陳勝 劉文勝 傅軒誠 韓小燕

摘要：為完善海洋觀測體系，提高海洋觀測數(shù)據(jù)在海洋預(yù)報(bào)和海洋防災(zāi)減災(zāi)中的適用性，文章以海洋經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)和遭受海洋災(zāi)害較多的溫州市和臺(tái)州市為例，選取潮位、波浪和水溫3個(gè)重要海洋觀測要素，分析海洋觀測數(shù)據(jù)在海洋預(yù)報(bào)和海洋防災(zāi)減災(zāi)中的適用，并提出對策建議。研究結(jié)果表明：由于觀測時(shí)間較短、地理位置特殊和數(shù)據(jù)代表性不足，海洋觀測站的潮位數(shù)據(jù)未能在臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮的預(yù)報(bào)和防災(zāi)減災(zāi)中有效發(fā)揮作用;由于波浪觀測儀器布設(shè)位置的地形阻擋和觀測站少，波浪數(shù)據(jù)的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性和實(shí)際應(yīng)用不足;個(gè)別觀測站的水溫?cái)?shù)據(jù)不適用于大面海洋環(huán)境和赤潮的預(yù)報(bào)，且缺少對低溫災(zāi)害的觀測。針對海洋觀測數(shù)據(jù)的實(shí)際應(yīng)用與相關(guān)業(yè)務(wù)脫節(jié)的問題，未來應(yīng)提高觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量、緊密結(jié)合當(dāng)?shù)睾Ｑ箢A(yù)報(bào)和海洋防災(zāi)減災(zāi)工作需求、開展重點(diǎn)目標(biāo)保障預(yù)報(bào)工作以及加強(qiáng)海洋觀測宣傳教育。

關(guān)鍵詞：海洋觀測站;觀測數(shù)據(jù);海洋預(yù)報(bào);防災(zāi)減災(zāi);數(shù)據(jù)應(yīng)用

中圖分類號：P717;X43文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1005-9857（2019）02-0024-05

The Application of Ocean Observation Data in Marine Forecasting and Marine Disaster Prevention and Mitigation：Take Wenzhou and Taizhou as Examples

CHEN Sheng1，LIU Wensheng1，F(xiàn)U Xuancheng2，HAN Xiaoyan1

（1Wenzhou Marine Environmental Monitoring Center，Wenzhou 325013，China;

2The First Surveying & Mapping Institute of Zhejiang Province，Hangzhou 310012，China）

Abstract：The paper took Wenzhou and Taizhou as examples，selected tidal level，wave and surface water temperature as important ocean observation elements，analyzed the application of ocean observation data in marine forecasting and marine disaster prevention and mitigation.The results showed that tidal data failed to play an effective role in typhoon storm surge prediction，disaster prevention and mitigation due to short observation time，special geographical location and insufficient representation of data，wave data need to be strengthened in forecast accuracy and practical application，because of the observation instruments laying location and few sites，surface water temperature data from individual observing station were not suitable for predicting of largescale marine environment and red tide.To solve the above problem，this paper provided some suggestions： the quality of observation data should be improved，the forecast of key guarantee objectives should be developed and the popular science propaganda of ocean observation should be strengthened.

Key words：Ocean observation station，Observation data，Marine forecasting，Disaster prevention and mitigation，Data application

0引言

我國已初步建成由海洋觀測站、海洋調(diào)查船（志愿觀測船）、海洋浮標(biāo)、雷達(dá)觀測站、飛機(jī)（無人機(jī)）和遙感衛(wèi)星等組成的海洋立體觀測網(wǎng)絡(luò)[1]，獲取了大量海洋水文和氣象觀測數(shù)據(jù)，為海洋防災(zāi)減災(zāi)、海洋環(huán)境保護(hù)、海洋科學(xué)研究和應(yīng)對全球氣候變化等做出巨大貢獻(xiàn)[2]。

溫州市和臺(tái)州市地處浙江省中南部沿海，東瀕西北太平洋，遭受的海洋災(zāi)害包括臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮、災(zāi)害性海浪和赤潮等，此外冬季海表水溫降低也對海水養(yǎng)殖業(yè)造成損失。目前溫州市和臺(tái)州市已形成較為系統(tǒng)和完善的海洋觀測體系，隨著海洋經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，當(dāng)?shù)卣粩嗵嵘龑Ｑ蠓罏?zāi)減災(zāi)的關(guān)注度，對海洋預(yù)報(bào)的多樣性、準(zhǔn)確性和精細(xì)化程度提出更高的要求，海洋觀測數(shù)據(jù)被逐步應(yīng)用到海洋預(yù)報(bào)和海洋防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域。但目前海洋觀測數(shù)據(jù)的實(shí)際應(yīng)用與相關(guān)業(yè)務(wù)存在脫節(jié)的現(xiàn)象，不能完全滿足海洋預(yù)報(bào)和海洋防災(zāi)減災(zāi)工作的需求。

