西北太平洋三臺(tái)風(fēng)影響下海浪的數(shù)值模擬研究

周媛媛，周 林，關(guān) 皓

（1.解放軍理工大學(xué)氣象海洋學(xué)院，江蘇南京211101；2.解放軍61741部隊(duì)，北京100085）

西北太平洋三臺(tái)風(fēng)影響下海浪的數(shù)值模擬研究

周媛媛1，周 林1，關(guān) 皓2

（1.解放軍理工大學(xué)氣象海洋學(xué)院，江蘇南京211101；2.解放軍61741部隊(duì)，北京100085）

采用NCEP-FNL（Final Operational Global Analysis）再分析風(fēng)場(chǎng)資料及WW3（WAVEWATCHⅢ）海浪模式對(duì)2015年連續(xù)發(fā)生的1509號(hào)臺(tái)風(fēng)“燦鴻”、1510號(hào)臺(tái)風(fēng)“蓮花”和1511號(hào)臺(tái)風(fēng)“浪卡”進(jìn)行數(shù)值模擬。通過(guò)與衛(wèi)星高度計(jì)資料和浮標(biāo)觀測(cè)資料對(duì)比，驗(yàn)證了模擬結(jié)果的有效性，并分析臺(tái)風(fēng)浪的特征。結(jié)果表明：采用再分析風(fēng)場(chǎng)資料驅(qū)動(dòng)WW3海浪模式，較好地模擬了3個(gè)臺(tái)風(fēng)影響下西北太平洋海浪場(chǎng)的分布和演變特征；模擬波高與遙感的軌道波高資料相關(guān)性超過(guò)0.7，平均相對(duì)誤差小于0.23，風(fēng)速誤差是造成模擬誤差的主要原因；臺(tái)風(fēng)浪的大小不僅取決于臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度，還受海域的影響。近海海域由于海岸與島嶼的阻礙，波浪能量頻散受到抑制，易產(chǎn)生局地巨浪；而深海大洋開(kāi)闊海域，易于臺(tái)風(fēng)浪能量傳播。本文相關(guān)結(jié)論為臺(tái)風(fēng)浪的定量預(yù)報(bào)及防災(zāi)減災(zāi)提供有益參考。

WAVEWATCHⅢ海浪模式；數(shù)值模擬；臺(tái)風(fēng)浪；有效波高

1 引言

海浪作為海洋環(huán)境中一個(gè)極其重要的海洋現(xiàn)象，與人類的生產(chǎn)和生活密不可分，其在海洋動(dòng)力環(huán)境和海氣相互作用等研究領(lǐng)域占有重要的地位，同時(shí)也對(duì)海洋開(kāi)發(fā)、海上運(yùn)輸具有重要影響[1-2]。作為海浪的一種，臺(tái)風(fēng)浪對(duì)人們的影響十分巨大。臺(tái)風(fēng)是形成于26℃以上廣闊熱帶洋面上的熱帶氣旋，較強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)中心風(fēng)速可達(dá)50 m/s，在強(qiáng)風(fēng)作用下，常常會(huì)在廣闊的洋面上形成十幾米，甚至幾十米的巨浪[3]。臺(tái)風(fēng)浪能量巨大、破壞力強(qiáng)，往往會(huì)造成重大的海難事故和對(duì)海洋工程的破壞[4-5]。因此，研究臺(tái)風(fēng)過(guò)程中波浪場(chǎng)的分布和演變特征，對(duì)臺(tái)風(fēng)浪進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，對(duì)于防災(zāi)減災(zāi)、海洋工程、海上艦船活動(dòng)等具有重要意義。

