ISSN 1004-4965

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基于浮标实测的典型台风过程风浪耦合特征及ERA5数据适用性分析

陈雯超,  姜瑜君,  李永旗,  王东辉,  詹国伟,  宋丽莉

陈雯超, 姜瑜君, 李永旗, 王东辉, 詹国伟, 宋丽莉. 基于浮标实测的典型台风过程风浪耦合特征及ERA5数据适用性分析[J]. 热带气象学报, 2026, 42(5): 601-614. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2026.065
引用本文: 陈雯超, 姜瑜君, 李永旗, 王东辉, 詹国伟, 宋丽莉. 基于浮标实测的典型台风过程风浪耦合特征及ERA5数据适用性分析[J]. 热带气象学报, 2026, 42(5): 601-614. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2026.065
CHEN Wenchao, JIANG Yujun, LI Yongqi, WANG Donghui, ZHAN Guowei, SONG Lili. Analysis of Wind-Wave Coupling Characteristics During Typical Typhoons Based on Buoy Observations and Applicability Evaluation of ERA5 Data[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2026, 42(5): 601-614. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2026.065
Citation: CHEN Wenchao, JIANG Yujun, LI Yongqi, WANG Donghui, ZHAN Guowei, SONG Lili. Analysis of Wind-Wave Coupling Characteristics During Typical Typhoons Based on Buoy Observations and Applicability Evaluation of ERA5 Data[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2026, 42(5): 601-614. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2026.065

基于浮标实测的典型台风过程风浪耦合特征及ERA5数据适用性分析

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2026.065
基金项目: 

广东省气象局科技项目 GRMC2024M17

广东省气象局科技创新团队 GRMCTD202611-QN03

广东省气象局科技项目 GRMC2025M33

详细信息
    通讯作者:

    陈雯超,女,广东省人,高级工程师,主要从事台风风工程研究。E-mail: wenchao678@163.com

  • 中图分类号: P732

Analysis of Wind-Wave Coupling Characteristics During Typical Typhoons Based on Buoy Observations and Applicability Evaluation of ERA5 Data

  • 摘要: 基于茂名和南海浮标站对台风“暹芭”、“泰利”和超强台风“摩羯”的完整观测数据,系统分析了台风风浪耦合致灾特征,并评估了ERA5再分析数据在台风条件下的适用性。结果表明,(1)台风强度与波高显著正相关,最大波高可达16.7 m;有效波高峰值滞后风速峰值0.5~1.0 h。(2)波周期增长始于台风外围,风速超过20 m·s-1后趋于平衡;眼区风向急转可致风—波夹角超60°,对海洋工程结构产生异向荷载扭矩。(3)超强台风“摩羯”引发的灾害性海浪的影响半径可达251 km,持续27 h;台风波浪呈“涌浪—混合浪—风浪—混合浪”演变,眼壁区强风与大波陡叠加。(4)ERA5能再现台风外围风浪场趋势,但对眼壁区最大风速和有效波高的低估幅度分别为21%~48%和26%~50%。本研究构建了基于ERA5风速(或有效波高)及离台风中心距离的订正模型。研究结果可为海洋工程的抗台风风浪设计提供科学依据。

     

