王萬筠，竇策偉，殷海濤，沈岳峰

( 1. 天津市濱海新區(qū)氣象局，天津 300457；2. 天津市靜海區(qū)氣象局，天津 301600)

1 引言

風(fēng)暴潮是在劇烈大氣擾動(dòng)條件下，因強(qiáng)風(fēng)等導(dǎo)致海水升降異常、潮位超過平常狀態(tài)的現(xiàn)象。已有的研究中，按照誘發(fā)風(fēng)暴潮的大氣擾動(dòng)性質(zhì)把風(fēng)暴潮劃分為熱帶氣旋誘發(fā)的風(fēng)暴潮和溫帶氣旋誘發(fā)的風(fēng)暴潮。此外，當(dāng)冷鋒掠過渤海時(shí)，也會(huì)使渤海灣和萊州灣沿岸發(fā)生風(fēng)暴潮[1]，此類風(fēng)暴潮一般簡稱為冷鋒型溫帶風(fēng)暴潮。上述不同類型的風(fēng)暴潮一年四季均有發(fā)生[2]，對沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成了日益嚴(yán)重的威脅，是沿海地區(qū)防潮防汛工作中非常重要的一項(xiàng)。

我國3個(gè)溫帶風(fēng)暴潮頻發(fā)區(qū)和嚴(yán)重區(qū)依次為萊州灣、渤海灣和海州灣沿岸地區(qū)[3]。天津沿海是全球風(fēng)暴潮的最頻發(fā)區(qū)和最嚴(yán)重區(qū)之一，其冷鋒型溫帶風(fēng)暴潮個(gè)例數(shù)量多、增水大，是最為嚴(yán)重的一類風(fēng)暴潮過程。袁順等[3]曾在分析我國沿海地區(qū)風(fēng)暴潮災(zāi)害的脆弱性組合評價(jià)中指出，天津風(fēng)暴潮脆弱性位列山東省之后，排在沿海省市第二位，因此風(fēng)暴潮研究對于天津沿海的防潮工作十分重要。天津地區(qū)風(fēng)暴潮屬淺水風(fēng)暴潮過程，馮士筰[4]在《風(fēng)暴潮導(dǎo)論》中指出，風(fēng)應(yīng)力是淺水風(fēng)暴潮的主要強(qiáng)迫力。吳少華等[5-6]研究亦表明風(fēng)暴潮模式結(jié)果的精度在很大程度上依賴于氣壓場和風(fēng)場模式的質(zhì)量。因此準(zhǔn)確的風(fēng)場要素預(yù)報(bào)提高在風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率中起著十分重要的作用。而風(fēng)場要素預(yù)報(bào)則離不開對天氣環(huán)流形勢的診斷分析。通過環(huán)流形勢的對比分析，可以了解風(fēng)暴潮發(fā)生時(shí)的大氣環(huán)流的特征。目前，針對風(fēng)暴潮過程的大氣環(huán)流分型，主要還是基于主觀環(huán)流的分型方法[7-10]。但主觀分類方法對分類者要求較高，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力?？陀^分類方法有較為統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，具有可重復(fù)性，機(jī)器運(yùn)算快，操作性更強(qiáng)。目前客觀環(huán)流分型已經(jīng)有很多用于天氣、氣候等多方面的研究。Jenkinson和Collinson[11]通過定義指數(shù)及分類標(biāo)準(zhǔn)將Lamb[12]分類方法客觀化，將主客觀環(huán)流分型法相結(jié)合（即Lamb-Jenkinson方法，簡稱為L-J方法），在許多天氣以及氣候方面的研究中被使用。利用L-J方法可以得到針對局地環(huán)流的客觀數(shù)值描述，并從天氣、氣候?qū)W角度來研究局地環(huán)流[13-15]。這種方法計(jì)算量小，且其分型結(jié)果具有明顯的天氣學(xué)意義，因此LJ分型方法得到了廣泛的應(yīng)用。采用氣象和海洋水文科學(xué)技術(shù)相結(jié)合的思路，依據(jù)塘沽潮汐資料，研究天津沿岸誘發(fā)風(fēng)暴潮過程的大氣環(huán)流形勢，對充實(shí)、完善天津市海洋氣象預(yù)報(bào)服務(wù)體系是非常必要的。

本文利用L-J分型方法，針對誘發(fā)風(fēng)暴潮災(zāi)害個(gè)例中大氣環(huán)流類型為冷鋒型的個(gè)例，即冷鋒型溫帶風(fēng)暴潮個(gè)例進(jìn)行客觀分型，將大氣環(huán)流形勢場分型細(xì)化。同時(shí)計(jì)算環(huán)流指數(shù)，得出針對局地環(huán)流的客觀數(shù)值描述?？梢詾榻窈箢A(yù)報(bào)風(fēng)暴潮，提供歷史個(gè)例大氣環(huán)流的客觀依據(jù)。