海浪數(shù)值模式是研究海浪演變過(guò)程和機(jī)理、進(jìn)行海浪業(yè)務(wù)化預(yù)報(bào)和分析的主要手段和重要工具[6]。前人基于海浪模式，對(duì)不同天氣背景下的波浪傳播過(guò)程及特征開(kāi)展了大量研究工作。齊義泉等[7]運(yùn)用WW3海浪模式模擬了1996年整年的南海海域的海面風(fēng)浪場(chǎng)，并與TOPEX/Poseidon（T/P）高度計(jì)觀測(cè)資料對(duì)比，結(jié)果表明：模式對(duì)海浪場(chǎng)具有較好的模擬效果。從空間上看，在計(jì)算區(qū)域中心附近海域的結(jié)果一致性較好；從時(shí)間上看，冬季風(fēng)期間的結(jié)果一致性較好。鄭崇偉等[8]、孔叢穎等[9]分別利用WW3模式模擬西北太平洋臺(tái)風(fēng)浪的分布特征，通過(guò)與實(shí)測(cè)資料對(duì)比，驗(yàn)證了海浪模式對(duì)臺(tái)風(fēng)浪模擬的有效性，同時(shí)得到臺(tái)風(fēng)影響下臺(tái)風(fēng)浪波高的空間分布具有與海面風(fēng)場(chǎng)近似的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，波高對(duì)風(fēng)速有很強(qiáng)的依賴性。張瀝等[10]驗(yàn)證了WW3和SWAN（Simulating WAves Nearshore）海浪模式，對(duì)東中國(guó)海的臺(tái)風(fēng)“圓規(guī)”所致的臺(tái)風(fēng)浪的模擬效果，結(jié)果表明，兩個(gè)模式對(duì)臺(tái)風(fēng)浪有效波高都具有較高模擬精度，并且WW3模式模擬效果略優(yōu)于SWAN。以上研究驗(yàn)證了在不同季節(jié)以及特殊天氣（臺(tái)風(fēng)）條件下，海浪模式對(duì)中國(guó)海海浪的模擬效能，但前人在模擬研究臺(tái)風(fēng)時(shí)，大多只研究了單一臺(tái)風(fēng)海浪場(chǎng)，對(duì)多臺(tái)風(fēng)尤其是三臺(tái)風(fēng)浪場(chǎng)的模擬較少見(jiàn)。為了研究三臺(tái)風(fēng)同時(shí)出現(xiàn)時(shí)的海面浪場(chǎng)分布特征，本文選取一次西北太平洋“三臺(tái)”共同影響的極端個(gè)例，對(duì)海浪模式的模擬效果進(jìn)行研究，并進(jìn)一步分析3個(gè)臺(tái)風(fēng)引起的海浪場(chǎng)的分布和演變特征，為未來(lái)臺(tái)風(fēng)浪的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)提供有益參考。

2 方法模式及資料簡(jiǎn)介

2.1 模式及資料

本文采用的WAVEWATCHⅢ模式（V3.14）是Tolman在第三代海浪模式WAM（Wave Model）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是當(dāng)前國(guó)際上最成熟的幾個(gè)海浪數(shù)值模式之一[11]，具有穩(wěn)定性好、計(jì)算精度高等特點(diǎn),目前已經(jīng)成功運(yùn)用于全球和區(qū)域尺度的海浪業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)[2]。

模式運(yùn)行所使用的地形資料來(lái)自于ETOPO5全球水深數(shù)據(jù)，分辨率為5'×5'。風(fēng)場(chǎng)采用NCEPFNL（Final Operational Global Analysis，全球分析資料，是由美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心NCEP制作提供的再分析資料，以下簡(jiǎn)稱為FNL）10 m風(fēng)場(chǎng)資料，其空間分辨率為1°×1°，時(shí)間分辨率為6 h。臺(tái)風(fēng)觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)自于中國(guó)上海臺(tái)風(fēng)研究所發(fā)布的臺(tái)風(fēng)資料。

檢驗(yàn)利用Jason-2衛(wèi)星高度計(jì)資料。Jason-2為Jason-1后繼星，采用回歸軌道，工作在Ku波段或C波段[12]，周期為9.9 d，全球數(shù)據(jù)覆蓋范圍為66°N—66°S。該衛(wèi)星可以測(cè)量全球海平面的變化情況及大洋上風(fēng)速和波高的數(shù)值[13]，其海面高度的測(cè)量精度達(dá)到2—3cm，風(fēng)速為1.5m/s[14]。本文選取模式試驗(yàn)周期內(nèi)Jason-2衛(wèi)星軌道上訂正后的測(cè)量波高和風(fēng)速數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)WW3模式對(duì)臺(tái)風(fēng)影響條件下海浪場(chǎng)的模擬效果。同時(shí)，本文利用位于黃海、東海和南海的浮標(biāo)觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)模式波高進(jìn)行驗(yàn)證。

2.2 個(gè)例選取

2.2.1 臺(tái)風(fēng)“燦鴻”、“蓮花”、“浪卡”簡(jiǎn)介

1509號(hào)臺(tái)風(fēng)“燦鴻”于2015年6月30日20時(shí)（北京時(shí)，下同）在西北太平洋洋面上生成。在發(fā)展過(guò)程中，其東西和南北方向的螺旋云帶覆蓋范圍直徑達(dá)1 500—2 000 km左右，臺(tái)風(fēng)核心區(qū)的直徑有1 000 km。

