预（警）报技术及发展精细化耦合模型的三个主要特点：物理过程精细化：考虑风暴潮、潮汐、近岸浪耦合模式配置精细化：精细化的水深、岸形，MPI并行---保证近岸精细化模拟预警服务精细化：任意加入预警海堤---漫堤预警，契合防汛需求，有选择的防御3.风暴潮预（警）报技术及发展2012年开始在国家中心和福建海洋预报台业务化试运行技术特点：◆非结构三角网格，精细刻画复杂岸线地形；◆近岸最高分辨率小于80米，可刻画一维海堤；◆浪潮实时直接耦合，物理过程更客观；◆浪潮模型共用一套网格，并行计算效率高；◆采用台风预报路径集合运算，系统易操作；◆同时计算得到浪、潮结果和漫堤风险。3.风暴潮预（警）报技术及发展风暴潮漫堤预报系统

在福建省沿海蜿蜒曲折的3700多公里的海岸线上分布着大量的海堤，据不完全统计，福建省保护面积在千亩以上的海堤多达636条，其中在万亩以上的海堤有83条3.风暴潮预（警）报技术及发展三沙湾高分辨率水深分布沙埕港高分辨率水深分布宁德近海模拟最高潮位(9608)

针对我国沿海目前缺乏风暴潮漫堤观测，2013-2014年，国家海洋环境预报中心在福建省崇武、平潭等地开展了风暴潮漫堤观测，2013年共观测到三次台风过程(潭美、天兔、菲特)和两次冷空气过程。福建省海堤风暴潮漫堤观测视频中海浪爬高解算3.风暴潮预（警）报技术及发展3.风暴潮预（警）报技术及发展

预报的台风路径以中央气象台的预报为准，利用福州和宁德风暴潮漫堤数值预报系统进行风暴潮、近岸浪、漫堤预报。共对“潭美”进行了四次预报，预报时间时效48小时、36小时、24小时、12小时。51长沙海堤石湖海堤连江县晓澳百胜半埕海堤连江县安定海堤平潭城关防洪堤马尾区矮岭海堤长乐海堤（潭梅段）长乐海堤（国际机场）水痕线条水痕线条水痕线条水痕线条序号调查岸段代表海堤漫堤调查实况24小时预报备注1福宁湾及牙城湾岸段牙城海堤有两处溃口，局部岸段发生漫堤，海水倒灌风险较高(一致)2东冲半岛岸段长春镇文岐海堤(养殖)围塘海堤溃损、塌陷约30-50米风险较高此岸段千亩海堤仅有石湖海堤一条，模型中用它代表此岸段(一致)下浒镇西岐塘海堤水闸损坏，海水倒灌，淹没堤内农地和堤内外低处村民房屋北壁乡下岐村海水倒灌，淹入村庄，水深1.5-2.0米北壁乡下岐渔港码头近岸浪淘坏码头水泥路面，卷走码头物资3闽江口岸段乌猪港附近海堤两处海堤斜坡有明显坍塌，无漫堤痕迹风险较高用定安海堤代表此岸段(一致)道澳附近路堤有海水漫堤冲刷痕迹，长约150米，堤坝无明显损坏晓澳附近路堤无明显损坏，堤坝路面有水草杂物，可能漫堤风险低用百胜半埕海堤代表此岸段(偏大)风险高百胜附近海堤此岸段堤坝无损坏(偏大)浙江温州台风风暴潮漫滩预报系统研制海堤段海堤控制点经度纬度实测海顶高黄华至磐石50年一遇沿河村大堤120.84283227.9965345.96702七都20年一遇七都码头海堤120.77214128.0142715.50167七都50年一遇七都东沙江海堤120.78315728.0035215.94958灵昆20年一遇灵昆岛大堤120.85264427.9749555.50362瓯北50年一遇瓯北沿江大堤120.70202928.0404225.96186永嘉50年一遇仰义乡大堤120.59070728.0891565.76376市区100年一遇勤奋路大堤120.63541928.0247236.52186永强50年一遇龙湾区蓝天大堤120.85615327.9428446.085273.风暴潮预（警）报技术及发展网格包含411370个网格单元，211803个节点。风暴潮漫滩影响研究—径流对风暴潮及漫滩的的影响

采用1994年8月18日0时至1994年8月22日23时五天圩仁站的流量，在此期间的最大瞬时流量为10200

实验描述未考虑径流的模拟考虑径流的模拟第一峰值（m）实测值2.63模拟值2.4312.606误差7.59%0.93%第二峰值（m）实测值2.69模拟值1.0762.561误差59.98%4.79%第三峰值（m）实测值2.54模拟值0.3932.41误差84.52%5.11%-0.176m,2.5%-0.152m,2.1%风暴潮漫滩影响研究—径流对风暴潮及漫滩的的影响

-0.176m,2.5%-0.152m,2.1%底摩擦的空间分布地物状况地物对风场的阻碍漫滩模拟直接影响间接影响地物状况对漫滩模拟的影响研究考虑底摩擦分布状况后的最大淹没面积为未考虑底摩擦状况最大淹没面积的60.3%未考虑底摩擦分布状况的最大淹没面积4716.4公顷考虑底摩擦分布状况的最大淹没面积2841.8公顷未考虑风场衰减的最大淹没面积2481.8公顷考虑风场衰减的最大淹没面积2653.6公顷考虑风场衰减的最大淹没面积为未考虑风场衰减的最大淹没面积的93.4%个例1：0608“桑美”

风暴潮预报0608超强台风“桑美”是建国以来（截至当年）登陆我国大陆最强的台风，风暴潮组预计浙江省宁波到福建连江一带将会出现150－400厘米的风暴增水，但上述最大增水将出现在14时－18时的天文低潮时段，沿海将不会出现破历史纪录的特大海潮。实况证明预报是正确的，为当地防汛部门防灾减灾提供了科学的依据。

临危不乱，准确发布预警报4.典型风暴潮预报个例个例2：1409“威马逊”

1415“海鸥”

风暴潮预报1409超强台