孫 佳，左軍成，黃 琳，蔡曉杰，李青青

(1.河海大學(xué)海岸災(zāi)害及防護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210098;2.河海大學(xué)物理海洋研究所，江蘇 南京 210098)

風(fēng)暴潮是由溫帶氣旋、冷鋒的強(qiáng)風(fēng)作用和氣壓驟變等強(qiáng)烈天氣系統(tǒng)引起的水面異常升降現(xiàn)象，又稱(chēng)風(fēng)暴潮增水或氣象海嘯。根據(jù)風(fēng)暴的性質(zhì)風(fēng)暴潮通?？煞譃橛膳_(tái)風(fēng)引起的臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮和由溫帶氣旋引起的溫帶風(fēng)暴潮兩大類(lèi)。東海沿岸風(fēng)暴潮災(zāi)害主要出現(xiàn)在夏季和秋季，災(zāi)害類(lèi)型以臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮為主［1-3］。

中國(guó)沿海風(fēng)暴潮一年四季均有發(fā)生，其中東南沿海和華南沿海為多發(fā)區(qū)和嚴(yán)重區(qū)，其風(fēng)暴潮發(fā)生的次數(shù)較多，風(fēng)暴潮規(guī)律比較復(fù)雜，增減水位極值較大［4］。風(fēng)暴潮災(zāi)害時(shí)空分布具有相對(duì)集中性，但其發(fā)生的時(shí)間跨度有延長(zhǎng)趨勢(shì)，風(fēng)暴潮強(qiáng)度和時(shí)空分布與災(zāi)害損失有一定的相關(guān)關(guān)系，但不一定成正比關(guān)系［5］。

我國(guó)東南沿海海岸線曲折綿長(zhǎng)，河口港灣眾多，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了有利條件;但東海處于西北太平洋東亞季風(fēng)區(qū)，是中國(guó)沿海受臺(tái)風(fēng)影響最頻繁、災(zāi)害最嚴(yán)重地區(qū)之一。我國(guó)東南沿海風(fēng)暴潮每年造成的經(jīng)濟(jì)損失少則幾億元，多則上百億元［6］。沿海地區(qū)風(fēng)暴潮脆弱性存在較大年際變化，高和很高脆弱性等級(jí)主要分布于東南沿海各省區(qū)［7］。長(zhǎng)江口以南的東海海域每年8—10月為海平面高值期和朔望大潮的年極值期，恰巧也是臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮的頻發(fā)期，臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮與年極值海平面和天文大潮高潮遭遇成災(zāi)的幾率較高，因而該海域各岸段風(fēng)暴潮災(zāi)害主要集中在8—10月［8］。東南沿海風(fēng)暴潮強(qiáng)度較大，易形成特大潮災(zāi)，各港口最大增水出現(xiàn)時(shí)間不一，有的在熱帶氣旋登陸前，有的在熱帶氣旋登陸后，多數(shù)在熱帶氣旋登陸前后0～6 h［9］。

臺(tái)風(fēng)災(zāi)害與天文因素密切相關(guān)。臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮與天文潮高潮疊加會(huì)引起海潮水位異常上漲、海水倒灌、堤岸沖毀、吞沒(méi)島嶼。風(fēng)暴潮增水與天文潮漲落周期具有明顯的相關(guān)性，漲潮時(shí)風(fēng)暴潮增水隨著潮位上漲而增大，落潮時(shí)風(fēng)暴潮增水隨著潮位降低而減小。當(dāng)臺(tái)風(fēng)距離較遠(yuǎn)，臺(tái)風(fēng)因子對(duì)風(fēng)暴潮尚未產(chǎn)生增水影響時(shí)，天文潮不會(huì)對(duì)風(fēng)暴潮造成增水。只有當(dāng)臺(tái)風(fēng)因子引起增水后，天文潮的漲落周期性振幅才會(huì)帶動(dòng)風(fēng)暴潮增水的振幅，可見(jiàn)天文潮對(duì)風(fēng)暴潮增水時(shí)間分布具有明顯的影響作用［10］。葉榮輝等［11］建立了珠江口風(fēng)暴潮數(shù)值模擬系統(tǒng)，能夠?qū)ε_(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮個(gè)例進(jìn)行較好的模擬。研究東海沿岸臺(tái)風(fēng)及風(fēng)暴潮災(zāi)害特征及成因，可以加深對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑和風(fēng)暴潮增強(qiáng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)，有助于減少臺(tái)風(fēng)及風(fēng)暴潮造成的災(zāi)害損失。筆者利用東海沿岸4個(gè)驗(yàn)潮站的風(fēng)場(chǎng)、潮位觀測(cè)資料以及Unisys Weather的312次臺(tái)風(fēng)路徑觀測(cè)資料，對(duì)東海沿岸臺(tái)風(fēng)的路徑、發(fā)生頻率以及風(fēng)暴潮增水的特征進(jìn)行了系統(tǒng)分析。