圖1 1509號(hào)臺(tái)風(fēng)“燦鴻”、1510號(hào)臺(tái)風(fēng)“蓮花”、1511號(hào)臺(tái)風(fēng)“浪卡”移動(dòng)路徑圖

繼“燦鴻”之后，2015年第10號(hào)臺(tái)風(fēng)“蓮花”與第11號(hào)臺(tái)風(fēng)“浪卡”于7月2日晚和7月4日凌晨相繼生成，這也是2015年以來(lái)西北太平洋上第一次出現(xiàn)3個(gè)臺(tái)風(fēng)共存的局面（見(jiàn)圖1），從7月4日02時(shí)—10日02時(shí)，長(zhǎng)達(dá)6 d。

2015年7月9日12時(shí)15分，臺(tái)風(fēng)“蓮花”在廣東省陸豐市甲東鎮(zhèn)沿海登陸，登陸時(shí)中心附近最大風(fēng)力有12級(jí)，中心最低氣壓為970 hPa。登陸后繼續(xù)向偏西方向移動(dòng)。

“燦鴻”于2015年7月11日強(qiáng)度達(dá)到超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)，中心附近最大風(fēng)力為17級(jí)（58 m/s），11日16時(shí)40分，“燦鴻”在浙江省舟山朱家尖登陸，浙江福建多地出現(xiàn)暴雨。登陸時(shí)中心附近最大風(fēng)力有14級(jí)，風(fēng)速45 m/s，屬于強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)?！盃N鴻”于2015年7月13日凌晨在朝鮮西南部地區(qū)減弱為熱帶低壓?！盃N鴻”具有“強(qiáng)度強(qiáng)、生命史長(zhǎng)、體積龐大”等特點(diǎn)。

“浪卡”生成后沿西偏北方向移動(dòng)，13日突然折向偏北方向。17日下午，“浪卡”以25 m/s以上風(fēng)速穿越日本四國(guó)地區(qū)，進(jìn)入日本海。由于移動(dòng)路徑較偏東，“浪卡”對(duì)中國(guó)海域未有明顯影響。

在1949—2014年的65 a間，有近100次三臺(tái)風(fēng)同時(shí)存在的情況。平均每年1.5次。但3個(gè)臺(tái)風(fēng)同時(shí)存在的時(shí)間很短，最短的大約只同時(shí)存在幾個(gè)小時(shí)。因此，此次三臺(tái)風(fēng)共存時(shí)間較長(zhǎng)是比較罕見(jiàn)的[15]。

2.2.2 臺(tái)風(fēng)形成的天氣形勢(shì)背景

在臺(tái)風(fēng)形成初期，東亞大陸東部的大槽較深，西太平洋副熱帶高壓呈明顯的東西向分布，500 hPa的588 dagpm線向西延伸至約125°E，臺(tái)風(fēng)“蓮花”生成后受到副高位置的影響，持續(xù)向西移動(dòng)。臺(tái)風(fēng)“燦鴻”生成后沿副高南部向西北方向移動(dòng)，由于東亞大槽的影響，副高略向東撤，其對(duì)“蓮花”的影響減弱，“蓮花”的移動(dòng)路徑總體呈西北方向。隨后生成的臺(tái)風(fēng)“浪卡”位于副高南部，持續(xù)向西北移動(dòng)，此時(shí)，東亞大槽已到達(dá)日本以東海域。當(dāng)“燦鴻”登陸時(shí)，副高明顯東撤，“燦鴻”在500 hPa東北-華北的高空槽引導(dǎo)下開(kāi)始轉(zhuǎn)向，向北偏東方向移動(dòng)。此時(shí)副高已斷裂，其主體位于155°E以東，在日本四國(guó)南部，有一弱的副高單體，浪卡在此南部，移速緩慢。隨著“燦鴻”北移消失，副高再次西進(jìn)至145°E，“浪卡”位于副高西側(cè)，在偏南氣流的引導(dǎo)下，在還未進(jìn)入我國(guó)臺(tái)風(fēng)48 h警戒線便已經(jīng)轉(zhuǎn)向，向北移動(dòng)（圖略）。

