每年北半球的夏季，我国东部和南部海域频遭西北太平洋热带气旋的侵扰。其中，达到台风强度的热带气旋在我国东南沿海引发了破坏性的风暴潮和海岸淹没，造成了重大的经济损失和严重的人员伤亡。此外，规模不断扩大的围垦工程改变了我国沿海地区的海陆分布状况，影响了近岸区域的水动力过程，从而海洋动力灾害一旦发生，后果会十分严重。因此，科学的研究台风风暴潮危险性和海岸淹没危险性是十分必要的，这不仅可以为我国沿海地区的风暴潮提供准确的预报技术，还可以为海岸淹没危险性提供有效的评价方法。本文选择了我国的东南沿海地区作为重点研究区域，主要关注了浙江省沿海区域和珠江口（PRE）区域，这两个区域都是台风风暴潮灾害和海岸淹没的多发地带。针对这两个重点区域，本文主要研究内容和结论如下：

首先，本文针对浙江沿海区域建立了一个由同化台风模型和ADCIRC + SWAN（Advanced Circulation Model + Simulating Waves Nearshore）耦合模式组成的台风风暴潮模拟系统。同化台风模型将来自再分析数据CFSR（Climate Forecast System Reanalysis）和CFSV2（Climate Forecast System Version 2）以及Holland台风模型的台风风速、气压进行了有效的叠加。台风风暴潮模拟系统具有高分辨率的特征，它可覆盖沿岸区域复杂多变的水深和地形。本文通过模拟历史台风“Trami”（2013）和台风“Fitow”（2013）在浙江沿海引起的风暴潮验证了系统的可靠性和准确性。在此基础上，本文基于数值模拟结果讨论了计算域的尺度对台风风暴潮模拟的影响。结果表明，在近海区域网格分辨较高的前提下，计算域网格的大小对浙江台风风暴潮的模拟结果影响不显著。为了提高模式模拟的效率，本文选用仅包含我国东海海域的计算网格来完成浙江台风风暴潮的模拟实验。本文通过对比同化台风模型和非对称Holland模型的台风风暴潮模拟结果，得知同化台风模型模拟的浙江省台风风暴潮更为准确。本文根据已知历史台风“Sinlaku”（2002）、“Morakot”（2009）、“Haikui”（2012）的路径设计了23条新的台风路径，讨论了这些路径对浙江省温州市台风风暴潮的危险性。此外，本文还分类讨论了我国东部沿海的55条历史台风路径对浙江省台风风暴潮的影响。

然后，本文针对珠江口区域研发了一个基于ADCIRC + SWAN耦合模式的海岸淹没模拟系统。该系统采用的非结构三角网格不仅可以同时覆盖沿海地区的陆地和海洋，还可在计算时自动识别网格的干湿特性。本文通过模拟台风“Hope”（1979）、“Nida”（2016）和“Hato”（2017）在珠江口区域引发的台风风暴潮和海岸淹没灾害验证了该系统的有效性、准确性。此外，本文通过多组数值实验的结果，讨论了气象强迫场、台风路径、台风中心移动速度和台风强度对珠江口风暴潮、海岸淹没的影响。结果表明，风场强迫对风暴潮和海岸淹没的贡献率大于气压强迫，且两种强迫之间的非线性相互作用有减弱灾害强度的迹象。台风路径与珠江口海岸的相对位置显著影响了风暴潮与海岸淹没的灾害程度。台风“Hato”的路径最易引发珠江口的风暴潮和海岸淹没。珠江口海岸淹没对台风中心移动速度的敏感性要高于风暴潮。台风强度对风暴潮和海岸淹没的影响是类似的。

近年来，我国的围垦工程对珠江口的海岸线形状、陆地地形和近岸水深有着显著的影响。本文使用1973年、1990年和2018年的海岸线构造了3套计算网格，并用这3套网格模拟台风“Nida”（2016）期间珠江口区域的波高、风暴潮增水和海岸淹没的状况。模拟结果显示围垦工程降低了珠江口区域的有效波高，但并不显著。因此，珠江口有效波高的降低对降低风暴潮和海岸淹没的作用不大。珠江口围垦程度高的地区，近岸海水流速加快，风暴潮增水和海岸淹没加剧。基于珠江口海岸淹没系统模拟了1998年至2018年期间的43次海岸淹没事件，得到了20年的珠江口极端海岸淹没。在此基础上，本文采用Gumbel分布和Weibull-III型分布拟合了整个计算区域的海岸淹没极值，得到珠江口区域10年、50年、100年和200年一遇的海岸淹没。结果表明，在围垦程度较高的区域，海岸淹没的深度更深、面积更大。在此基础上，本文以1 m为淹没深度阈值，划分了珠江口海岸淹没的风险等级。依据淹没深度大于1 m的概率将海岸淹没危险性分为五级，绘制了海岸淹没危险等级区划图。结果表明，广州市南沙区、珠海市金湾区和内伶仃湾沿岸的海岸淹没危险等级普遍较高。