  • 图  1  浮标站位置及水深分布图

    图  2  台风路径及浮标站相对位置图

    图  3  台风风速、有效波高时程变化图

    图  4  非台风大风的风速、有效波高时程变化图

    图  5  台风有效浪高及其离台风中心距离的散点图

    图  6  浮标站在台风期间的风矢量和上游风区示意图

    图  7  台风“摩羯”有效波陡和风速时程变化图

    图  8  台风有效波高和风速散点图及拟合曲线

    图  9  台风“摩羯”的风速和有效波周期时程变化图

    图  10  台风风速和有效波周期散点图

    图  11  台风“泰利”风向、波向、风速时程变化图

    a. 风向与波向;b. 风向波向夹角与风速。

    图  12  浮标实测和ERA5的台风风速(a、c、e)、风向(b、d、f)时程变化图

    图  13  浮标实测和ERA5的台风有效波高变化图

    图  14  风场订正系数随ERA5风速和离台风中心距离变化的散点图及拟合曲面

    图  15  有效波高订正系数随ERA5有效波高和离台风中心距离变化的散点图及拟合曲面

    图  16  台风“摩羯”期间南海浮标站实测及ERA5订正前后时程曲线

    a. 风场;b. 有效波高。

    图  17  台风“摩羯”期间茂名浮标站实测及ERA5订正前后时程曲线

    a. 风场;b. 有效波高。

    图  18  台风“摩羯”期间湛江海威2号气象站实测及ERA5订正前后时程曲线

    表  1  台风过程的风参数统计

    台风个例 浮标站 风速时程曲线形态 10 min平均风速极值/(m·s-1) 3 s阵风极值/(m·s-1) 台风眼区附近最小风速/(m·s-1) 八级风风向连续偏转角度/°
    暹芭 茂名 “M”型双峰 27.2 35.7 9.0 193
    泰利 茂名 “M”型双峰 32.5 44.0 5.7 163
    摩羯 南海 “M”型双峰 48.2 62.0 8.8 227
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    表  2  台风过程不同波型的有效波高和对应波周期范围

    台风个例 浮标站 涌浪 混合浪 风浪
    Hs/m Ts/s Hs/m Ts/s Hs/m Ts/s
    暹芭 茂名 0.4~0.7 6.0~7.0 0.6~3.3 4.8~8.8 1.5~6.4 5.7~9.4
    泰利 茂名 0.4~1.4 6.0~9.1 0.6~2.9 4.7~9.5 2.2~7.6 7.0~8.9
    摩羯 南海 0.9~1.6 8.8~9.6 1.4~4.7 7.3~11.8 2.4~11.5 7.2~11.8
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    表  3  ERA5风速与浮标实测的台风参数统计对比

    台风 暹芭 泰利 摩羯
    浮标实测 ERA5 浮标实测 ERA5 浮标实测 ERA5
    前眼壁最大风速/(m·s-1) 26.3 17.2 32.1 16.8 42.5 22.6
    后眼壁最大风速/(m·s-1) 26.2 18.0 28.0 15.7 43.4 23.7
    前眼壁最大风速半径/km 75 103 32 94 13 94
    后眼壁最大风速半径/km 54 117 56 113 43 79
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    表  4  ERA5有效波高与浮标实测的台风海浪参数统计对比