2.2.3 模式設(shè)置

根據(jù)臺(tái)風(fēng)個(gè)例情況，模式計(jì)算范圍取為5°S—50°N，99°—160°E，空間分辨率0.25°×0.25°；風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)為全球風(fēng)場(chǎng)，采用雙線性插值方法插值到模式計(jì)算網(wǎng)格；模式運(yùn)算時(shí)間步長(zhǎng)取為900 s，結(jié)果輸出時(shí)間間隔為3 h。模式模擬計(jì)算時(shí)間為2015年7月1日12時(shí)—18日00時(shí)（世界時(shí)，下同），包含了3次臺(tái)風(fēng)過(guò)程。

3 臺(tái)風(fēng)浪的特征分析

3.1 臺(tái)風(fēng)浪的時(shí)間分布

09號(hào)臺(tái)風(fēng)“燦鴻”自太平洋海域生成后，逐漸發(fā)展并向西移動(dòng)，于7月4日稍有減弱，5日再持續(xù)增強(qiáng)，發(fā)展至10日時(shí)達(dá)到最強(qiáng)，其中心位于東海海域，大約在27°N，125°E附近，海面最大波高約為16 m，中心最大風(fēng)速達(dá)40 m/s。隨后，于11日12—18時(shí)之間登陸，之后，臺(tái)風(fēng)中心向日本海移動(dòng)，強(qiáng)度逐漸減弱。

圖2 最大有效波高和最大風(fēng)速變化對(duì)比圖

圖3 最大有效波高和中心最低氣壓變化對(duì)比圖

10號(hào)臺(tái)風(fēng)“蓮花”于7月2日生成于菲律賓群島以東洋面，逐漸發(fā)展并向西北移動(dòng)，8日達(dá)到最強(qiáng)，其中心位于臺(tái)灣島西南附近，海面最大浪高約為6 m，最大風(fēng)速達(dá)30 m/s，后逐漸減弱消失。

11號(hào)臺(tái)風(fēng)“浪卡”于太平洋海域生成后逐漸向西移動(dòng)發(fā)展，于10日達(dá)到最強(qiáng)，海面最大波高約為17 m，中心最大風(fēng)速達(dá)54 m/s，之后臺(tái)風(fēng)中心逐漸向北移動(dòng)減弱。

圖2—3分別為“燦鴻”、“蓮花”、“浪卡”臺(tái)風(fēng)中心附近的最大有效波高與最大風(fēng)速的時(shí)間變化圖和最大有效波高與中心最低氣壓變化圖。最大有效波高為模式模擬的數(shù)據(jù)，風(fēng)速為NCEP資料插值所得，中心最低氣壓為中國(guó)上海臺(tái)風(fēng)研究所發(fā)布的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。當(dāng)臺(tái)風(fēng)位于我國(guó)臺(tái)風(fēng)48 h警戒線以外時(shí)，臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)每6 h發(fā)布一次；當(dāng)臺(tái)風(fēng)位于我國(guó)臺(tái)風(fēng)24 h警戒線以外、48 h警戒線以內(nèi)時(shí)，臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)每3 h發(fā)布一次；當(dāng)臺(tái)風(fēng)位于我國(guó)臺(tái)風(fēng)24 h警戒線以內(nèi)時(shí)，臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)每1 h發(fā)布一次。因此為了對(duì)應(yīng)模式3 h一次的數(shù)據(jù)，將6 h發(fā)布一次的中心氣壓值插值為3 h一次。由于模擬時(shí)間范圍比“燦鴻”生成略晚、“浪卡”消失略早，“蓮花”末期于廣東省附近登陸，且7月6日12時(shí)之前，“浪卡”未進(jìn)入模擬區(qū)域，因此選取“燦鴻”的數(shù)據(jù)時(shí)間范圍為7月1日12時(shí)—7月12日15時(shí)，“蓮花”的數(shù)據(jù)時(shí)間范圍為7月2日12時(shí)—7月9日06時(shí)，“浪卡”的數(shù)據(jù)時(shí)間范圍為7月6日12時(shí)—7月17日18時(shí)。從圖2可以看出，三臺(tái)風(fēng)中心的臺(tái)風(fēng)浪的最大有效波高與近中心最大風(fēng)速的演變趨勢(shì)較吻合，大風(fēng)對(duì)應(yīng)大浪?？傮w上看，臺(tái)風(fēng)浪最大有效波高與中心氣壓呈反比，除“燦鴻”的有效波高最大值比中心氣壓最小值的發(fā)生時(shí)間略偏早以外（見(jiàn)圖3a），其余的反比趨勢(shì)均有較好對(duì)應(yīng)（見(jiàn)圖3b—c）。