本研究根據(jù)溫州市和臺(tái)州市沿海地區(qū)海洋觀測基層工作實(shí)際，選取潮位、波浪和水溫3個(gè)與海洋預(yù)報(bào)和海洋防災(zāi)減災(zāi)密切相關(guān)的觀測要素，分析海洋觀測數(shù)據(jù)在海洋預(yù)報(bào)和海洋防災(zāi)減災(zāi)中的適用，并提出對策建議。

1主要海洋觀測數(shù)據(jù)的適用

本研究對布設(shè)在溫州市和臺(tái)州市沿岸的6個(gè)水文觀測站、28個(gè)海洋觀測站和1個(gè)海上綜合觀測平臺(tái)進(jìn)行觀測數(shù)據(jù)適用分析，具體站位分布如圖1所示。

11潮位數(shù)據(jù)

溫州市和臺(tái)州市沿海地區(qū)受臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮侵襲嚴(yán)重，1971—2013年平均每年約有45個(gè)熱帶氣旋影響沿海地區(qū)的潮位。當(dāng)?shù)卣趯ε_(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮開展預(yù)報(bào)和防災(zāi)減災(zāi)的過程中，主要依靠水文觀測站的潮位數(shù)據(jù)，而許多海洋觀測站未能有效發(fā)揮作用，主要有3個(gè)原因。

111觀測時(shí)間較短

溫州市和臺(tái)州市水文觀測站潮位數(shù)據(jù)的時(shí)間序列超過60年，且很早就被應(yīng)用于海洋防災(zāi)減災(zāi)工作，當(dāng)?shù)卣畬ζ浣邮芏群驼J(rèn)可度較高。隨著海洋事業(yè)的發(fā)展，海洋觀測站逐步覆蓋溫州市和臺(tái)州市沿海地區(qū)，但除坎門站建站至今已超過80年外，其余站的觀測時(shí)間最長僅為11年，很難在短期內(nèi)被當(dāng)?shù)卣畱?yīng)用于臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮的預(yù)報(bào)和防災(zāi)減災(zāi)工作。

112地理位置特殊

基于國防安全的需求和技術(shù)手段的限制，很多海洋觀測站建于半島或海島，有的甚至建于孤島，交通和通信十分不便[2]。由于海島與大陸之間的水準(zhǔn)測量精度較低，且海島的測量條件不如陸地，難以滿足前后視距相同和視線離地高度等要求，導(dǎo)致測量誤差加大。由于目前海洋防災(zāi)減災(zāi)統(tǒng)一采用1985國家高程基準(zhǔn)，海島觀測的潮位數(shù)據(jù)存在換算困難和精度較低等問題，現(xiàn)階段尚未在海洋預(yù)報(bào)和海洋防災(zāi)減災(zāi)的實(shí)際工作中應(yīng)用。

113數(shù)據(jù)代表性不足

受地形條件限制，有些海洋觀測站潮位數(shù)據(jù)的代表性有所減弱，無法滿足當(dāng)?shù)卣Ｑ箢A(yù)報(bào)和海洋防災(zāi)減災(zāi)的工作需求。如，坎門站歷史悠久，其東南向臨海，驗(yàn)潮井的西南向有1個(gè)直徑約60 cm的進(jìn)水孔，驗(yàn)潮井所在點(diǎn)沒有大江大河注入，潮汐不受降水和徑流影響[3];根據(jù)對坎門站增水極值大于50 cm和臺(tái)風(fēng)登陸強(qiáng)度超過980 hPa的22個(gè)風(fēng)暴潮過程的分析，增水極值出現(xiàn)的時(shí)間與天文高潮相重合的占73%，尤其以南登型和近岸轉(zhuǎn)向型最為突出，其增水極值均出現(xiàn)在天文高潮時(shí)[3]，出現(xiàn)這一特殊增水規(guī)律估計(jì)與驗(yàn)潮井的位置類似“瓶頸”有關(guān)，導(dǎo)致消波作用較差[4]，對高潮位的非線性增水有一定影響[3]。因此，海洋觀測站的地形可能導(dǎo)致相鄰岸段或觀測站未達(dá)警戒潮位，而該站已出現(xiàn)超警戒潮位的情況，增加了海洋預(yù)報(bào)和海洋防災(zāi)減災(zāi)的難度。

12波浪數(shù)據(jù)

