基于ADCIRC-SWAN耦合模型的海南岛台风灾害多要素联合风险评估研究

针对全球变暖背景下台风灾害风险加剧的问题，研究人员通过构建65场历史台风风场，利用ADCIRC-SWAN耦合模型模拟风暴潮(S)和有效波高(SWH)，结合Gumbel-Hougaard Copula函数开展台风风速(V)、SWH和S的三维联合概率分析。研究发现100年重现期下三要素"OR"联合重现期缩短至48.79年，揭示了单一风险评估会显著低估复合灾害发生概率，为海南岛防灾规划提供了重要理论依据。

　　

随着全球变暖导致海平面上升和台风强度增加，沿海地区台风灾害风险日益严峻。海南岛作为中国最南端的省份，毗邻西北太平洋台风高发区，常年面临强风、巨浪和风暴潮的多重威胁。2024年超强台风"山猫"以62 m/s的破纪录强度登陆海南，造成120万人受灾和800亿元直接经济损失。然而，现有研究多聚焦于单一灾害因子评估，且海南地区同步观测数据极度匮乏，难以准确量化台风多要素的联合作用机制。

针对这一科学难题，中国科学院南海海洋研究所的研究团队创新性地构建了1990-2021年间影响海南的65场历史台风风场，采用Jelesnianski模型与ECMWF再分析数据融合技术，驱动高分辨率ADCIRC(Advanced Circulation)-SWAN(Simulating Waves Nearshore)耦合模型，首次系统模拟了海南周边海域台风引发的波浪和风暴潮过程。研究通过Gumbel极值分析和Gumbel-Hougaard Copula函数，定量评估了20/50/100年重现期下多灾害要素的联合风险特征，相关成果发表在《Journal of Sea Research》。

关键技术方法包括：(1)基于CMA最佳路径数据集构建台风风场；(2)采用非结构化网格的ADCIRC-SWAN耦合模型，近岸分辨率达50米；(3)Gumbel函数计算单要素极值；(4)Kolmogorov检验和AIC准则优选联合概率模型；(5)"OR"/"AND"/条件重现期等多维度风险评估。验证显示模型风速、SWH和S的模拟误差均<10%，RMSE分别为2.12 m/s、0.47 m和4.94 cm。

研究结果部分：
3.1 模型验证
通过"狮子山"(2021)和"圆规"(2021)台风期间的浮标数据验证，风速和SWH的相关系数分别达0.95和0.93；以2011年"尼格"台风为例，Sanya站风暴潮模拟的RMSE为4.94 cm，验证了模型可靠性。

3.2 单要素风险分析
Gumbel分布拟合显示V/SWH/S的MRE分别为3.12%/4.25%/5.32%。100年重现期下，海南东部海域可能出现>40 m/s风速、>15 m波高和>2 m风暴潮，东北部沿岸风暴潮风险尤为突出。

3.3 双要素联合风险
通过对比Gumbel Logistic、Gumbel-Hougaard和Clayton Copula三种函数，选定AIC值最低(-404.359)的Gumbel-Hougaard Copula进行分析。发现当Sanya站V=36 m/s、S=60 cm时，"OR"重现期为100年，而"AND"重现期达165年，显示同步发生的低概率特性。

3.4 三要素联合风险
三维联合概率分析表明，100年单要素重现期对应的三要素"OR"重现期缩短至48.79年，较单要素评估风险概率提高51.21%。空间差异显示：博鳌站200年重现期风暴潮增幅达62.98 cm，而东方站波高可达5.1 m，提示区域防御需差异化应对。

该研究首次系统量化了海南岛台风多灾种耦合效应，创新点体现在：(1)构建高精度台风-浪-潮耦合模型弥补观测空白；(2)揭示三要素联合重现期较单要素显著缩短的机制；(3)建立适用于复杂地形的多维风险评估框架。成果为《海南省风暴潮灾害应急预案》修订提供了科学依据，提出的"48.79年"联合重现期指标已被纳入当地海堤设计标准。未来研究将结合海平面上升情景，进一步评估越浪致灾概率，为气候变化背景下的海岸带韧性建设提供支撑。