一、风暴潮研究的方法

风暴潮研究的方法主要有理论方法、经验统计预报方法、数值模拟方法。

理论方法主要从风暴潮的机理研究出发，对简化模式和特殊的海域进行理论分析，从而得出解析解，来探讨风暴潮的机制。但是，由于风暴潮在浅水地区的非线性效应非常显著，因此对于浅海和超浅海应用解析方法比较困难。

经验统计预报方法基于历史资料的统计分析，用回归分析和统计相关来建立指标站的风和气压与特定港口风暴潮位之间的经验预报方程，是数理统计等数学方法在风暴潮预报中的应用。优点是简单、便利、易于学习和掌握，且对于某些单站预报能有较高精度。但它必须依赖于这个特定港口的充分长时间的验潮资料和有关气象站的风和气压的历史资料，以便回归出一个在统计学意义上的稳定的预报方程。这样，对于那些没有足够长时间资料的沿海地域，得出的经验预报方程可能不稳定。此外，巨大的、危险性的风暴潮相对来说，总是稀少的。因而，用历史上风暴潮的资料作样本，回归出的预报方程，一般情况下预报中型风暴潮精度较高，而对于大型风暴潮的预报，极值通常比实际产生的风暴潮极值要偏低。另外，经验方法制订的预报公式或相关图表只能用于这个特定港口，不能用于其它港口。这些缺欠在风暴潮数值预报中都能得以避免。

风暴潮数值模拟方法是指“数值天气预报”和“风暴潮数值计算”二者的结合，是基于风暴潮控制方程、计算方法和计算机应用而发展起来的一种新型研究方法。数值天气预报给出风暴潮数值计算时所需要的海上风场和气压场，即所谓大气强迫力的预报。风暴潮数值计算是在给定的海上风场和气压场强迫力的作用下，在适定的边界条件和初始条件下去数值求解风暴潮的基本方程组，从而给出风暴潮位和风暴潮流的时空分布，其中包括特别具有实际预报意义的岸边风暴潮位的分布和随时间变化的风暴潮位过程曲线。采用数值计算的方法对风暴潮进行预报，其关键是能够给出较为精确的大气强迫场和求解风暴潮动力数学模型。数值计算主要以二维模式为主，20世纪90年代后三维模式也逐渐发展起来。相对于其他方法，数值模拟的优势主要在于实验费用少、速度快，可以模拟大范围的海域、精度很高、便于修改和重复使用。但对于物理机制不甚明了或比较复杂的物理现象，其数学模型的建立很难做到十分准确。另外，由于微分方程组的离散计算，可能会带来某些伪物理效应，造成误差。计算机硬件的发展也是数值计算的限制条件之一。不可否认，这种更科学更客观的理论预报方法是风暴潮预报未来主要发展方向。

二、风暴潮估值

在大陆架、封闭或半封闭的浅海、港湾乃至河口，对风暴潮的发展和成长是极为有利的。浅水风暴潮的一个重要特征是风应力与气压变化相比较，是风暴潮的主要强迫力。只要风暴潮幅度与海深相比没有达到同量阶，则线性模型可以作零阶近似，非线性效应只是-个附加的一阶效应。如果风暴的范围不小于风暴潮发生的海域的水平尺度的话，则可以给风暴潮幅度一个良好的近似估值公式：

(10.1)

式中，代表风暴潮的幅度；为海面上风应力；L为海域水平尺度；h为水深；为海水密度；g为重力加速度：k为经验常数。

风应力可以采用下述公式计算：

(10.2)

式中，为空气密度，W为海面上的风速，c为经验常数可取值为2.6×10^-8。由风暴潮公式可以看出，风暴潮的幅度反比于海深h，这就解释了为什么在浅海中风暴潮发展得特别激烈。

当风暴潮幅度与海深h相比为同量阶时，非线性效应就非常显著，即与h相比不能忽略。上述估值公式必须修正，即应以+h来代替公式中分母上的h。这个浅水风潮估值公式的物理解释，即海面风应力气对水体(hL)所作的功，除了一部分消耗于海底湍流摩擦效应以外，其余全部转化为该水体势能的增加，经验系数k包含了这种分配的比例。

风暴潮问题中降雨因素也要考虑。如果雨量足够大，并且在风暴潮之前足够长的时间就已开始降雨，那么当风暴移行比较缓慢时，由于降雨发生的涨潮对总水位可能产生重要影响。与此相关联的是江河入海口的地方受到上游泻下的洪峰的影响，这个因素有时也要考虑。

总之，引起和影响风暴潮的因素相当复杂。在最具有实际意义的沿岸浅水域中，风应力和低压所引起的共振是导致风暴潮的主要因素，主导了风暴潮的产生和发展，控制了风暴潮的主要轮廓，确定了风暴潮的量阶。风暴潮的研究已经得到了许多国家的重视，数值模拟方法也有很多，例如采用HAMSOM模式进行海洋动力模拟、WRF模式模拟大气强迫场。