溫州市和臺(tái)州市沿海地區(qū)遭受的次要海洋災(zāi)害即災(zāi)害性海浪。引發(fā)災(zāi)害性海浪的天氣過程包括熱帶氣旋、冷空氣和出海氣旋等。一般情況下，沿海地區(qū)出現(xiàn)25 m以上波浪就容易引發(fā)災(zāi)害，對海洋漁業(yè)和海上交通等造成嚴(yán)重影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1990—2014年溫州市南麂海域25 m以上災(zāi)害性海浪共發(fā)生198 d，平均每年發(fā)生79 d;每月均有發(fā)生，且集中于7-10月。

目前溫州市和臺(tái)州市開展業(yè)務(wù)化波浪觀測的海洋觀測站主要包括大陳站、洞頭站和南麂站。大陳站和南麂站觀測時(shí)間較長，經(jīng)歷人工觀測和波浪浮標(biāo)觀測;洞頭站觀測時(shí)間較短（自2003年開始），采用波浪浮標(biāo)觀測;頭門站、石塘站、石砰站和漁寮站于近年建成，采用X波段雷達(dá)觀測，但尚未實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)化應(yīng)用。一直以來，大陳站、洞頭站和南麂站觀測的波浪數(shù)據(jù)不僅發(fā)揮積極有效的海浪預(yù)報(bào)參考和后評估作用，而且其多年統(tǒng)計(jì)值為海洋基本建設(shè)項(xiàng)目的立項(xiàng)和生產(chǎn)等提供科學(xué)可靠的防災(zāi)減災(zāi)依據(jù)[5]，然而在實(shí)際業(yè)務(wù)化預(yù)報(bào)中仍然存在不足。

從發(fā)生頻率來看，受觀測儀器布設(shè)位置的影響，大陳站波浪集中在ENE—SE向，洞頭站波浪集中在N—E向，南麂站波浪集中在E—ESE向。具體原因?yàn)椋捍箨愓静ɡ烁?biāo)布設(shè)在下大陳島東側(cè)海域，SW—N向波浪受地形阻擋;南麂站波浪浮標(biāo)布設(shè)在南麂列島東南側(cè)海域，W—N向波浪同樣受地形阻擋;洞頭站波浪浮標(biāo)布設(shè)在狀元島東側(cè)海域，S—NW向波浪不同程度地受地形阻擋。因此，波浪浮標(biāo)在實(shí)際觀測中對上述方向受阻波浪的敏感度較差，較難捕捉波浪的起伏過程，災(zāi)害性海浪預(yù)報(bào)和后評估的準(zhǔn)確性也受到一定的限制。

此外，由于波浪觀測站少，沿海地區(qū)的海浪預(yù)報(bào)一直以海島觀測站的波浪數(shù)據(jù)為參考，并結(jié)合數(shù)學(xué)模型計(jì)算得出，在預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性和實(shí)際應(yīng)用方面存在不足。

13水溫?cái)?shù)據(jù)

溫州市和臺(tái)州市沿海地區(qū)還經(jīng)常遭受赤潮侵襲，每年5—6月赤潮都會(huì)集中暴發(fā)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2004—2014年溫州市赤潮多發(fā)區(qū)共發(fā)生赤潮51次，平均每年發(fā)生46次。研究表明，海表水溫是赤潮生消的原因之一[6]，研究其變化規(guī)律對赤潮的預(yù)報(bào)和防災(zāi)減災(zāi)具有現(xiàn)實(shí)意義。

海表水溫是物理海洋要素，是少數(shù)進(jìn)入國際氣象官網(wǎng)定時(shí)觀測內(nèi)容的海洋要素之一，目前溫州市和臺(tái)州市沿海地區(qū)的海洋觀測站均開展對海表水溫的觀測。韓小燕等[7]初步統(tǒng)計(jì)和分析浙南沿海地區(qū)長時(shí)間序列的海表水溫，發(fā)現(xiàn)受觀測位置的地理環(huán)境、海水熱容量和流系等因素的影響，海表水溫的變化規(guī)律不盡相同，因此觀測數(shù)據(jù)的應(yīng)用范圍也較多樣。

個(gè)別觀測站（如沙港頭站）位于電廠溫排水口附近，海表水溫受溫排水影響較大，1 d之內(nèi)的溫差有時(shí)在40℃～50℃，且明顯比周圍觀測站要高。這些海表水溫?cái)?shù)據(jù)可被很好地應(yīng)用于溫排水的研究，但不適用于大面海洋環(huán)境和赤潮的預(yù)報(bào)。