2 資料來源和方法

2.1 資料選取

濱海新區(qū)位于天津東部，東臨渤海。本文采用的是濱海新區(qū)的代表站塘沽驗(yàn)潮站的潮位觀測資料。濱海新區(qū)的警戒水位是470 cm，業(yè)務(wù)工作中把最高潮位超過警戒水位定為一次風(fēng)暴潮過程[16-17]。前人的研究中[2]，也針對50 cm以上的增水（實(shí)況潮位與天文潮位的差值）事件進(jìn)行研究。所以增加選取了最高潮位接近470 cm（460～470 cm），同時(shí)最大增水（全天逐小時(shí)的最大增水值）大于50 cm的天氣過程選為風(fēng)暴潮過程。在1956-2016年，一共選取126例風(fēng)暴潮個(gè)例。采用客觀分型時(shí)，大氣環(huán)流形勢采用海平面氣壓場。1956-2002年，海平面氣壓場主要采用紙質(zhì)圖片的形式保存。2003-2016年資料為MICAPS格式，是數(shù)字化的海平面氣壓場資料。MICAPS格式海平面氣壓場，是大致為中國范圍內(nèi)的格點(diǎn)數(shù)據(jù)資料（2°×2°），時(shí)間間隔為 6 h?？紤]客觀分型使用數(shù)據(jù)的可計(jì)算性，所以本文暫時(shí)僅對2003-2016年的個(gè)例進(jìn)行客觀分型處理。在2003-2016年中，冷鋒型溫帶風(fēng)暴潮個(gè)例一共34例。對這34個(gè)個(gè)例，按照最高潮位的時(shí)次選取臨近時(shí)刻的海平面氣壓場資料。

2.2 分析方法

在仔細(xì)分析個(gè)例后，參照文獻(xiàn)[7-10]，將全部風(fēng)暴潮個(gè)例按誘發(fā)時(shí)的大氣環(huán)流形勢將之分為3類，分別為：冷鋒型，臺風(fēng)（含熱帶風(fēng)暴及熱帶低壓）型，溫帶氣旋型。利用L-J分型方法，對其中的冷鋒型溫帶風(fēng)暴潮個(gè)例的大氣環(huán)流形勢進(jìn)行客觀分型。

Lamb[12]分類方法最初應(yīng)用于對逐日環(huán)流類型的劃分。Jenkinson和Collinson[11]通過定義指數(shù)及分類標(biāo)準(zhǔn)，將Lamb分類方法客觀化，即Lamb-Jenkinson方法，簡稱為L-J方法。L-J分型方法一般定義6個(gè)環(huán)流指數(shù)：地轉(zhuǎn)風(fēng)緯向分量指數(shù)、地轉(zhuǎn)風(fēng)經(jīng)向分量指數(shù)、地轉(zhuǎn)風(fēng)風(fēng)速、渦度緯向分量指數(shù)、渦度經(jīng)向分量指數(shù)、渦度值，同時(shí)計(jì)算地轉(zhuǎn)風(fēng)風(fēng)向。根據(jù)地轉(zhuǎn)風(fēng)風(fēng)速、風(fēng)向及渦度值將環(huán)流型劃分為平直氣流型、旋轉(zhuǎn)型和混合型3大類。

冷鋒型溫帶風(fēng)暴潮個(gè)例影響渤海區(qū)域，主要是冷鋒從西北或東北向南劃過渤海。根據(jù)文獻(xiàn)[13-14]，在中國區(qū)域進(jìn)行分區(qū)，選取渤海所在區(qū)域進(jìn)行環(huán)流指數(shù)計(jì)算。區(qū)域中心點(diǎn)選擇為（41°N，116°E），區(qū)域范圍為 33°～49°N，104°～128°E（圖 1a），16 個(gè)格點(diǎn)選取如圖1a黑點(diǎn)所示。由于MICAPS數(shù)據(jù)范圍在2010年進(jìn)行了調(diào)整，2010年后的區(qū)域中心點(diǎn)選為（40°N，116°E），區(qū)域范圍為 32°～48°N，104°～128°E（圖 1b），16個(gè)格點(diǎn)選取如圖1b黑點(diǎn)所示。

利用公式（1）至公式（7）計(jì)算5個(gè)環(huán)流指數(shù)：地轉(zhuǎn)風(fēng)的緯向分量（ug），地轉(zhuǎn)風(fēng)的經(jīng)向分量（vg），地轉(zhuǎn)風(fēng)風(fēng)速（V），地轉(zhuǎn)風(fēng)風(fēng)向（dd），地轉(zhuǎn)渦度（ξ）。其中，f為地轉(zhuǎn)參數(shù)（f=2Ωsinα），本文區(qū)域中心點(diǎn)取 41°N，故f=2Ωsin41°，記作 f41。2010年后由于中心點(diǎn)改變，f=2Ωsin40°，記作f40。利用所選區(qū)域內(nèi)的16個(gè)格點(diǎn)（圖1）的海平面氣壓，通過中央差分的計(jì)算方案，計(jì)算出中心點(diǎn)的地轉(zhuǎn)風(fēng)和渦度。以下公式推導(dǎo)，主要以f41為例說明推導(dǎo)過程，f40不再贅述。以中心點(diǎn)所在緯度為參照系，5個(gè)環(huán)流指數(shù)的單位為hPa/10°經(jīng)度。

