覆蓋中國(guó)沿海地區(qū)的精細(xì)化臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮模型的研究及適用

劉秋興，董劍希，于福江，傅賜福，李明杰

（1.國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心，北京 100081，2.河海大學(xué)，江蘇南京 210098）

覆蓋中國(guó)沿海地區(qū)的精細(xì)化臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮模型的研究及適用

劉秋興1，2，董劍希1，于福江1，傅賜福1，李明杰1

（1.國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心，北京 100081，2.河海大學(xué)，江蘇南京 210098）

精細(xì)化風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)是目前風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)重點(diǎn)發(fā)展方向之一，本文首次建立起了一個(gè)覆蓋整個(gè)中國(guó)沿海地區(qū)的精細(xì)化臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮數(shù)值模型，克服了以往分區(qū)域數(shù)值模型的不足，該模型在中國(guó)沿海地區(qū)的分辨率達(dá)到300 m左右。模型采用了并行計(jì)算，并對(duì)2012年和2013年災(zāi)害性臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值檢驗(yàn)，計(jì)算精度和計(jì)算所用時(shí)間都能夠滿足業(yè)務(wù)化運(yùn)行的要求。本文同時(shí)還根據(jù)中國(guó)氣象局、美國(guó)國(guó)家氣象局等5家主要臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)機(jī)構(gòu)給出的24 h臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)，對(duì)2013年度災(zāi)害性臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮過(guò)程進(jìn)行了24 h數(shù)值預(yù)報(bào)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果表明：根據(jù)中國(guó)氣象局臺(tái)風(fēng)登陸前24 h預(yù)報(bào)可以得到更準(zhǔn)確的風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)結(jié)果，其預(yù)報(bào)結(jié)果優(yōu)于其他各家預(yù)報(bào)結(jié)果。該結(jié)論可以為今后的臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)中臺(tái)風(fēng)路徑的選取提供重要的參考。

精細(xì)化預(yù)報(bào)；中國(guó)沿海地區(qū)；風(fēng)暴潮

1 引言

我國(guó)沿海地區(qū)歷來(lái)都是整個(gè)西北太平洋沿岸臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害的重災(zāi)區(qū)，近5年來(lái)（2009－2013年）平均每年臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害損失超過(guò)94億元［1］，僅2013年發(fā)生在我國(guó)東南沿海的臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮過(guò)程就多達(dá)14次，其中3次災(zāi)害性臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮過(guò)程達(dá)到紅色預(yù)警級(jí)別，全年因臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮造成災(zāi)害損失超過(guò)150億元，占到全部海洋災(zāi)害損失的90%以上，全國(guó)沿海7省市均不同程度的遭受損失，其中尤以浙江、福建和廣東受災(zāi)最為嚴(yán)重。由此可見(jiàn)，準(zhǔn)確而及時(shí)的臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)對(duì)保護(hù)沿海地區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)安全至關(guān)重要。

為了刻畫(huà)臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮過(guò)程，準(zhǔn)確的給出臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)，不斷滿足沿海地區(qū)海洋防災(zāi)減災(zāi)工作對(duì)精細(xì)化預(yù)報(bào)的要求，研究人員對(duì)不同海區(qū)開(kāi)始了臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)模型的研究和開(kāi)發(fā)工作［2—4］。特別是近年來(lái)，由于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格在精細(xì)化刻畫(huà)水深、地形信息，分辨率設(shè)置靈活等方面的優(yōu)勢(shì)，研究人員開(kāi)始把目光更多的投向基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的精細(xì)化風(fēng)暴潮模型的開(kāi)發(fā)和研究工作中去［5—7］，實(shí)現(xiàn)了海域的精細(xì)化風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)。

然而，目前分區(qū)域的臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮數(shù)值預(yù)報(bào)模型對(duì)風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)表現(xiàn)出一定的局限性，特別是當(dāng)一個(gè)臺(tái)風(fēng)跨越幾個(gè)海區(qū)，任何區(qū)域臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮數(shù)值模型均無(wú)法完整刻畫(huà)整個(gè)風(fēng)暴潮過(guò)程。受計(jì)算條件等各方面因素的制約，目前尚未開(kāi)展針對(duì)于全國(guó)沿海地區(qū)的精細(xì)化臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮數(shù)值預(yù)報(bào)研究，本文利用現(xiàn)有的技術(shù)和計(jì)算條件，建立了一個(gè)覆蓋整個(gè)中國(guó)沿海地區(qū)的精細(xì)化臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮數(shù)值預(yù)報(bào)模型，該模型首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)中國(guó)沿海地區(qū)的風(fēng)暴潮精細(xì)化預(yù)報(bào)，并對(duì)2012年和2013年典型臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值檢驗(yàn)。