此外，個(gè)別觀測站受巖石和水熱學(xué)性質(zhì)差異以及自身布設(shè)情況的影響，觀測的海表水溫?cái)?shù)據(jù)與其他觀測站在變化規(guī)律上有所不同。如，作為海島觀測站的坎門站，1960—2009年共有807%的月平均水溫呈現(xiàn)20時(shí)與14時(shí)持平或略高的特征，二者的差值基本在-03℃～05℃，其觀測數(shù)據(jù)同樣不適宜作為大面海洋環(huán)境和赤潮預(yù)報(bào)的參考。

除赤潮災(zāi)害外，低溫災(zāi)害也是與海表水溫有密切關(guān)系的海洋災(zāi)害，其對海水養(yǎng)殖業(yè)同樣可造成不同程度的損失。但由于低溫災(zāi)害具有偶發(fā)性，同時(shí)對于海表水溫變化與養(yǎng)殖魚類生命周期的關(guān)聯(lián)性研究尚有不足，加之養(yǎng)殖區(qū)附近并沒有布設(shè)相應(yīng)的觀測站開展海表水溫觀測，現(xiàn)有的海表水溫?cái)?shù)據(jù)無法對低溫災(zāi)害進(jìn)行有效的分析和預(yù)報(bào)。

2對策建議

21提高觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量

由于海洋觀測站具有位置固定、建設(shè)投資少和受惡劣天氣影響小的特點(diǎn)[8]，海洋預(yù)報(bào)和海洋防災(zāi)減災(zāi)對其觀測數(shù)據(jù)的需求日益迫切，提高觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量以促進(jìn)其應(yīng)用是關(guān)鍵所在。

海洋觀測站應(yīng)嚴(yán)格把控觀測數(shù)據(jù)的填報(bào)過程，同時(shí)采用科學(xué)的分析方法對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行校核和檢驗(yàn)：對于水溫、潮位、氣溫和氣壓等連續(xù)性觀測的海洋要素，采取相關(guān)性檢驗(yàn)以剔除異常值;用分布擬合的方法檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的平穩(wěn)性和確定異常值，如可利用潮位在正常情況下隨時(shí)間規(guī)律變化的特性，擬合補(bǔ)全其缺漏數(shù)據(jù)或判斷其異常值。

海洋觀測要素的變化情況不僅應(yīng)符合其自身變化規(guī)律，而且應(yīng)符合區(qū)域變化規(guī)律。如，2016年7月13-16日南麂站的海表水溫由280℃降至237℃，降幅高達(dá)43℃;南麂站是受外界影響較小的海島觀測站，該降溫情況在夏季高溫天氣影響下極為異常，此時(shí)就需要與附近海域觀測站的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，從而判斷其可靠性和發(fā)生原因。

22緊密結(jié)合當(dāng)?shù)睾Ｑ箢A(yù)報(bào)和海洋防災(zāi)減災(zāi)工作需求

溫州市和臺(tái)州市依山傍海，地形以山地丘陵為主，境內(nèi)平原以海積平原為主，遍布二市東部沿海。同時(shí)，二市沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口聚集、海洋產(chǎn)業(yè)密布，且每年均遭受不同程度的海洋災(zāi)害，是當(dāng)?shù)胤罏?zāi)減災(zāi)的重點(diǎn)區(qū)域。海洋觀測工作應(yīng)緊密結(jié)合二市沿海地區(qū)海洋災(zāi)害的主要特征和防災(zāi)減災(zāi)的重點(diǎn)需求，在條件允許的情況下開展潮位、波浪和水溫觀測。

（1）根據(jù)浙江省沿海地區(qū)各岸段的4色警戒潮位，在溫州市和臺(tái)州市沿海地區(qū)各岸段開展潮位觀測，便于與水文觀測站的觀測數(shù)據(jù)對比，為今后被納入常規(guī)潮位預(yù)報(bào)工作奠定基礎(chǔ)，同時(shí)為臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮精細(xì)化預(yù)報(bào)和防災(zāi)減災(zāi)提供翔實(shí)的依據(jù)。

（2）開展沿海地區(qū)波浪觀測，彌補(bǔ)目前觀測數(shù)據(jù)短缺的不足，為溫州市和臺(tái)州市的海上交通、漁船作業(yè)和海上平臺(tái)等提供精細(xì)化波浪預(yù)報(bào)，保障航行和生產(chǎn)安全。