由于“燦鴻”和“浪卡”均達(dá)到強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)，因此計(jì)算二者級(jí)別較強(qiáng)時(shí)間段（7日00時(shí)—10日12時(shí)）的最大風(fēng)速、最大波高和移速平均值進(jìn)行對(duì)比（其中移速為實(shí)測(cè)值），見(jiàn)表1。

表1 “燦鴻”和“浪卡”一定時(shí)間范圍內(nèi)的風(fēng)速、波高、移速平均值

圖4 臺(tái)風(fēng)發(fā)生期間的海面風(fēng)場(chǎng)和模擬海浪場(chǎng)（背景色代表海浪場(chǎng)，白色箭頭代表風(fēng)向，箭頭長(zhǎng)度代表風(fēng)速/(m/s)）

從表1中可以看出：在計(jì)算時(shí)間段內(nèi)，“浪卡”的平均最大風(fēng)速比“燦鴻”大，而平均移速相對(duì)較慢，但是二者的平均最大波高相近。說(shuō)明在此時(shí)間段，臺(tái)風(fēng)所在海域?qū)ε_(tái)風(fēng)浪有較大的影響?！袄丝ā蔽挥陂_(kāi)闊的大洋海域，有利于能量的傳播。而“燦鴻”所在位置偏西，靠近我國(guó)近海（見(jiàn)圖4b—c），受到海岸線與島嶼的影響，能量頻散受到抑制，使得波高的梯度和極值較大。因此，位于近岸或狹長(zhǎng)海域的臺(tái)風(fēng)更容易造成災(zāi)害性海浪過(guò)程，在臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)警報(bào)中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。

圖5 模式結(jié)果與Jason-2衛(wèi)星實(shí)測(cè)資料比較（“燦鴻”的空間范圍為17°—25°N，135°—145°E；“蓮花”的空間范圍為15°—25°N，120°—130°E；“浪卡”的空間范圍為10°—25°N，140°—160°E；正偏差表示觀測(cè)值較大）

3.2 臺(tái)風(fēng)浪的空間分布

從臺(tái)風(fēng)生成、發(fā)展到減弱消失，均伴隨有臺(tái)風(fēng)浪的生成。通過(guò)WW3模式模擬生成的臺(tái)風(fēng)浪場(chǎng)，來(lái)分析臺(tái)風(fēng)浪的特征。圖4是三臺(tái)風(fēng)在傳播的起始、增強(qiáng)和減弱階段的臺(tái)風(fēng)浪場(chǎng)和海面風(fēng)場(chǎng)。

從圖中可以看出：模擬的臺(tái)風(fēng)浪場(chǎng)分布很好的對(duì)應(yīng)了3個(gè)臺(tái)風(fēng)的移動(dòng)和發(fā)展過(guò)程，模式對(duì)臺(tái)風(fēng)的大浪區(qū)刻畫(huà)的較為準(zhǔn)確。臺(tái)風(fēng)浪有效波高大值區(qū)隨臺(tái)風(fēng)中心的移動(dòng)而移動(dòng)，最大波高位于臺(tái)風(fēng)最大風(fēng)速半徑范圍內(nèi)；在外海，臺(tái)風(fēng)浪形狀較規(guī)則，主要受風(fēng)場(chǎng)影響，其分布形態(tài)與臺(tái)風(fēng)云系結(jié)構(gòu)有很好的對(duì)應(yīng)（圖略）；在沿岸海區(qū)，臺(tái)風(fēng)浪分布受地形影響顯著。

4 模式驗(yàn)證

4.1 模式結(jié)果與衛(wèi)星資料的對(duì)比驗(yàn)證

本文使用Jason-2衛(wèi)星高度計(jì)實(shí)測(cè)資料，分別選取在一定經(jīng)緯度范圍內(nèi)靠近臺(tái)風(fēng)路徑的衛(wèi)星軌道上的觀測(cè)數(shù)據(jù)，與模式生成的波高和再分析風(fēng)速插值所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比（見(jiàn)圖5a—f）。

