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海浪灾害监测预警系统

供稿人:潘宏  供稿时间:2016-11-29   关键字:海浪  预警  监测  

海浪是指由风产生的海面波动,其周期为0.5-25秒,波长为几十厘米至几百米,一般波高为几厘米至20米,在罕见的情况下,波高可达30米。由强烈大气扰动,如热带气旋(台风、飓风)、温带气旋和强冷空气大风等引起的海浪,在海上常能掀翻船只,摧毁海上工程和海岸工程,造成巨大灾害。这种海浪称被为灾害性海浪。灾害性海浪到了近海和岸边,对海岸的压力可达到每平方米30-50吨。有记载,巨浪曾把1370吨重的混凝土块移动了10米,20吨的重物也被它从4米深的海底抛到了岸上。 

在海浪监测技术与设备方面:

近10年来发展很快,研制出的海浪监测仪器较多,如浮标式、声学式、雷达式、压力式等。“九五”以来在国家863计划中设立海洋监测技术主题,极大地促进了海洋观测技术和仪器设备的发展。形成具有自主知识产权的海洋监测设备产品,接近或达到国际先进水平。目前,在常规观测和工程技术领域,测波浮标是海浪监测的主力军。大约十几年前,我国测波浮标基本只能依赖进口,曾经引进过美国的956型及其改良型1156型浮标、荷兰的Waverider浮标以及加拿大AXYS公司Triaxys浮标。不仅花费了大量的财力,而且后续技术服务无法保障。近10年来,国产测波浮标正在逐渐替代进口浮标。其中山东省科学院海洋仪器仪表研究所研制的SBF3-X型测波浮标是国产浮标的代表性产品。该浮标利用重力式三轴加速度计原理设计,在与Waverider等国外先进浮标长期比测中,波高、波向、波周期等要素吻合良好。同时可实现对浮标的遥控操作,使浮标在受控条件下全天候和全天时作业。目前已有几十台该型浮标投入我国近海测波业务。

在遥感测量方面,中国海洋大学、国家海洋技术中心、哈尔滨工程大学等单位都在研究使用X波段雷达遥测海浪,并已研制出样机,有望替代进口产品。近年来,国内海洋航空遥感能力正在不断增强,目前正在研制小型无人驾驶飞机,作为遥感监测的平台,无人飞机遥测将成为海洋监测的重要手段。卫星测波技术在我国起步较晚,基本处于理论研究的阶段。值得一提的是,2011年8月成功发射的“海洋二号”卫星,是中国第一颗海洋动力环境卫星,采用微波遥感技术,可全天时、全天候对海面风场、海流、海浪和温度等海洋要素进行监测。其波高变化的设计测量指标优于4CM。 

在预警信息系统方面:

近年来,我国许多沿海省市相继开发了可预警海浪灾害的信息系统。

浙江省海洋监测预报中心发表文献介绍了基于时空同步监视的三维海洋灾害预警辅助分析系统,应用SKYLINE三维地理信息技术构建界面布局和人机交互界面,基于时空同步监视的理念和数据综合管理的思维采用数据同步技术将台风信息与渔场、渔船、海浪、潮位、增水数据等在同一界面进行综合集成和实时叠加展示分析,建立了人机交互式三维海洋灾害预警辅助分析系统。系统具有信息查询、致灾因子同步监视分析、实时预报信息叠加分析、渔船安全管理辅助等功能,实现了对海洋海浪和风暴潮预警具有较好的辅助分析。实际应用表明,系统能够直观展示致灾要素,为防御海洋灾害提供了一个形象的会商协同平台,有助于提高海洋灾害预警分析能力。

南通海洋环境监测中心站、东海预报中心、东海信息中心等单位历时3年多的建设和一年多的试运行的南通海洋预报减灾示范区,由立体观测监测系统、精细化预报系统、信息服务平台系统和防灾减灾应用系统组成。南通示范区精细化预报系统的业务化数值预报模型有气象、潮汐海流、海浪模式和MOS动力统计模型和业务化模块,可以满足每日预报所需数据。其中海浪模型采用“怪潮”项目(苏北浅滩一项公益性科技成果)所建WaveWatchIII海浪模式与SWAN海浪模式相嵌套模型。小区(苏北浅滩海域)浅水过程用SWAN模式,大区(东径106度至140度、北纬15度至45度)深水海浪用WaveWatchIII模式。海浪模式模拟结果,经与东海、南海多个浮标站海浪实测数据对比,有效波高平均误差在17.8%~18.8%,相关性0.82~0.85,能够较好刻画示范区海域浪场特征。

国家海洋局北海预报中心( 山东省海洋预报台)基于山东省立体海洋观测网、海洋精细化预报系统和防灾减灾综合信息平台构建了山东省海洋灾害观测预警系统。其中海浪业务化数值预报,是基于第三代海浪数值模式WaveWatchⅢ研发全球和中国近海浪模型;基于多重嵌套技术和近岸海浪模式SWAN 研发山东省海浪业务化数值预报子系统。模式中的多重嵌套技术既能充分考虑大区波浪对小区的影响,对重点关注海域进行精细刻画,又节省计算量。该子系统在山东省重点关注海域分辨率为0.5'×0.5',并在北海预报中心的高性能集群上并行运算,每日1次运行,实时发布未来72h预测预报结果。 

参考文献

海浪灾害概述

国家海洋环境预报中心,http://www.nmefc.gov.cn/nr/cont.aspx?itemid=4&id=1682

海浪监测技术与设备概述, 齐勇 闫星魁 郑姗姗 张可可 苗斌 王波 吴鑫,气象水文海洋仪器 2015年03期

基于时空同步监视的三维海洋灾害预警辅助分析系统,宋立松郑毅 程海洋 卢美,海洋环境科学2015年05期

海洋精细化预报减灾的“南通样本”,中国海洋报2016年1月21日

山东省海洋灾害观测预警系统,吴玲娟 高松 刘爱超 钟山 曹雅静,防灾科技学院学报2015年02期



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