海南岛近岸风暴潮空间分布及形成机制研究

The storm surge hazard induced by landing typhoon has become a serious threat to coastal ecological environment. Hainan Island has unique terrain with surrounding by oceans which faces to the South China Sea in the south and east, and connects Beibu Gulf and Qiongzhou Strait in the west and north, respectively. The water is usually accumulated that forms storm surge at its coastal areas when typhoon passes by. However, the spatial distribution and dynamic mechanisms of storm surge induced by typhoon around the coasts of Hainan Island are still not clear. In special, the propagation process of storm surge led by terrain has not been concerned ever. This project aims to study the spatial distribution characteristic of storm surge at the coasts of Hainan Island, to analyze the response of water level to typhoon’s track, intensity and moving speed, and to discuss the generation mechanism and propagation process of storm surge using 3-D numerical model and observed data. In addition, the program will discuss the potential optimal scheme for simulating storm surge at the coasts of Hainan Island precisely by comparing different results under 2-D model、3-D model and different parameterization schemes of bottom drag coefficient conditions. The results of the project will provide important references for the coastal storm surge forecast and hazard assessments and theoretical foundation for relative departments of local government to design the plans for flood and hazard protections, which have important social, economic and environmental benefits.

台风登陆造成的风暴潮灾害已成为近岸生态环境的严重威胁。海南岛地形独特，四面通海，东南两侧面临南海，西侧通往北部湾，北侧连接狭窄的琼州海峡。过境台风常造成海南岛近岸水体的堆积，从而形成近岸风暴潮。然而目前人们对该岛近岸风暴潮空间分布和动力学机制还不清楚，特别是风暴潮受地形引导下的传播过程尚未被研究。本项目拟结合三维数值模型和观测资料研究海南岛近岸风暴潮空间分布特征，分析水位对不同台风路径、台风强度和移动速度的响应关系，揭示风暴潮生成机制和传播过程。另外，通过对比二维、三维结构模型、不同底摩擦系数参数化方案下的模拟结果来探讨准确模拟海南岛近岸风暴潮可能的最优方案。研究结果将给海南岛近岸风暴潮的预报和灾害评估提供重要参考，为相关职能部门合理开发和建设近岸防护工程提供科学依据，具有重要的社会、经济和环境效益。

台风对气候系统有着重要影响，也与近岸的人类活动息息相关。每年全球约有87个台风生成，其中近三分之一发源自西北太平洋海盆，在西北太平洋表层海洋获取能量逐步发展，一部分进入南海区域，给我国沿海地区带来强降水、风暴潮等台风灾害，造成巨大的经济损失。.海洋对台风的响应在开阔海洋表现为上层海洋对台风的响应，研究上层海洋对台风的响应过程对台风的精准预报有着重要作用，但是受限于有限的现场观测，目前对台风过程中上层海洋的一些响应过程的认知仍存在一些局限。2018年TS09航次任务中，两台水下滑翔机被布放在马里亚纳海沟进行海洋的温盐观测，观测期间有三个台风经过了观测区域附近，得益于此，本项目结合滑翔机观测到的上层海洋温盐剖面和ERA5再分析资料，分析了该区域上层海洋对三个台风过程的响应。虽然三个台风的路径和强度不同，但是台风期间观测区域的最大海表降温较为接近，达到了0.5-0.7°C。研究还发现太阳辐射、内潮和近惯性震荡可能是导致台风期间混合层剧烈震荡和变化的原因。此外，台风期间的强风强降水导致障碍层的高频变化，本文还讨论了两种可能导致障碍层形成的机制。.海洋对台风的响应在近岸主要表现为台风造成的近岸风暴潮。海南岛作为南海的台风走廊，常年经受台风的影响，由台风风暴潮造成的经济损失和人员伤亡更是数不胜数，然而对海南岛近岸风暴潮的空间分布特征的研究仍然存在一些空白。本文首先统计了1945-2018年海南岛沿岸的登陆热点分布情况，发现东南部岸线受台风登陆较多，北部和西部岸线受台风登陆较少。接着结合多个验潮站点的历史风暴潮增水的记录，对海南岛的近岸风暴潮分布做了初步的分析，计算了各个站点的最大风暴潮增水的重现期，结果显示海南岛北部站点风暴潮增水最强，东部站点次之，南部和西部站点较弱。随后建立和验证海南岛的SLOSH-SELFE台风风暴潮数值模式，对1965-2018年以来的历史台风进行了风暴潮模拟，得到了海南岛沿岸的风暴潮空间分布特征，并对结果进行分析。总体来说，数值模拟结果表明海南岛沿岸受历史风暴潮影响最严重的区域为北部岸线，东部岸线次之，南部和西部岸线最弱，与验潮站点观测结果一致；在东寨港、澄迈湾、儋州湾等港口海湾地区易发生风暴潮水体堆积。