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海洋环境预报

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海洋环境,包括水文、气象等多种因素,经常发生海浪、海冰、风暴潮等自然灾害,造成严重经济损失,平均每年因这种灾害而死亡的人数达数万之多。为此,需要进行海洋环境监测和预报,以预防和减轻海洋灾害。

近20年来,海洋环境预报有了较快的发展。建成以国家海洋环境预报中心和青岛、上海、广州等三个区域预报中心,并将各海洋环境观测、监测台站组成海洋环境预报和服务网络。先后开展中国海和西太平洋海域的短期、中期和长期海洋天气预报,远洋和极区海洋天气预报,西北太平洋的海浪预报,中国沿海的风暴潮预报,渤海及黄海北部的海冰预报,中国海的海水温度预报等。

最近十年,我国海洋预报的定量化、客观化和自动化的数值预报方法研究取得了突破性进展。50~60年代采用根据天气图划分风区和确定风时的海浪预报方法,计算过程有很大的主观任意性。60年代后期逐渐改用数值方法。80年代海浪研究以WAM模式 (WAMDI,1988) 为代表。WAM模式建立在较严格的物理学基础上,为海浪数值预报研究的重要发展,并被许多人认为是当前最先进的方法。但实际上WAM模式有不少困难,我国科学工作者早于80年代末已指出WAM模式在源函数计算、谱形限制和计算时间方面的困难,并提出一种新的混合型模式 (Wen et al.,1989),其中风浪部分以有效波高为预报变量,涌浪部分采用谱分量方法。对于风浪,将能量输入、耗散、波-波间非线性相互作用等归并为一项并通过波高的成长关系来计算。我国海洋预报部门采用此模式进行预报,运转是稳定的,精度不低于WAM模式。应用于西北太平洋和我国海域的预报时,在相同条件下所用的CPU时间仅为WAM模式的1/60 (中国海洋年鉴,1994),甚至可在微机上进行实时预报。我国自己发展的模式已应用于远洋航行的安全保障系统、海岸工程和海上石油开发等工作中的环境评估。

国家海洋环境预报中心基于海冰热力涟、动力学和流变学以及冰与海洋、大气相互作用研究,研制了海冰动力-热力模式,并且进一步发展为冰-海洋耦合模式,用于海冰数值预报,已连续多年为海洋石油勘探开发和海上运输提供多种定量的渤海海冰数值预报。该海冰模式已被芬兰冰服务中心应用于波罗的海的海冰数值预报。青岛海洋大学海浪预报模式还与预报中心发展的三维斜压移动套网格台风模式联结,成功地进行了台风浪数值预报试验,并将逐步作为海浪业务预报的组成部分。在风暴潮的统计预报方法和诺模图方法基础上,引入美国SLOSH模式,并发展了二维风暴潮数值模式作为上述经验统计方法的补充。“八五”期间研制的风暴潮漫滩模式在个别近岸海区进行了试验。海温和海流数值模式也应用于中国沿海和西北太平洋进行了诊断分析和预报试验。现已开始了海啸、溢油和赤潮等的监测和预报技术研究,并将逐步开展海冰、海浪和风暴潮等灾害性海洋环境状况的数值预报。

“八五”期间初步建立了直接为海洋环境预报服务的数据库,并且开始了海洋资料四维同化方法的研究,应用弱约束变分调整的简单同化技术,使海面台风风压场预报精度有了明显提高。卫星遥感资料应用于海洋模式的伴随方程的同化技术研究及海冰资料的卡曼(Karman)滤波分析和卡曼滤波风暴潮模式的研究已受到重视。

正如《中国21世纪议程》——中国21世纪人口、环境与发展白皮书所指出,建设一个与我国经济、社会发展相适应的海洋环境监测预报系统和灾害预警系统,及时准确地发布我国沿海、陆架、特定远洋海域的海洋环境预报和海洋灾害警报,将为减轻和预防海洋灾害,加速我国海洋事业和经济发展起着更加重要作用。

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