南海双向耦合波流高分辨率后报模型的构建与验证

为解决南海海域波浪和水位预测精度不足的问题，研究人员采用SCHISM-WWMIII双向耦合模型，构建了53年（1970-2022）高分辨率波浪后报数据集。通过校正ERA5风场偏差、融合卫星与浮标观测数据，模型显著提升了近岸波浪和水位的预测能力，尤其在台风事件中表现优异。该研究为南海海洋工程设计、灾害防控及能源开发提供了可靠数据支撑。

　　

南海作为西太平洋重要的边缘海，常年受季风和台风影响，波浪动力过程复杂。尽管已有全球或区域波浪后报数据集，但受限于分辨率不足或单向耦合的缺陷，近岸波浪与潮流的非线性相互作用难以准确模拟。尤其对于中国广东沿岸这一人口密集区，现有模型对极端事件的预测能力不足，制约了海岸防护和海洋工程的科学决策。

为解决这一问题，香港特别行政区研究资助局支持的研究团队在《Applied Ocean Research》发表了最新成果。研究采用半隐式跨尺度水科学集成系统模型(SCHISM)与第三代风浪模型(WWMIII)双向耦合框架，构建了覆盖南海大部分海域的53年高分辨率波浪后报。模型创新性地融合了IFREMER卫星风场数据校正ERA5系统偏差，并引入Holland参数化模型改进台风事件模拟。通过15,523个节点的非结构化网格（近岸分辨率达0.008°），首次实现了波浪-潮流全耦合作用下的长期连续模拟。

关键技术包括：1）基于FES2014的8个主要潮汐调和分量边界条件；2）ST4参数化处理深水白冠耗散；3）JONSWAP底摩擦模型；4）采用香港海事处提供的10米分辨率近岸水深数据；5）对32个历史台风事件进行Holland模型参数化重构。

模型验证与性能
通过28年浮标观测和1992-2019年TOPEX/ENVISAT/JASON-2卫星高度计数据验证，显著波高(H_s)的相关系数(CC)达0.88-0.94，均方根误差(RMSE)为0.37-0.39米。近岸潮位站比较显示标准偏差(σ)稳定在0.6米左右，但半日分潮(M₂)存在高估现象，反映二维模型在摩擦耗散模拟的局限性。

极端事件模拟突破
针对2009年"巨爵"和2018年"山竹"等超强台风，Holland模型使波浪站W2的H_s预测相关系数从0.58提升至0.91，峰值波高误差减少50%。水位预测在台风"山竹"期间改进显著，验证了参数化模型对极端值捕捉的优势。

对比区域模型优势
相较以往WAVEWATCH III或TOMAWAC构建的区域后报，本研究通过双向耦合使近岸H_s的Hanna-Heinold指标(HH)降至0.35以下，优于文献报告的0.18-0.23。空间分析显示台湾海峡和吕宋海峡误差较大，可能与大规模洋流未充分耦合有关。

这项研究建立了南海迄今最精细的长期波浪-潮流耦合数据库，其创新性体现在：1）首次在区域尺度实现53年全耦合模拟；2）开发适用于台风带的混合风场校正方案；3）提供香港水域28年连续验证数据。成果不仅为南海波浪能评估和海岸工程设计提供基准数据集，其建立的模型框架还可扩展应用于风暴潮-海啸复合灾害模拟。未来通过引入三维baroclinic效应和更精细的台风风场融合，有望进一步提升对极端事件的预测能力。