飓风Irma沿岸洪涝的数值重构：非典型风暴潮机制与跨陆架共振效应研究

本研究针对飓风Irma引发的美国1500公里海岸线异常洪涝现象，采用ADCIRC+SWAN耦合模型，结合再分析和参数化气象强迫数据，揭示了跨陆架共振效应与风场精准度对水位响应的关键影响，为风暴潮机制研究提供了新视角，同时指出USGS潮汐传感器数据的潜在误差风险。

　　

飓风Irma在2017年以非典型路径沿佛罗里达半岛北上，创造了美国东南海岸线近2000公里的复杂洪涝记录。这场风暴不仅打破了多个测站的高低水位极值，更因独特的离岸风转沿岸风机制，引发了罕见的跨陆架共振现象——例如那不勒斯测站记录到2.9米的极端水位差，而雪松礁测站的非潮汐残余水位甚至低至-2.74米平均海平面。这种反常现象暴露出传统风暴潮预测模型的局限性：单纯依赖最大风速指标无法解释Irma在远离中心的南卡罗来纳州查尔斯顿引发的持续三日水位上涨。

美国海岸研究计划资助的研究团队通过ADCIRC+SWAN（浅水方程与第三代波浪谱模型耦合系统）开展数值重构，创新性地对比了再分析数据与参数化风场（基于NHC最佳路径数据）的模拟效果。研究发现，西佛罗里达海岸的水位响应精度高度依赖风速风向的准确性，而南佛罗里达陆架区的强离岸风初始下沉（setdown）会形成压力梯度，与风暴后侧向岸风驱动的增水（setup）产生共振，这种跨陆架反馈机制首次被系统揭示。模型验证过程中还发现，广泛使用的USGS临时潮汐传感器存在多源误差叠加问题，其处理后的水位数据可能存在用户难以察觉的系统偏差。

关键技术方法包括：1）采用15天潮汐预热和7天风暴模拟的ADCIRC+SWAN耦合模型；2）整合NOAA永久测站与97个USGS临时传感器的观测网络；3）对比分析再分析数据与参数化风场的强迫差异。

观测数据
研究整合了167个传感器数据，包括NOAA永久测站和USGS临时阵列，覆盖佛罗里达大弯至南卡罗来纳州海岸线。数据揭示Irma在远离中心的查尔斯顿引发持续72小时水位上涨，凸显Ekman输运（长向风驱动的水体堆积）的重要性。

模型配置
ADCIRC+SWAN模型采用未校准参数，通过辐射应力耦合实现波浪-环流相互作用。高分辨率网格捕捉到南佛罗里达陆架区的共振现象：初始离岸风导致2.74米水位下沉，随后向岸风在6小时内将水位推高至历史峰值，这种快速转换揭示了跨陆架压力梯度的放大效应。

结论与意义
该研究不仅验证了耦合模型对复杂风暴路径的适用性，更首次阐明跨陆架共振在极端水位波动中的作用机制。作者建议USGS数据用户需警惕传感器误差累积效应，而气象预报应关注风暴尺度演变对沿海洪涝的非线性影响。成果发表于《Ocean Modelling》，为海岸带灾害预警提供了新的理论框架。