    台风 暹芭 泰利 摩羯
    浮标实测 ERA5 浮标实测 ERA5 浮标实测 ERA5
    前眼壁有效波高最大值/m 6.4 4.3 7.4 3.7 10.9 7.4
    后眼壁有效波高最大值/m 5.5 4.1 5.3 3.1 9.5 6.7
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  • [1] 李少钿, 李毅能, 李骏旻, 等. 风能输入参数对珠江口波浪模拟的影响[J]. 热带气象学报, 2022, 38(4): 541-553.
    [2] 自然资源部. 2023年中国海洋灾害公报[R]. 2024-04-22.
    [3] GB/T 28921—2012自然灾害分类与代码[S].
    [4] Xu Y, He H L, Song J B, et al. Observations and modeling of typhoon waves in the South China Sea[J]. Journal of Physical Oceanography, 2017, 47(6): 1307-1324.
    [5] Liu T M, Yu J X, Yu Y, et al. Statistical characteristics of sea surface waves derived from buoy measurements in the eastern Guangdong offshore water[J]. Journal of Sea Research, 2023, 195: 102440.
    [6] 苏志, 何如, 陶伟, 等. 利用浮标站观测资料分析台风"贝碧嘉"过境时风浪变化特征[J]. 气象科技, 2020, 48(3): 415-420.
    [7] 邓丹, 周泉, 马磊, 等. 强台风"卡努"过境期间的风和海浪特征分析[J]. 海洋与湖沼, 2023, 54(6): 1529-1536.
    [8] 蒋璐璐, 涂小萍, 王毅, 等. "米娜("1918)台风浪特征及其与"利奇马("1909)的差异[J]. 海洋预报, 2021, 38(4): 53-60.
    [9] 王毅, 涂小萍, 蒋璐璐, 等. 台风"利奇马"影响期间浙江沿海海浪特征分析[J]. 气象科学, 2020, 40(1): 97-105.
    [10] 陈剑桥, 韩博, 杨清华, 等. 浙江东部海域沉船海难海浪灾害性特征分析[J]. 海洋预报, 2023, 40(1): 28-38.
    [11] Zhang Z W, Li X M. Global ship accidents and ocean swell-related sea states[J]. Natural Hazards and Earth System Sciences, 2017, 17(11): 2041-2051.
    [12] Jia L Q, Wu S M, Han B, et al. Wave hindcast under tropical cyclone conditions in the South China Sea: sensitivity to wind fields[J]. Acta Oceanologica Sinica, 2023, 42(10): 36-53.
    [13] Elshinnawy A I, Menéndez M, Medina R. A parameterization for the correction of ERA5 severe winds for extreme ocean wave modelling [J]. Ocean Engineering, 2024, 312: 119048.
    [14] 渠鸿宇, 黄彬, 赵伟, 等. HRCLDAS-V1.0和ERA5海面风场对比评估分析[J]. 热带气象学报, 2022, 38(4): 569-579.
    [15] Chen F J, Li Z Y, Ding K X, et al. Assessment and integration of ERA5 reanalysis and Fujita-Takahashi models for storm surge prediction in the East China Sea[J]. Applied Sciences, 2023, 13(19): 10658.
    [16] Naseef T M, Kumar V S. Climatology and trends of the Indian Ocean surface waves based on 39-year long ERA5 reanalysis data[J]. International Journal of Climatology, 2020, 40(2): 979-1006.
    [17] Shi J, Feng X B, Toumi R, et al. Global increase in tropical cyclone ocean surface waves[J]. Nature Communications, 2024, 15: 174.
    [18] Zhang Y L, Zhong W, Feng Z H, et al. Errors of tropical cyclone-induced ocean waves in reanalysis using buoy data[J]. Journal of Marine Science and Engineering, 2024, 12(6): 983.
    [19] 陈志强, 甘秋莹, 徐建军. 利用海-气-浪耦合模式(COAWST)对北印度洋一次强热带风暴"Fani"(2019)过程的数值模拟[J]. 热带气象学报, 2022, 38(3): 366-376.
    [20] 詹国伟, 黄辉军, 周明森, 等. 茂名近海、近岸及陆地站点气象要素对比分析[J]. 热带气象学报, 2023, 39(6): 898-914.
    [21] 中国气象局综合观测司. 海洋气象锚碇浮标功能规格需求书[Z]. 北京: 中国气象局, 2015.
    [22] Hersbach H. Bell B, Berrisford P, et al. ERA5 hourly data on single levels from 1940 to present[DS/OL]. Copernicus Climate Change Service (C3S) Climate Data Store (CDS)(2023). https://cds.climate.copernicus.eu/datasets/reanalysis-era5-single-levels?tab=overview. DOI:10.24381/cds.adbb2d47.
    [23] 万勇, 刘燕. 基于微波多载荷优势互补的海面风场联合反演方法研究[J]. 海洋技术学报, 2022, 41(6): 58-65.
    [24] GB/T 36745—2018台风涡旋测风数据判别规范[S].
    [25] Pérez-Sampablo L, Osuna P, Esquivel-Trava B, et al. Sensitivity of the wave field to high time-space resolution winds during a tropical cyclone[J]. Oceans, 2023, 4(1): 92-113.
    [26] Qiao C, Myers A T, Arwade S R. Characteristics of hurricane-induced wind, wave, and storm surge maxima along the U.S. Atlantic coast[J]. Renewable Energy, 2020, 150: 712-721.
    [27] 姚日升, 肖王星, 涂小萍, 等. 浙江沿海基于浮标的有效波高分析和数值预报订正[J]. 海洋预报, 2024, 41(3): 44-53.
    [28] Thompson W C, Nelson A R, Sedivy D G. Wave group anatomy of ocean wave spectra[C]//Coastal Engineering 1984, Houston, ASCE, 2015: 661-677.
    [29] 郇彩云, 王加鑫, 许坤荻. 广东阳江海域实测波浪特征分析[J]. 海洋湖沼通报(中英文), 2025, 47(3): 27-36.
    [30] Mo D X, Liu Y H, Hou Y J, et al. Bimodality and growth of the spectra of typhoon-generated waves in northern South China Sea[J]. Acta Oceanologica Sinica, 2019, 38(11): 70-80.
    [31] Cheng K H, Chang C H, Yang Y C, et al. Analysis of wind-wave relationship in Taiwan waters[J]. Journal of Marine Science and Engineering, 2025, 13(6): 1047.
    [32] Gao Y, Schmitt F G, Hu J Y, et al. Probability-based wind-wave relation[J]. Frontiers in Marine Science, 2023, 9: 1085340.
    [33] Pierson W J Jr, Moskowitz L. A proposed spectral form for fully developed wind seas based on the similarity theory of S. A. Kitaigorodskii [J]. Journal of Geophysical Research, 1964, 69(24): 5181-5190.
    [34] GB/Z 44047—2024/IEC TS 61400-3-2: 2019漂浮式海上风力发电机组设计要求[S].
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-12-30
  • 修回日期:  2026-04-27
  • 网络出版日期:  2026-11-12
  • 刊出日期:  2026-10-20

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