1.本项目于2015年4月立项,项目名称为“人工海岸对渤海风暴潮影响的数值模拟与灾害预警”,属于天津市应用基础及前沿技术研究计划项目,技术领域为资源与环境,应用产业领域为能源,承担单位为天津科技大学理学院。

2.立项依据主要考虑到风暴潮灾害一直位居各种海洋灾害之首,平均每年的直接经济损失占海洋灾害总损失的80%。2000年到2010年的10年间,由于围填海工程的建设,自然海岸线减少,人工海岸增加,有可能削弱海岸带的减灾防灾能力。本项目旨在研究人工海岸建设前后渤海风暴潮灾害的时空变化过程,提出灾害预警方案,为渤海海岸线的建设提供科学指导,同时也为海洋资源的可持续发展提供科学依据。

3.该项目基于三维近海海洋模式--FVCOM动力学模型 （the Finite Volume Coastal Ocean Model）,利用中尺度气象预报资料WRF风场数据（the Weather Research Forecasting model）和大小网格嵌套方法,通过潮汐和风场共同驱动,建立渤海潮汐和风暴潮模型。使用2000年渤海岸线和围填海工程之后提取的2010年渤海岸线,进行渤海典型风暴潮过程的数值模拟。

研究岸线变化前后渤海风暴潮灾害的变化规律,给出岸线变化前后风暴潮增水曲线、增水分布图、流场分布图,并进行对比分析提出海岸建设的相关建议,给出风暴潮灾害预警方案。该项目的研究,有利于提高海岸线建设和海洋开发规划的科学性,对促进海洋资源开发利用和保护人民财产安全将起到重要的支撑作用。

（1）渤海风暴潮预报模式研制。

基于三维近海海洋模式--FVCOM动力模型,建立了以渤海湾沿岸为重点的精细尺度的潮汐和风暴潮三维数值模型。模型采用三角形网格,利用有限体积法进行数值计算,利用大小区域网格嵌套模式,对海洋潮汐动力和风应力驱动的渤海风暴潮预报模式进行调试和验证。其中大模型研究区域包含黄海和渤海（33.72oN-41.05oN,117.56oE-126.93oE）,其中小模型研究区域包含整个渤海（37.13oN-40.92oN,117.57oE-122.91oE。

（2）对渤海潮汐过程进行了数值模拟。

在开边界,利用OTPS软件预报得到实时水位驱动,研究渤海潮汐增水情况。收集各个验潮站记录的实测数据,对潮汐增水模型进行校正,使FVCOM模型能够较好反映潮汐增水现象。

模拟数据和实测数据对比基本一致,模拟的M2分潮和K1分潮的振幅和迟角与各测站位的实测数据基本一致,渤海等振幅和等迟角图与海图对比也基本一致,这说明模型能够模拟渤海的潮汐动力过程。

（3）对渤海典型寒潮风暴潮过程和台风风暴潮增水过程进行数值模拟。利用（1）建立的风暴潮预报模型,利用中尺度气象预报模型WRF模型（Weather Research Forecasting）模拟的风场数据,利用潮汐调和数据（OSU Tidal Prediction Software,http：//volkov.oce.orst.edu/tides/）作为海洋水边界条件,对典型渤海风暴潮过程进行数值模拟,包括：1985年8月（Mimie）、1997年8月（Winnie）、2005年8月（Matsa）台风风暴潮和2003年10月的温带风暴潮过程,并与实测数据进行对比分析,验证模型的有效性。模拟结果显示,模拟风暴潮在増水极值及时间上与实测数据基本吻合,这说明模型能够用来较好模拟渤海寒潮风暴潮过程和台风风暴潮过程。

（4）岸线变化对渤海风暴潮灾害的影响评估。利用2000年渤海岸线和2010年围填海工程后提取的渤海新岸线,设计敏感性实验,对渤海风暴潮过程进行数值模拟。

2000年的水深资料是Choi（Laboratory for Coastal and Ocean Dynamics Studies Sungkyunkwan Univercity） 提供的1′×1′的东中国海水深数据,插值到研究区域的网格点。

2010年渤海的海岸线变化数据是利用美国陆地资源卫星Landsat的传感器TM/ETM遥感信息,采用Canny算子半自动提取获得的,2010年的水深数据是根据渤海岸线变化,对水深数据进行修正得到的。

通过对渤海风暴潮过程进行模拟,研究岸线变化对渤海风暴潮的影响,主要是对渤海湾、莱州湾和辽东湾风暴潮增水的不同影响程度。分析不同的寒潮风场或者台风路径,对渤海沿岸不同区域的影响。重点研究了岸线明显变化的曹妃甸、天津港和黄骅港海区的风暴潮增水空间分布。分析10年岸线变化,各个港区风暴潮增水增加的可能性以及危害程度的大小。结果显示,岸线变化后,渤海湾三大港区的风暴潮増水有增加的趋势。

同时研究了岸线变化对渤海流场的影响,岸线变化后,渤海流场有减弱的趋势。

（5）渤海风暴潮灾害评估与预警 对渤海风暴潮进行长期数值模拟,提取典型风暴潮个例,进行统计分析,研究渤海风暴潮的发生以及分布规律,与气象数据相结合,进行渤海风暴潮的灾害预警,并制定预警方案。对模拟数据进行统计推断,得到渤海湾三大港区（曹妃甸港、天津港和黄骅港）的风暴潮増水的可能性,给出灾害预警方案。

党的十九大报告指出：“坚持陆海统筹,加快建设海洋强国”,“实施流域环境和近岸海域综合治理”,建设美丽中国近年来天津市风暴潮灾害损失已达4亿,减少灾害损失的效益不可估量。

该项研究对提高海洋发展规划的科学性,为海洋灾害预警预报提供科学基础。