综上所述，本文通过分析浙江沿海台风风暴潮危险性、讨论台风特征及海岸线变迁对珠江口台风风暴潮和海岸淹没的影响，为我国东南沿海的海洋动力灾害的防灾减灾工作提供了理论依据和技术指导，而且对我国东南沿海台风风暴潮和海岸淹没的数值预报业务化和危险性评价方法的发展都具有重要的意义。

第1章 绪论………………………………………………1
1.1 研究背景与意义……………………………………1
1.1.1 风暴潮简介………………………………………1
1.1.2 海岸淹没简介……………………………………3
1.1.3 海岸线变迁概况…………………………………4
1.2 国内外研究现状……………………………………5
1.2.1 风暴潮数值模拟的研究进展……………………5
1.2.2 海岸淹没数值模拟的研究进展…………………6
1.2.3 风暴潮和海岸淹没危险性的研究进展…………7
1.3 本文主要研究内容…………………………………8
第2章 浙江台风风暴潮数值模拟及危险性的研究 …10
2.1 引言 ………………………………………………10
2.2 台风模型 …………………………………………11
2.2.1 Holland台风模型介绍 …………………………11
2.2.2 同化台风模型的建立 …………………………12
2.3 风暴潮模式 ………………………………………15
2.3.1 ADCIRC + SWAN模式介绍………………………15
2.3.2 模式设置 ………………………………………18
2.4 模式验证 …………………………………………23
2.4.1 天文潮验证 ……………………………………23
2.4.2 风暴潮验证 ……………………………………25
2.4.3 波高验证 ………………………………………26
2.5 数值实验与结果 …………………………………28
2.5.1 计算域尺度对模拟结果的影响 ………………28
2.5.2 台风模型对模拟结果的影响 …………………30
2.5.3 台风路径设计方案与试验 ……………………31
2.5.4 多个历史台风对浙江风暴潮的影响 …………39
2.6 本章小结 …………………………………………41
第3章 台风对珠江口风暴潮与海岸淹没的影响与研究 43
3.1 引言 ………………………………………………43
3.2 海岸淹没系统的建立 ……………………………45
3.2.1 模式介绍 ………………………………………45
3.2.2 数据介绍 ………………………………………49
3.2.3 实验设计 ………………………………………53
3.3 模拟系统的验证 …………………………………55
3.3.1 风暴潮、波高和总水位验证 …………………55
3.3.2 海岸淹没验证 …………………………………59
3.4 风暴潮与海岸淹没影响因子的敏感性实验 ……60
3.4.1 强迫场对风暴潮和海岸淹没的影响 …………60
3.4.2 台风路径对风暴潮和海岸淹没的影响 ………64
3.4.3 台风中心移动速度对风暴潮和海岸淹没的影响 65
3.4.4 台风等级对风暴潮和海岸淹没的影响 ………68
3.5 本章小结 …………………………………………70
第4章 珠江口围垦工程对海岸淹没危险性的影响与研究 …………………72
4.1 引言 ………………………………………………72
4.2 数据与方法 ………………………………………75
4.2.1 数值模拟方法介绍 ……………………………75
4.2.2 危险性评价方法介绍 …………………………79
4.2.3 数据介绍 ………………………………………80
4.3 围垦工程对珠江口近岸水动力过程的影响 ……80
4.3.1 围垦工程对有效波高的影响 …………………80
4.3.2 围垦工程对海水流速的影响 …………………81
4.3.3 围垦工程对风暴潮的影响 ……………………82
4.3.4 围垦工程对海岸淹没的影响 …………………85
4.4 珠江口海岸淹没危险性评价 ……………………87
4.4.1 珠江口海岸淹没的极值计算 …………………87
4.4.2 珠江口海岸淹没的危险性区划 ………………90
4.5 本章小结 …………………………………………91
第5章 结论与未来工作展望 …………………………93
5.1 结论 ………………………………………………93
5.2 未来工作展望 ……………………………………94
参考文献 ………………………………………………95
致谢  …………………………………………………107
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果……………………109