此外，目前臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)精度仍然主要受限于臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，本文還選用了當(dāng)前西北太平洋區(qū)域的5家主要臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)機(jī)構(gòu)的預(yù)報(bào)結(jié)果，利用已經(jīng)建立的覆蓋整個(gè)中國(guó)沿海的精細(xì)化臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮數(shù)值預(yù)報(bào)模型對(duì)2013年臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮過(guò)程進(jìn)行了預(yù)報(bào)檢驗(yàn)，初步弄清了2013年各家臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)機(jī)構(gòu)預(yù)報(bào)結(jié)果對(duì)風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)精度的影響。

2 精細(xì)化臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮數(shù)值模型的建立

我國(guó)海岸線蜿蜒曲折，沿海地區(qū)島嶼眾多，河口港灣分布密集，特別是隨著近年來(lái)，沿海地區(qū)的不斷開(kāi)發(fā)開(kāi)放，沿岸的水深地形發(fā)生了很大變化，而水深地形的變化對(duì)臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮的模擬精度也有著較大的影響。

本文采用最新獲得的水深和地形信息，如圖1a，首次建立起了覆蓋整個(gè)中國(guó)沿海的精細(xì)化臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮數(shù)值預(yù)報(bào)模型，模型在整個(gè)中國(guó)沿海地區(qū)的分辨率在300 m左右，能實(shí)現(xiàn)對(duì)重要地形、島嶼和岸線的刻畫(huà)。

由于該臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮數(shù)值預(yù)報(bào)模型覆蓋整個(gè)中國(guó)沿海地區(qū)，如圖1b，模型實(shí)現(xiàn)了對(duì)所有影響我國(guó)沿海地區(qū)不同源地的臺(tái)風(fēng)過(guò)程的精細(xì)化臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)。

圖1 模型覆蓋區(qū)域水深岸線分布（a）和網(wǎng)格分布（b）Fig.1 Contour plots of water depth and distribution of coastal lines（a）and schematic of computational grids（b）

計(jì)算模型采用目前國(guó)際上使用較為廣泛的水動(dòng)力模型Advanced Circulation Model for Oceanic，Coastal and Estuarine Waters，該模型基于有限元方法采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)沿岸水深地形的精細(xì)化處理，該模型的并行版本可以大幅度的提高計(jì)算能力，有效的節(jié)省計(jì)算時(shí)間。此外該模型還有一維海堤處理等能力，是目前國(guó)際上被廣泛采用的水動(dòng)力計(jì)算模型。

在球坐標(biāo)系下，連續(xù)方程和運(yùn)動(dòng)方程可表示為式：

初始條件為：ζ＝u＝v＝0；海岸邊界條件為：邊界的法向速度為0。

該模型的驅(qū)動(dòng)風(fēng)場(chǎng)為目前被廣為采用的Holland模型風(fēng)場(chǎng)［8］。模型風(fēng)場(chǎng)中未融入背景場(chǎng)，臺(tái)風(fēng)氣壓場(chǎng)分布如式（4）：

式中，P（r，θ）是距臺(tái)風(fēng)中心r處的海表面氣壓值，為徑向距離r、方位角θ的函數(shù)；Pc為臺(tái)風(fēng)中心氣壓，Pn為臺(tái)風(fēng)以外不受干擾的背景氣壓，取為1 012 hPa；Rmax是臺(tái)風(fēng)最大風(fēng)速半徑，為方位角θ的函數(shù)。

在Holland臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)的計(jì)算中，假設(shè)梯度風(fēng)平衡，即氣壓梯度力、離心力與科氏力的平衡所得到切向風(fēng)速，見(jiàn)公式（5）：

式中，V（r）為距離臺(tái)風(fēng)中心r的切向風(fēng)速，ρa(bǔ)為空氣密度，f為科氏參數(shù)；Vmax是最大風(fēng)速；B是臺(tái)風(fēng)輪廓參數(shù)，表征臺(tái)風(fēng)眼區(qū)直徑和切向速度梯度，一般取值1.0～2.5。該模型計(jì)算得到的風(fēng)場(chǎng)是軸對(duì)稱的，在臺(tái)風(fēng)移動(dòng)方向的右半圓科氏力作用使得切向風(fēng)速加強(qiáng)，左半圓切向風(fēng)速減弱。