1 資 料

本文采用的數(shù)據(jù)包括:(a)Unisys Weather1945—2010年影響東海的312次臺(tái)風(fēng)路徑觀測(cè)資料。(b)佘山、蘆潮港、大戢山、灘滸島4個(gè)驗(yàn)潮站臺(tái)風(fēng)期間風(fēng)場(chǎng)及潮位觀測(cè)數(shù)據(jù)(每小時(shí)記錄一個(gè)風(fēng)場(chǎng)及潮位數(shù)據(jù))。觀測(cè)起止時(shí)間和觀測(cè)臺(tái)風(fēng)次數(shù)分別為:佘山，2002—2006年共13次;蘆潮港，1977—2006共36次;大戢山，1978—2006年共67次;灘滸島，1977—2006年共63次。(c)江蘇、上海兩地臺(tái)風(fēng)及風(fēng)暴潮發(fā)生次數(shù)以及造成災(zāi)害損失的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

2 影響東海的臺(tái)風(fēng)特征

2.1 臺(tái)風(fēng)路徑特征

基于312次臺(tái)風(fēng)資料，根據(jù)臺(tái)風(fēng)對(duì)東海產(chǎn)生的影響，將臺(tái)風(fēng)路徑分為6類(lèi)，見(jiàn)表1。影響東南沿海的臺(tái)風(fēng)年均發(fā)生4.8次，其中西北行臺(tái)風(fēng)約占90%，年均發(fā)生4.3次，是影響我國(guó)東南沿海的主要臺(tái)風(fēng)類(lèi)型。登陸臺(tái)風(fēng)年均發(fā)生2次以上，概率大于50%。路徑1，2，4的臺(tái)風(fēng)占臺(tái)風(fēng)總數(shù)的83%，年均總發(fā)生次數(shù)為4次，登陸造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)21億元。

西北太平洋臺(tái)風(fēng)的生成位置一般集中在東經(jīng)110°～170°、北緯5°～15°之間(圖1)，占影響東海臺(tái)風(fēng)總數(shù)的96%。除西北太平洋外，我國(guó)南海也有部分臺(tái)風(fēng)生成(俗稱(chēng)土臺(tái)風(fēng)，路徑5)，這部分臺(tái)風(fēng)所占比例較少，約為4%，生成地一般位于東經(jīng)112°～120°、北緯12°～20°之間。

表1 影響東南沿海的臺(tái)風(fēng)路徑分類(lèi)Table 1 Classification of typhoon paths affecting southeast coast

2.2 臺(tái)風(fēng)的發(fā)生頻數(shù)

上海、江蘇地區(qū)5—11月均有臺(tái)風(fēng)發(fā)生，8月發(fā)生的臺(tái)風(fēng)次數(shù)最多。上海、江蘇地區(qū)8月臺(tái)風(fēng)次數(shù)分別為33次和25次，占總發(fā)生次數(shù)的38%和47%。兩地區(qū)9月臺(tái)風(fēng)發(fā)生的次數(shù)分別為27次和18次，占總發(fā)生次數(shù)的31%和33%。