從圖5中可以看出：無(wú)論是波高還是風(fēng)速，模擬的結(jié)果都與實(shí)測(cè)結(jié)果較接近，且波高與風(fēng)速的變化趨勢(shì)一致，波高與風(fēng)速大小呈正相關(guān)關(guān)系。對(duì)上述6個(gè)比較結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析和誤差分析，可以看出：3個(gè)臺(tái)風(fēng)的模擬波高與衛(wèi)星高度計(jì)資料的相關(guān)性較高，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.7以上，均通過(guò)顯著性水平為0.01的信度檢驗(yàn)，因此模式對(duì)三次臺(tái)風(fēng)過(guò)程的模擬效果較好。對(duì)比不同臺(tái)風(fēng)過(guò)程的模擬結(jié)果，可以得到模擬波高偏差方向與風(fēng)速偏差方向一致，模擬波高與實(shí)測(cè)資料的相關(guān)性也直接受風(fēng)速相關(guān)性影響，因此，風(fēng)速誤差是造成海浪模式波高模擬誤差的主要原因。此外，“蓮花”過(guò)程海浪模擬誤差較大除考慮模式本身模擬誤差外，還要考慮臺(tái)風(fēng)路徑靠近大陸沿岸，衛(wèi)星資料本身測(cè)量誤差的影響。對(duì)比以上3部分?jǐn)?shù)據(jù)，大洋海域與近海相比，相關(guān)系數(shù)更高，偏差更小，說(shuō)明模式在大洋海域模擬的效果更準(zhǔn)確。

圖6 浮標(biāo)站分布圖

4.2 模式結(jié)果與浮標(biāo)資料的對(duì)比驗(yàn)證

為驗(yàn)證在近海海區(qū)該模式對(duì)有效波高的模擬效果，分別在黃海、東海和南海選取較為典型的4個(gè)浮標(biāo)（浮標(biāo)位置如圖6），將模擬波高與4個(gè)浮標(biāo)站點(diǎn)收集到的波高數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析（見(jiàn)圖7）。

圖7 模式結(jié)果與浮標(biāo)站點(diǎn)實(shí)測(cè)資料的比較

從圖7可見(jiàn)，模式的波高與浮標(biāo)的實(shí)測(cè)波高在增減趨勢(shì)上較一致，其最大值比浮標(biāo)觀測(cè)的值略小，但差值不大。將上述4個(gè)對(duì)比結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析，可以看出，各浮標(biāo)的波高資料與模擬的波高相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.85以上，均通過(guò)顯著性水平為0.01的信度檢驗(yàn)，相關(guān)性很高，均方根誤差和平均相對(duì)誤差較小。除了福建浮標(biāo)0087，其余3個(gè)浮標(biāo)的偏差均較小，0087偏差較大的原因可能是因?yàn)楦?biāo)靠近海岸，受到岸界的影響，使模擬的波高比實(shí)際波高偏大。總體看來(lái)，模式模擬的波高與浮標(biāo)的實(shí)測(cè)波高較接近，模擬的效果較好。

圖8 海面波高（m）隨經(jīng)度和時(shí)間的變化

選取浮標(biāo)所在的兩個(gè)緯度上的波高數(shù)據(jù)，研究同一緯度的波高隨時(shí)間的變化。圖8a是福建浮標(biāo)QF306所在緯度的波高數(shù)據(jù)，明顯看出圖中有兩個(gè)大值中心，西邊的為臺(tái)風(fēng)“燦鴻”，東邊的為臺(tái)風(fēng)“浪卡”，在120°E有一小片區(qū)域比周圍數(shù)值略大，此為“蓮花”。波高的大值區(qū)隨時(shí)間變化而向西移動(dòng)。圖8 b是福建浮標(biāo)0087和溫州外海浮標(biāo)所在緯度的波高數(shù)據(jù)，圖中也可看出兩個(gè)明顯的臺(tái)風(fēng)浪大值區(qū)隨著時(shí)間向西移動(dòng)。對(duì)比浮標(biāo)驗(yàn)證數(shù)據(jù)，福建浮標(biāo)0087所在的121°E的數(shù)據(jù)從7日18時(shí)—10日06時(shí)一直呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，溫州外海浮標(biāo)所在的112.3°E的數(shù)據(jù)從9日00時(shí)—12日15時(shí)呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，均有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