覆蓋整個(gè)中國(guó)沿海的精細(xì)化風(fēng)暴潮數(shù)值預(yù)報(bào)模型計(jì)算區(qū)域涵蓋了包括渤海、黃海、東海、臺(tái)灣海峽及南海大部分區(qū)域在內(nèi)的整個(gè)中國(guó)沿海海域，包含了約1 179 499個(gè)計(jì)算格點(diǎn)，2 305 840個(gè)計(jì)算單元。計(jì)算區(qū)域網(wǎng)格分辨率由外海的10多千米依次提高到沿岸的300 m左右，這樣既保證模型能夠準(zhǔn)確地刻畫(huà)出臺(tái)風(fēng)進(jìn)入該區(qū)域后風(fēng)暴潮的變化情況，又減小了相應(yīng)的計(jì)算量。為了保證計(jì)算的穩(wěn)定性，計(jì)算的時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)定為12 s。

3 數(shù)值模型在渤、黃海和南海沿岸的后報(bào)檢驗(yàn)

由于模型覆蓋了整個(gè)中國(guó)沿海地區(qū)，為了驗(yàn)證模型對(duì)全國(guó)沿海地區(qū)的適用性，本文分別選取2012年影響渤、黃海和南海的兩次典型臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮過(guò)程進(jìn)行了后報(bào)檢驗(yàn)（后報(bào)臺(tái)風(fēng)路徑和強(qiáng)度均來(lái)源于中央氣象臺(tái)臺(tái)風(fēng)網(wǎng)，下同）。影響東海的臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮過(guò)程的后報(bào)檢驗(yàn)在下一章節(jié)有闡述。兩次過(guò)程分別為登陸江蘇沿海并繼續(xù)影響渤海的1210號(hào)臺(tái)風(fēng)“達(dá)維”和登陸雷州半島沿海的1213號(hào)臺(tái)風(fēng)“啟德”。從模擬的過(guò)程的最大增水統(tǒng)計(jì)分析來(lái)看，各站最大增水誤差不超過(guò)15 cm，僅1210號(hào)臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮過(guò)程期間，煙臺(tái)站最大增水相對(duì)誤差為17.3%，其余各站相對(duì)誤差均不超過(guò)15%，如圖2、圖3所示，表明該模型對(duì)影響渤黃海及南海的臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮過(guò)程也有較好的模擬能力。

圖2 1210號(hào)臺(tái)風(fēng)增水模擬（計(jì)算起始時(shí)間為2012年8月1日08時(shí)）Fig.2 Comparision of storm surge between observed data and model results（since 0800 UTC 1 Aug 2012）

4 2013年臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮特征及預(yù)報(bào)模型的檢驗(yàn)和適用

本文選取了2013年3次典型的達(dá)到紅色預(yù)警級(jí)別的災(zāi)害性臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮過(guò)程，用臺(tái)風(fēng)實(shí)況分別驅(qū)動(dòng)該預(yù)報(bào)模型，檢驗(yàn)了模型的準(zhǔn)確性。還選取了包括中國(guó)氣象局（CMA）、美國(guó)聯(lián)合臺(tái)風(fēng)警報(bào)中心（PTWC）、日本氣象廳（JMA）、中國(guó)臺(tái)灣中央氣象局（CWB）、香港天文臺(tái)（HKO）（以下簡(jiǎn)稱中央臺(tái)、美國(guó)臺(tái)、日本臺(tái)、臺(tái)灣臺(tái)、香港臺(tái)）家機(jī)構(gòu)的24 h臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)結(jié)論進(jìn)行風(fēng)暴潮計(jì)算并與實(shí)況做出對(duì)比分析。

圖3 1213號(hào)臺(tái)風(fēng)增水模擬（計(jì)算起始時(shí)間為2012年8月15日20時(shí)）Fig.3 Comparision of storm surge between observed data and model results（since 1200 UTC 15 Aug 2012）

4.1 2013年臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮過(guò)程特征

2013年全年共有14次臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮過(guò)程影響我國(guó)沿海地區(qū)，主要影響區(qū)域?yàn)殚L(zhǎng)江口以南沿海，如圖4所示，紅色代表3次達(dá)到紅色預(yù)警級(jí)別臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮過(guò)程，包括“潭美”臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮、“天兔”臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮和“菲特”臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮。