2.3 臺(tái)風(fēng)期間的風(fēng)場(chǎng)特征

通過(guò)對(duì)大戢山、蘆潮港、佘山、灘滸島4個(gè)驗(yàn)潮站臺(tái)風(fēng)期間風(fēng)速、風(fēng)向觀測(cè)資料進(jìn)行分析可得:大戢山、蘆潮港、灘滸島風(fēng)向以偏東風(fēng)為主，其東風(fēng)頻率分別為77%，68%，60%;佘山則表現(xiàn)出明顯的南北風(fēng)特征。大戢山NNE，NE，ESE方位的風(fēng)最強(qiáng)，頻率均為12%;蘆潮港ESE方位的風(fēng)最強(qiáng)，頻率達(dá)14%;佘山N，NNE方位的風(fēng)最強(qiáng)，頻率達(dá)16%;灘湖島N，ESE方位的風(fēng)最強(qiáng)，頻率達(dá)14%(圖2)。

大戢山、蘆潮港、佘山、灘滸島的風(fēng)速多集中在2.5～15 m/s，發(fā)生概率在50%以上;集中在該范圍的風(fēng)速頻率分別約為54%，92%，90%，85%。蘆潮港和佘山臺(tái)風(fēng)期間的風(fēng)速在2.5～12.5 m/s之間，大戢山和灘滸島則在12.5～20 m/s之間?？梢?jiàn)，臺(tái)風(fēng)期間大戢山、灘滸島驗(yàn)潮站的風(fēng)速比蘆潮港、佘山驗(yàn)潮站的風(fēng)速大。

3 臺(tái)風(fēng)期間風(fēng)暴潮增水特征

東海沿岸風(fēng)暴潮發(fā)生次數(shù)的年際變化很大，

圖1 臺(tái)風(fēng)主要路徑示意圖Fig.1 Schematic map of main paths of typhoon

圖2 大戢山、蘆潮港、佘山、灘滸島風(fēng)向分布特征Fig.2 Characteristics of distribution of wind direction at Dajishan，Luchaogang，Sheshan，and Tanhudao stations

1989—2010年間各年發(fā)生風(fēng)暴潮的次數(shù)分別為3，7，0，1，0，7，1，2，1，2，1，4，3，1，0，0，6，2，3，3，1，6，年均發(fā)生2.4次。風(fēng)暴潮災(zāi)害發(fā)生的次數(shù)以5 a左右為一個(gè)周期，頻繁時(shí)發(fā)生次數(shù)高達(dá)7次/a。

風(fēng)暴潮能否引起大的海洋災(zāi)害，在很大程度上取決于其最大風(fēng)暴潮增水是否與天文大潮期間的高潮相疊，也取決于受災(zāi)地區(qū)的地理位置、岸線形狀、海底地形以及濱海地區(qū)的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)(承災(zāi)體)情況。在河口地區(qū)，洪水、徑流等因素會(huì)影響風(fēng)暴潮的致災(zāi)程度。天文潮、地理地形等因素共同決定了實(shí)際的水位或增水。將由風(fēng)暴本身造成的增水叫單純風(fēng)暴潮增水，由各種因素共同作用造成的增水叫綜合風(fēng)暴潮增水［2］。

本文所歸納的6類(lèi)臺(tái)風(fēng)路徑對(duì)佘山、蘆潮港、大戢山和灘滸島附近海域有較明顯的影響。以1979—2007年大戢山、蘆潮港、佘山和灘滸島4個(gè)站臺(tái)風(fēng)期間的潮位觀測(cè)資料以及1977—2008年的風(fēng)場(chǎng)觀測(cè)資料為基礎(chǔ)，對(duì)臺(tái)風(fēng)過(guò)程中的風(fēng)場(chǎng)與增水進(jìn)行相關(guān)分析，揭示東南沿海臺(tái)風(fēng)期間風(fēng)暴潮的相應(yīng)特征。