5 結(jié)論

采用FNL再分析10 m風(fēng)場(chǎng)資料，通過(guò)WW3模式對(duì)1509號(hào)臺(tái)風(fēng)“燦鴻”、1510號(hào)臺(tái)風(fēng)“蓮花”和1511號(hào)臺(tái)風(fēng)“浪卡”進(jìn)行數(shù)值模擬，并通過(guò)模式結(jié)果與衛(wèi)星高度計(jì)資料和浮標(biāo)觀測(cè)資料的對(duì)比驗(yàn)證，分析臺(tái)風(fēng)浪的特征，得到以下結(jié)論：

（1）以FNL風(fēng)場(chǎng)資料驅(qū)動(dòng)WW3海浪模式，模擬的臺(tái)風(fēng)浪場(chǎng)能夠很好地刻畫(huà)臺(tái)風(fēng)“燦鴻”“蓮花”“浪卡”的結(jié)構(gòu)特征，臺(tái)風(fēng)浪與臺(tái)風(fēng)云系有較好的對(duì)應(yīng)。在外海，臺(tái)風(fēng)浪形狀主要受風(fēng)場(chǎng)影響；在沿岸海區(qū)，臺(tái)風(fēng)浪分布還受到地形影響；

（2）對(duì)于“燦鴻”和“浪卡”而言，雖然在級(jí)別較強(qiáng)時(shí)期“浪卡”的平均最大風(fēng)速比“燦鴻”大，平均移速小，但由于“燦鴻”位置偏西，靠近近海海域，受到海岸與島嶼影響，能量堆積，形成大浪；

（3）從衛(wèi)星高度計(jì)資料對(duì)比結(jié)果來(lái)看，模擬的波高與衛(wèi)星高度計(jì)資料較接近，相關(guān)系數(shù)較高，平均相對(duì)誤差和偏差均較小。模擬波高的偏差主要受到風(fēng)速偏差的影響，因此，模擬結(jié)果的誤差主要來(lái)源于風(fēng)速誤差。通過(guò)對(duì)3個(gè)海域的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，可看出模式在大洋海域模擬的臺(tái)風(fēng)浪效果更好；

（4）將模擬的波高結(jié)果與沿岸的4個(gè)浮標(biāo)資料對(duì)比可以看出，其相關(guān)系數(shù)很高，均方根誤差和平均相對(duì)誤差均較小。福建浮標(biāo)0087偏差較大的原因可能是因?yàn)楦?biāo)位于近海，岸界和地形的影響使得模擬的波高比實(shí)際波高偏大?？傮w看來(lái)，模式模擬的結(jié)果與實(shí)測(cè)值較接近，模擬效果較好。

雖然本文整體模擬效果比較理想，但仍存在些許不足。風(fēng)場(chǎng)與水深數(shù)據(jù)的精度會(huì)大大影響到模式模擬的結(jié)果，因此，提高二者的準(zhǔn)確性十分必要。

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Numerical simulation of typhoon waves in the Northwest Pacific Ocean

ZHOU Yuan-yuan1，ZHOU Lin1，GUAN Hao2
（1.Meteorological Institute of PLAUST,Nanjing 211101 China;2.Army 61741 of PLA,Beijing 100085 China）

The third-generation wave model WAVEWATCH was used to simulate the wave field caused by typhoon“Chan-hom”,“Linfa”and“Nangka”with wind input of NCEP-FNL wind field.The numerical typhoon wave distribution in time and space is analyzed and compared with those of observation by the Jason-2 satellite altimeter and the nearshore-located wave recorder which show good agreements.The results show that:The simulation typhoon wave field does well in embodying the structure characteristics of the 3 typhoons when use NCEP-FNL wind field to drive WAVEWATCHⅢwave model.The correlation coefficient between simulated wave height and observed data of Jason-2 is greater than 0.7 while the average relative error is less than 0.23 m with the simulation error mainly caused by the wind speed error.The size of typhoon wave not only depends on the wind speed,but also affected by the sea area.In this paper,the related conclusions provide some useful reference for quantitative forecast of typhoon wave and disaster prevention.

WAVEWATCHⅢwave model;numerical simulation;typhoon wave;significant wave heights

P731.22

A

1003-0239（2016）05-0023-08

10.11737/j.issn.1003-0239.2016.05.003

2015-11-23

國(guó)家自然科學(xué)基金（41106014）

周媛媛（1991-），女，碩士在讀，從事海氣相互作用方面的研究。E-mail：284095260@qq.com

周林（1963-），男，教授，碩士，從事海氣相互作用方面的研究。E-mail：zhou_lin4458@sohu.com