縱觀全年風(fēng)暴潮過(guò)程，可以歸納為以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）風(fēng)暴增水幅度大。“菲特”臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮在浙江鰲江潮位站引起的最大風(fēng)暴增水達(dá)到3.75 m。

（2）多個(gè)潮位站高潮位破該站歷史最高潮位記錄?！疤焱谩迸_(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮過(guò)程期間，福建東山潮位站出現(xiàn)了超過(guò)當(dāng)?shù)丶t色警戒潮位14 cm的高潮位，為該站歷史最高潮位，廣東海門潮位站出現(xiàn)了超過(guò)當(dāng)?shù)鼐涑蔽?39 cm的高潮位，為該站歷史最高潮位，汕頭潮位站出現(xiàn)了超過(guò)當(dāng)?shù)鼐涑蔽?05 cm的高潮位，為該站歷史第二高潮位?！胺铺亍迸_(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮過(guò)程在浙江鰲江站觀測(cè)到了超過(guò)當(dāng)?shù)鼐涑蔽?48 cm的歷史最高潮位。

4.2 2013年臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮過(guò)程檢驗(yàn)及適用

4.2.1 1312號(hào)臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮過(guò)程

1312號(hào)熱帶氣旋“潭美”于2013年8月18日11時(shí)生成于菲律賓以東洋面，生成后沿西北方向移動(dòng)，強(qiáng)度繼續(xù)加強(qiáng)，并于8月20日20時(shí)加強(qiáng)為臺(tái)風(fēng)并維持，22日凌晨“潭美”在福建省福清市沿海登陸?！疤睹馈钡顷懬昂笥捎谘匕短煳拇蟪逼?，浙江瑞安、鰲江等潮位站出現(xiàn)了超過(guò)當(dāng)?shù)鼐涑蔽?0 cm以上的高潮位，福建三沙、沙埕等潮位站出現(xiàn)超過(guò)當(dāng)?shù)爻壬涑蔽坏母叱蔽?。圖5再現(xiàn)了“潭美”過(guò)程期間瑞安、鰲江、三沙、沙埕等潮位站實(shí)測(cè)增水與各家臺(tái)風(fēng)機(jī)構(gòu)預(yù)報(bào)增水的對(duì)比。

圖4 2013年影響我國(guó)沿海地區(qū)的臺(tái)風(fēng)路徑Fig.4 Typhoon tracks influencing China's coastal areas in 2013

4.2.2 1319“天兔”臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮過(guò)程

1319號(hào)熱帶氣旋“天兔”于2013年9月17日生成于菲律賓以東洋面，生成后沿西北方向移動(dòng)，強(qiáng)度繼續(xù)加強(qiáng)，并于9月19日17時(shí)加強(qiáng)為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)并維持至9月21日19時(shí)，隨后強(qiáng)度逐漸減弱，22日傍晚“天兔”在汕尾沿海地區(qū)登陸?！疤焱谩钡顷懬昂笥捎谘匕墩幱谘匕短煳母叱蔽唬瑥V東海門、汕頭等潮位站出現(xiàn)了超過(guò)當(dāng)?shù)鼐涑蔽?0 cm以上的高潮位。圖6再現(xiàn)了“天兔”過(guò)程期間汕頭、海門、東山、汕尾潮位站實(shí)測(cè)增水與各家臺(tái)風(fēng)機(jī)構(gòu)預(yù)報(bào)增水的對(duì)比。

圖5 1312號(hào)臺(tái)風(fēng)增水模擬（計(jì)算起始時(shí)間為2013年8月20日14時(shí)）Fig.5 Comparision of storm surge between observed data and simulated results using typhoon from different agencies during typhoon Trami（since 0600 UTC 20 Aug.2013）

4.2.3 1323“菲特”臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮過(guò)程

1323號(hào)熱帶氣旋“菲特”于2013年9月30日生成于菲律賓以東洋面，生成后沿西北方向移動(dòng)，強(qiáng)度繼續(xù)加強(qiáng)，并于10月4日07時(shí)加強(qiáng)為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，7日凌晨“菲特”在閩浙沿海地區(qū)登陸?！胺铺亍庇绊懫陂g由于沿岸正處于沿岸天文大潮期，浙江瑞安、鰲江等潮位站出現(xiàn)了超過(guò)當(dāng)?shù)鼐涑蔽?0 cm以上的高潮位。圖7再現(xiàn)了“菲特”過(guò)程期間瑞安、鰲江、洞頭潮位站實(shí)測(cè)增水與各家臺(tái)風(fēng)機(jī)構(gòu)預(yù)報(bào)增水的對(duì)比。