3.1 潮位特征

臺(tái)風(fēng)期間，4個(gè)驗(yàn)潮站的平均潮位較穩(wěn)定，沒(méi)有表現(xiàn)出較明顯的升降趨勢(shì)。佘山由于觀測(cè)資料較少、時(shí)間較短，無(wú)法看出最高潮位變化趨勢(shì)。其他3個(gè)驗(yàn)潮站均表現(xiàn)出較明顯的最高潮位增大趨勢(shì)，其中蘆潮港站最為明顯，增長(zhǎng)速率達(dá)5 cm/a。

3.2 增水特征

對(duì)4個(gè)驗(yàn)潮站臺(tái)風(fēng)過(guò)程所記錄的增水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到平均最大增水為76 cm，增水期間平均增水54 cm，整個(gè)臺(tái)風(fēng)過(guò)程平均增水35 cm。佘山的最大增水和平均增水均表現(xiàn)出逐漸下降的趨勢(shì)，但幅度不大。蘆潮港、大戢山、灘滸島的增水均有明顯增加，平均增水速率為3 cm/a。

大戢山增水?dāng)?shù)據(jù)的顯著性分析表明，其平均增水和最大增水存在10～11 a年和5～6 a的顯著周期。其中近11 a的周期與厄爾尼諾現(xiàn)象吻合，5 a的周期與風(fēng)暴潮發(fā)生的周期相關(guān)。最大增水受風(fēng)暴潮影響較大，故最大增水周期中雖存在11 a的周期，但并不處于主導(dǎo)地位，顯著性次于6 a周期(圖3)。

圖3 大戢山增水功率譜分析Fig.3 Power spectra of average and maximum water increase at Dajishan Station

4 臺(tái)風(fēng)和風(fēng)暴潮的影響因子

4.1 氣象因素

臺(tái)風(fēng)災(zāi)害與臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度、尺度、天氣、移速、路徑等有關(guān)［9］。對(duì)臺(tái)風(fēng)造成的經(jīng)濟(jì)損失統(tǒng)計(jì)表明，路徑1，2，4的臺(tái)風(fēng)，對(duì)沿岸造成的災(zāi)害最為顯著，造成的經(jīng)濟(jì)損失分別為3.93億元、12億元和3.3億元。另外，臺(tái)風(fēng)與其他天氣系統(tǒng)的相互作用也直接影響臺(tái)風(fēng)災(zāi)害的大小。

全球氣候變暖，一方面可引起全球海平面上升，另一方面可使西北太平洋的臺(tái)風(fēng)發(fā)生頻率及在中國(guó)登陸的臺(tái)風(fēng)頻率明顯增大［12］。據(jù)分析，全球平均氣溫分別升高0.5℃和1.0℃時(shí)，在中國(guó)登陸的臺(tái)風(fēng)頻率將分別增大63%和119%，同時(shí)，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度也隨之增加。未來(lái)全球氣溫變暖將導(dǎo)致登陸影響中國(guó)的臺(tái)風(fēng)數(shù)量增加，臺(tái)風(fēng)造成的風(fēng)暴潮災(zāi)害也呈加重趨勢(shì)［13］。

東海風(fēng)暴潮發(fā)生次數(shù)的增加與全球變暖有良好的一致性。臺(tái)風(fēng)是導(dǎo)致風(fēng)暴潮災(zāi)害的一個(gè)重要因素，東海沿岸臺(tái)風(fēng)登陸每年2～4次，會(huì)導(dǎo)致較嚴(yán)重的風(fēng)暴潮潮災(zāi)。