（3）在溫州市和臺(tái)州市的赤潮多發(fā)區(qū)域開展海表水溫觀測，跟蹤監(jiān)測赤潮發(fā)生、發(fā)展和消亡各時(shí)期的水溫變化，從而掌握赤潮動(dòng)態(tài)，減少赤潮對海水養(yǎng)殖的損害?？紤]到近年來低溫災(zāi)害對溫州市和臺(tái)州市海水養(yǎng)殖的影響，有選擇性地在部分養(yǎng)殖區(qū)開展海表水溫觀測和凍害研究，不僅有利于減少災(zāi)害損失，而且有利于完善海洋預(yù)報(bào)和海洋防災(zāi)減災(zāi)體系。

23開展重點(diǎn)目標(biāo)保障預(yù)報(bào)工作

隨著海洋經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電廠、碼頭和大型圍填海等各種涉海工程相繼建設(shè)和投入生產(chǎn)。海洋環(huán)境變化會(huì)對涉海工程施工和營運(yùn)的安全產(chǎn)生較大影響，重點(diǎn)目標(biāo)保障預(yù)報(bào)工作應(yīng)運(yùn)而生。

觀測是預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)和前提[9]。目前許多涉海工程的選址與海洋觀測站相距甚遠(yuǎn)，海洋觀測工作無法滿足保障預(yù)報(bào)的業(yè)務(wù)需求。因此，應(yīng)在涉海工程及其鄰近海域布設(shè)海洋觀測站，對主要海洋要素進(jìn)行階段性或連續(xù)性觀測，不僅有利于重點(diǎn)目標(biāo)保障預(yù)報(bào)工作的有效開展，而且對現(xiàn)有海洋觀測體系是強(qiáng)有力的補(bǔ)充，可彌補(bǔ)海洋觀測站分布稀疏和不均勻[9]的現(xiàn)狀，豐富區(qū)域海洋觀測數(shù)據(jù)。

24加強(qiáng)海洋觀測宣傳教育

海洋觀測是社會(huì)公益事業(yè)，是保障沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)持續(xù)和健康發(fā)展的有利措施。目前我國在海洋觀測宣傳教育方面還存在諸多不足：基礎(chǔ)教育在非沿海地區(qū)幾乎未有涉及，在絕大多數(shù)沿海地區(qū)也僅作為特色教育開展，導(dǎo)致青少年海洋意識(shí)淡薄，對海洋觀測了解較少;海洋觀測知識(shí)的社會(huì)普及率和傳播率低，教育形式的多樣性也亟待提升[10]。因此，應(yīng)從學(xué)校和社會(huì)2個(gè)方面加強(qiáng)海洋觀測和海洋防災(zāi)減災(zāi)的宣傳教育，通過開放參觀海洋觀測設(shè)施等活動(dòng)，采用互聯(lián)網(wǎng)等媒介擴(kuò)大宣傳教育力度，促進(jìn)全民參與，不斷提高全社會(huì)尤其是沿海地區(qū)公眾對海洋觀測的認(rèn)知水平，同時(shí)自覺保護(hù)海上浮標(biāo)和近岸測波儀等海洋觀測設(shè)施。

參考文獻(xiàn)

[1]許林之.海洋環(huán)境觀測預(yù)報(bào)在沿海經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的作用[J].海洋開發(fā)與管理，1998，15（4）：39-42.

[2]林春梅，余麒祥，曹宇峰.淺談海洋臺(tái)站工作的管理[J].海洋開發(fā)與管理，2013，30 （4）：44-47.

[3]馬林芳，盧益炳，韓小燕.坎門站臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮特征分析[J].海洋預(yù)報(bào)，2012，27（6）：29-34.

[4]李寶泰.東海沿岸假潮基本特征[J].海洋通報(bào)，2000，19（3）：1-7.

[5]張連秋.整合海洋調(diào)查觀監(jiān)測檔案信息資源 為海洋防災(zāi)減災(zāi)提供服務(wù)[J].海洋信息，2005 （3）：5-7.

[6]張少峰，李武全，林明裕，等.潿洲島海域赤潮發(fā)生與海洋水文氣象關(guān)系初步研究[J].廣西科學(xué)，2009，16（2）：200-202.

[7]韓小燕，潘曉東，馬林芳.浙南沿岸海表面溫度分布特征[J].海洋通報(bào)，2011，30（6）：200-202.

[8]溫玉波.海洋環(huán)境觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制研究[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息，2014（2）：35-38.

[9]楊錦坤，武雙全，楊揚(yáng).海洋觀測網(wǎng)規(guī)劃支撐體系與系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)探討[J].海洋信息，2015（3）：29-33.

[10]王煒，高艷波，齊連明，等.我國業(yè)務(wù)化海洋觀測發(fā)展研究：借鑒美國綜合海洋觀測系統(tǒng)[J].海洋技術(shù)學(xué)報(bào)，2014，33（6）：34-39.