4.2.4 3次過(guò)程的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)

由圖5～7以及表1中，我們可以看到：在臺(tái)風(fēng)路徑和強(qiáng)度相對(duì)準(zhǔn)確（即后報(bào)）的條件下，風(fēng)暴潮數(shù)值模型計(jì)算增水誤差僅為14%，位相也與實(shí)況吻合較好。模型比較準(zhǔn)確的反映了風(fēng)暴潮過(guò)程；而采用了中央氣象局等5家預(yù)報(bào)機(jī)構(gòu)的24 h臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)驅(qū)動(dòng)風(fēng)暴潮模式后，可以發(fā)現(xiàn)各預(yù)報(bào)增水值與實(shí)況誤差均在30%以上，各家預(yù)報(bào)結(jié)果無(wú)論是在增水量值和位相上都遜于后報(bào)結(jié)果。而在5家預(yù)報(bào)機(jī)構(gòu)的臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)中，中央臺(tái)預(yù)報(bào)的臺(tái)風(fēng)驅(qū)動(dòng)風(fēng)暴潮模型得出的效果最好，盡管不是每一次過(guò)程預(yù)報(bào)效果都能達(dá)到最好，但在3次預(yù)報(bào)中綜合來(lái)看，24 h的臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)相對(duì)誤差僅為30.3%，達(dá)到了較高的預(yù)報(bào)精度。中國(guó)香港臺(tái)次之，相對(duì)誤差也僅為32.3%，他們都優(yōu)于美國(guó)、日本、臺(tái)灣等預(yù)報(bào)機(jī)構(gòu)臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)計(jì)算得到的40%以上的風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)誤差。究其原因：就臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率來(lái)看，登陸前24 h香港臺(tái)臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率最高，誤差在80 km左右；中央臺(tái)和美國(guó)臺(tái)的臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)誤差均在90 km左右；臺(tái)灣臺(tái)的路徑預(yù)報(bào)誤差為100 km左右，而日本臺(tái)的臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)誤差達(dá)到了120 km，各家預(yù)報(bào)機(jī)構(gòu)臺(tái)風(fēng)路徑的預(yù)報(bào)誤差直接反應(yīng)到風(fēng)暴潮的預(yù)報(bào)誤差，是風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)誤差的主要來(lái)源之一。而近岸臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報(bào)誤差、風(fēng)暴潮模型本身存在的計(jì)算誤差以及風(fēng)暴潮所選站點(diǎn)樣本數(shù)較少也都直接影響最終風(fēng)暴潮模型計(jì)算誤差的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，這也是中央臺(tái)和美國(guó)臺(tái)在臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率相當(dāng)?shù)那闆r下，而兩者驅(qū)動(dòng)臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮模型后，得出風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)結(jié)果差異的主要原因。

圖6 1319號(hào)臺(tái)風(fēng)增水模擬（計(jì)算起始時(shí)間為2013年9月20日20時(shí)）Fig.6 Comparison of storm surge between observed data and simulated results using typhoon from different agencies during typhoon Usagi（since 1200 UTC 20 Sep.2013）

表1 各站最大風(fēng)暴增水模擬與實(shí)測(cè)對(duì)比（單位：cm）Tab.1 Comparison of storm surge between observed data and different storm surge model forecasting results（unit：cm）

圖7 1323號(hào)臺(tái)風(fēng)增水模擬（計(jì)算起始時(shí)間為2013年10月5日08時(shí)）Fig.7 Comparison of storm surge between observed data and simulated results using typhoon from different agencies during typhoon Fitow（since 0000 UTC 5 Oct 2013）

5 計(jì)算效率分析

模型運(yùn)行于國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心的神威高性能計(jì)算機(jī)上，采用不同的計(jì)算資源分別對(duì)臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮過(guò)程進(jìn)行了72 h數(shù)值預(yù)報(bào)，其中32核模擬需要計(jì)算時(shí)間為150 min，64核模擬需要60 min，128核模擬需要28 min，256核模擬需要23 min。由圖6可以看到，采用128核并行計(jì)算，模型能夠表現(xiàn)出更好的計(jì)算效率。

