近日，澳門科技大學水利部數字孿生流域重點實驗室（簡稱Digital Twin Laboratory，DT Lab）李行偉講座教授研究團隊在海洋工程領域頂刊Applied Ocean Research連續發表兩項科研成果，分別聚焦澳門及珠江口風暴潮與城市水浸的人工智能快速預報，以及氣候變化下的沿海工程極端海平面預測，形成從短期災害預警到長期氣候適應的研究框架。這是澳科大科研團隊首次在該期刊發表學術論文。本研究首次針對珠江口重大颱風，將高分辨率三維水動力模型與人工智能快速預報模型進行同步對照驗證，闡明了模型各自的機理優勢、適用場景與局限性，為澳門風暴潮與城市水浸數字孿生預報平台的建設提供技術支撐。

兩篇論文題為Concurrent 3D modelling and AI-based forecasting of storm surge and urban flooding - a case study of Super Typhoon Ragasa (2518)及A new engineering approach for prediction of design extreme sea levels for climate change adaptation。論文主要作者來自澳科大DT Lab團隊。第二項研究由澳科大與新加坡國立大學及新加坡盛裕集團（Surbana Jurong, SJ Group）海岸工程團隊合作完成，進一步拓展了DT Lab的國際產學研合作。

在全球氣候變化及海平面上升背景下，風暴潮及沿海水浸對高密度濱海城市帶來日益嚴峻的挑戰。澳門及珠江口人口和重大基礎設施高度集中，同時受到颱風、天文潮、風暴潮及海浪等多重因素影響。如何提升極端風暴潮預警能力，準確識別城市水浸的驅動因素，並科學制定面向未來氣候變化的沿海防護標準，已成為澳門防災減災和韌性城市建設的重要課題。

澳科大自主研發的澳門風暴潮與城市水浸的人工智能預報技術。團隊以2025年超強颱風「樺加沙」為研究對象，建立包含潮汐、風暴潮和海浪相互作用的FVCOM-SWAVE三維水動力模型，引入長短期記憶網絡（LSTM）開展風暴潮滾動預測，並與InfoWorks城市水浸模型相結合，模擬從近海風暴潮到澳門內港街道水浸的過程。模型結果通過監測資料和災後實地調查進行驗證。研究顯示，人工智能模型在保持較高預測精度的同時具有顯著的計算效率優勢，可提供最長約12小時的提前預警；三維水動力模型則能更完整地描述潮汐、風暴潮、海浪及其相互作用等物理過程。本研究在澳門重大颱風水浸成因分析中首次全面證明，風暴潮增水是造成澳門內港及周邊街道水浸的主要驅動因素，而同期降雨對本次水浸演變的影響相對次要。上述研究結果有助於進一步明確澳門重大颱風水浸預警和防護的重點，建設兼顧物理可靠性與快速預報能力的數字孿生預警平台。\

圖1. 2025年超強颱風「樺加沙」期間澳門內港街道水浸情景。（圖片來源：澳廣視 TDM）

圖2. (a) 超強颱風樺加沙期間，澳門內港的風暴潮觀測值、LSTM的3小時滾動預報值與FVCOM模擬值對比。(b) 澳門地球物理與氣象局記錄的樺加沙期間澳門半島五個監測站的降雨量與水浸演化過程。(c) 海事及水務局記錄的樺加沙期間內港觀測水位、天文潮位及風暴潮水位。

圖3. 超強颱風樺加沙災後，澳科大水利部數字孿生流域重點實驗室團隊在澳門半島開展實地調查與水浸深度測量

聚焦氣候變化背景下的沿海工程極端海平面設計。傳統方法通常依賴參數化颱風模型重建歷史風場，但最大風速半徑等關鍵參數往往缺乏長期觀測資料。為此，澳科大與新加坡合作團隊提出利用歷史最大總海平面（Total Sea Level, TSL）資料直接校準颱風模型，減少對長期風速和氣壓資料完整性的依賴。團隊分析了1954年至2025年間56個對珠江口有顯著影響的歷史颱風，建立颱風最大風速與Holland模型最大風速半徑之間的關係。校準後的模型能較好再現歷史極端總水位，不同重現期的設計極端海平面亦與現有工程參考值總體吻合，並可及時預報粵港澳大灣區水域颱風引起的水位變化。這一方法可用於人工島、跨海橋樑、海堤等設施的防護標準制定，也可將未來氣候情景下颱風強度變化等效為風暴潮和極端海平面風險變化，為海堤加高、防洪標準更新及沿海基礎設施氣候適應設計提供技術指導。

兩項成果分別面向短期災害預警和長期工程設計。近年在澳門科學技術發展基金多個科研項目支持下，澳科大的跨學科團隊形成了一套「監測—預測—管理」的適應性管理框架。通過現場監測掌握實時狀態，使用數值模型和人工智能預測災害風險，從被動應對災害逐步轉向持續監測、提前預警和動態調整管理措施，提升澳門面對氣候變化的海岸帶韌性。面對氣候變化帶來的沿海風險，國際上正加強大學、科研機構與業界之間的跨學科合作。新加坡於2023年成立海岸防護與洪水韌性研究院（CFI Singapore），推進海岸科學、監測預測、數字化和工程防護等研究。澳科大團隊將在現有研究基礎上，進一步拓展與國際高校、科研機構及工程業界的合作。相關研究獲澳門科學技術發展基金項目（0006/2022/AMJ、0023/2024/RIB1及0126/2025/AFJ）支持。

論文連結：

1. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0141118726002646

2. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0141118726003044