4.2 厄爾尼諾現(xiàn)象的影響

Unisys Weather臺(tái)風(fēng)統(tǒng)計(jì)資料顯示，中國(guó)東南沿海受臺(tái)風(fēng)影響年均4.8次，厄爾尼諾年(1952年、1953年、1957年、1958年、1963—1965年、1968年、1970年、1972—1973年、1982—1983年、1986年、1988年、1992年、1997—1998年、2002—2003年)年均3.1次，發(fā)生頻次明顯小于正常年份?？梢?jiàn)，厄爾尼諾年臺(tái)風(fēng)發(fā)生頻數(shù)減小。另外，6種路徑臺(tái)風(fēng)在厄爾尼諾年發(fā)生次數(shù)比正常年份少0.3～0.5次/a。

對(duì)顯著影響江蘇和上海的臺(tái)風(fēng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可得，發(fā)生在兩地的臺(tái)風(fēng)數(shù)量較穩(wěn)定，約為2次/a和4次/a;厄爾尼諾年臺(tái)風(fēng)數(shù)量相對(duì)較少。

由此可見(jiàn)，厄爾尼諾年臺(tái)風(fēng)發(fā)生次數(shù)變少，發(fā)生概率變小。這主要是由于厄爾尼諾年西太平洋暖池中心東移，臺(tái)風(fēng)源地海面溫度降低，未能達(dá)到臺(tái)風(fēng)生成所需要的海面溫度(26～27℃)，故而使得生成的臺(tái)風(fēng)數(shù)減少［13-15］。

4.3 地形地勢(shì)的影響

風(fēng)暴潮災(zāi)害除受大風(fēng)和高潮位的影響外，與當(dāng)?shù)氐牡匦蔚貏?shì)有密切關(guān)系，即不同的地理位置、海岸形狀、沿岸和海底地形，其風(fēng)暴潮災(zāi)害也是不一樣的。江蘇海岸平直，曲折率為0.47，且沿海陸地低平，潮間帶寬緩，這樣的地域條件有利于風(fēng)暴潮災(zāi)害的發(fā)生。

中國(guó)東南沿海海岸線為南北走向，4個(gè)驗(yàn)潮站風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)得到的結(jié)果顯示主要風(fēng)向均為西風(fēng)和南北風(fēng)向，這種風(fēng)向使得水體離岸或者沿岸輸運(yùn)，在一定程度上能夠降低增水的程度;但在臺(tái)風(fēng)期間，又往往是東南風(fēng)，使得近岸增水顯著增加。

5 結(jié) 語(yǔ)

影響東海的臺(tái)風(fēng)中，登陸類(lèi)型臺(tái)風(fēng)造成的損失最為嚴(yán)重，其次為在東海轉(zhuǎn)向的臺(tái)風(fēng)，這2類(lèi)臺(tái)風(fēng)占臺(tái)風(fēng)總數(shù)的96%，造成損失約占總數(shù)的80%。

東海風(fēng)暴潮災(zāi)害具有顯著的朔望變化特征、季節(jié)變化特征以及年際變化特征，主要體現(xiàn)在:(a)天文大潮期間更容易出現(xiàn)風(fēng)暴潮災(zāi)害，此時(shí)造成的經(jīng)濟(jì)損失也較嚴(yán)重;(b)8—9月臺(tái)風(fēng)出現(xiàn)的概率大，由臺(tái)風(fēng)引起的風(fēng)暴潮增水容易引起風(fēng)暴潮潮災(zāi);(c)每隔5 a，東海沿岸風(fēng)暴潮致災(zāi)次數(shù)變多，導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失也可能變大;(d)風(fēng)暴潮期間的平均增水和最大增水具有11 a的顯著周期，與厄爾尼諾周期相關(guān)。東海潮位有逐年增加的趨勢(shì)，潮位增加顯著的區(qū)域可達(dá)5 cm/a。臺(tái)風(fēng)增水有向岸堆積的過(guò)程［16］，東海沿海陸地低平、潮間帶寬緩，這樣的地域條件有利于風(fēng)暴潮災(zāi)害的發(fā)生。沿海海岸線為南北走向，臺(tái)風(fēng)期間東風(fēng)和南北風(fēng)使得水體向岸或者沿岸輸運(yùn)，在一定程度上增加了增水的程度。

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