6 結(jié)論

文中首次建立了一個(gè)覆蓋整個(gè)中國(guó)沿海地區(qū)的精細(xì)化臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮數(shù)值模型，模型對(duì)影響中國(guó)沿海地區(qū)的臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮過(guò)程均表現(xiàn)出較好的模擬能力，特別是通過(guò)2012年和2013年典型臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮過(guò)程檢驗(yàn)，增水值后報(bào)平均相對(duì)誤差不超過(guò)15%，模型對(duì)風(fēng)暴潮過(guò)程模擬效果良好?？梢詽M足對(duì)臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)的精度要求。

圖8 不同核數(shù)所用時(shí)間對(duì)比圖Fig.8 Comparison of time cost using different computer cores

該精細(xì)化臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮數(shù)值模型在大型機(jī)上運(yùn)行良好，計(jì)算穩(wěn)定性較強(qiáng)。采用128核計(jì)算，計(jì)算效率最高，所用計(jì)算時(shí)間可以滿足臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮業(yè)務(wù)化預(yù)報(bào)對(duì)時(shí)間的要求。

文中對(duì)2013年中央臺(tái)等多家預(yù)報(bào)機(jī)構(gòu)給出的臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)進(jìn)行了風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果表明采用中國(guó)氣象局臺(tái)風(fēng)24 h預(yù)報(bào)可以得到更準(zhǔn)確的臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)結(jié)果，這為我們今后臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)實(shí)踐中，臺(tái)風(fēng)路徑的選取提供了重要參考。

［1］國(guó)家海洋局.2004－2013年中國(guó)海洋災(zāi)害公報(bào)［R］.北京，2004－2013.

［2］于福江，張占海.一個(gè)東海嵌套網(wǎng)格臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮數(shù)值預(yù)報(bào)模式的研制與應(yīng)用［J］.海洋學(xué)報(bào)，2002，24（4）：23－33.

［3］端義宏，朱建榮，秦曾灝，等.一個(gè)高分辨率的長(zhǎng)江口臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮數(shù)值預(yù)報(bào)模式及其應(yīng)用［J］.海洋學(xué)報(bào)，2005，27（3）：11－19.

［4］黃世昌，李玉成，謝亞力，等.杭州灣內(nèi)天文潮與風(fēng)暴潮耦合模式建立與應(yīng)用［J］.大連理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，50（5）：735－741.

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A high-resolution typhoon storm surge forecast model covering the whole China's coastal areas and its application

Liu Qiuxing1，2，Dong Jianxi1，Yu Fujiang1，F(xiàn)u Cifu1，Li Mingjie1
（1.National Marine Environmental Forecasting Center，Beijing 100081，China；2.Hohai University，Nanjing 210098，China）

High-resolution storm surge forecast is one of the newest trends in the field of storm surge forecast.In this paper，a new high-resolution forecast model that covered the whole China's coastal areas was constructed，which have overcome the drawback of previous sub-regional numerical forecast model.The grid resolution near coastal areas was about 300 meters.Parallel computation was employed.The accuracy and computation time met the requirements of operational forecast through the numerical tests of typical typhoon storm surge in 2012 and 2013.24 hours typhoon forecasts of Five agencies were also utilized to carry out the tests.The results showed that the most accurate storm surge forecast result is obtained according to China Meteorological Administration's typhoon forecast in 2013.The conclusion provided an important reference for the future storm surge forecast.

high-resolution；China's coastal areas；storm surge

P731.23

A

0253-4193（2014）11-0030-08

2014-02-18；

2014-04-19。

國(guó)家“十二五”科技支撐課題（2013BAB04B02）。

劉秋興（1982—），男，天津市人，助理研究員，主要從事風(fēng)暴潮的預(yù)報(bào)和研究工作。E-mail：lqx＠nmefc.gov.cn

劉秋興，董劍希，于福江，等.覆蓋中國(guó)沿海地區(qū)的精細(xì)化臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮模型的研究及適用［J］.海洋學(xué)報(bào)，2014，36（11）：30—37，

10.3969／j.issn.0253-4193.2014.11.004

Liu Qiuxing，Dong Jianxi，Yu Fujiang，et al.A high-resolution typhoon storm surge forecast model covering the whole China's coastal areas and its application［J］.Acta Oceanologica Sinica（in Chinese），2014，36（11）：30—37，doi：10.3969／j.issn.0253-4193.2014.11.004