圖1 劃分環(huán)流類型時(shí)所選用的區(qū)域范圍及16個(gè)格點(diǎn)位置Fig. 1 Selected area range and 16 grid points for classification of circulation types

根據(jù)渦度值（|ξ|，ξ算法見公式（4）至公式（6））與地轉(zhuǎn)風(fēng)速（V，算法見公式（1）至公式（3））的關(guān)系將環(huán)流型劃分為平直氣流型、旋轉(zhuǎn)型和混合型3大類。當(dāng)|ξ|＜V時(shí)，即當(dāng)渦度指數(shù)小于地轉(zhuǎn)風(fēng)，環(huán)流被定義為平直氣流類。當(dāng)|ξ|＞2V時(shí)，渦度明顯大于地轉(zhuǎn)風(fēng)，強(qiáng)調(diào)大氣的旋轉(zhuǎn)性，定義為旋轉(zhuǎn)型。當(dāng)V＜|ξ|＜2V時(shí)，為混合型。如果V＜6，且|ξ|＜6 時(shí)，為無定義型標(biāo)為 UD。再依據(jù)地轉(zhuǎn)風(fēng)的風(fēng)向細(xì)分為27種不同的環(huán)流類型[10,14]。平直氣流型包含 8類：N（北）、NE（東北）、E（東）、SE（東南）、S（南）、SW（西南）、W（西）、NW（西北）。例如，對某一區(qū)域的環(huán)流形勢分型結(jié)果為N型，則表示該區(qū)域受偏北的地轉(zhuǎn)風(fēng)氣流控制。旋轉(zhuǎn)型包含：A型（反氣旋）和C型（氣旋）。例如，對某一區(qū)域的環(huán)流形勢分型結(jié)果為A型，表示該區(qū)域的地面形勢場為高壓（反氣旋）控制?；旌闲图嬗衅街睔饬餍秃托D(zhuǎn)型的特點(diǎn)，共有 16類：CN、CNE、CE、CSE、CS、CSW、CW、CNW、AN、ANE、AE、ASE、AS、ASW、AW、ANW。例如，分型結(jié)果為AN型，表示該區(qū)域受高壓系統(tǒng)控制下的偏北地轉(zhuǎn)風(fēng)影響。

3 統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析

3.1 冷鋒型風(fēng)暴潮個(gè)例發(fā)生次數(shù)統(tǒng)計(jì)

1956-2016年，天津地區(qū)風(fēng)暴潮個(gè)例共計(jì)126個(gè)，平均每年出現(xiàn)2.1個(gè)。風(fēng)暴潮個(gè)例逐年發(fā)生次數(shù)統(tǒng)計(jì)（圖2a）顯示，2000年之前風(fēng)暴潮個(gè)例發(fā)生次數(shù)仍維持較低水平，而在2002年之后，風(fēng)暴潮個(gè)例呈明顯增多的趨勢?？梢?，天津地區(qū)沿海防范風(fēng)暴潮的工作日益艱巨。

天津沿岸的風(fēng)暴潮個(gè)例中：冷鋒型共計(jì)發(fā)生78次，臺風(fēng)型32次，溫帶氣旋型最少，為16次。其中冷鋒型占據(jù)全部個(gè)例的60%（圖2b）?？梢娎滗h型是誘發(fā)渤海灣風(fēng)暴潮的最主要的天氣形勢。在1956-2016年，冷鋒型溫帶風(fēng)暴潮平均每年發(fā)生1.28次（圖2a）。個(gè)例次數(shù)大體呈離散分布，其中有22年沒有發(fā)生。發(fā)生1次冷鋒型溫帶風(fēng)暴潮過程的有14年，2次的有18年，3次的有4年，5次的有2年，6次的有1年（2013年）。2002年后風(fēng)暴潮個(gè)例發(fā)生次數(shù)超過平均次數(shù)的頻率增加，2013-2016年冷鋒型溫帶風(fēng)暴潮的發(fā)生次數(shù)有明顯增多的趨勢。

圖2 1956-2016年天津沿岸風(fēng)暴潮及冷鋒型風(fēng)暴潮個(gè)例的逐年發(fā)生次數(shù)（a），風(fēng)暴潮個(gè)例天氣分型比例（b），冷鋒型溫帶風(fēng)暴潮個(gè)例逐月發(fā)生次數(shù)（c）Fig. 2 Annual number of occurrences of storm surges and extratropical storm surges induced by cold-front along Tianjin coast in 1956-2016 (a), weather classification ratio of storm surge cases (b), monthly number of occurrences of extratropical storm surges induced by cold-front (c)

冷鋒型溫帶風(fēng)暴潮個(gè)例在全年的12個(gè)月中均有發(fā)生（圖2c），秋季（9-11月）是最頻發(fā)的季節(jié)。在78個(gè)個(gè)例中，有49個(gè)發(fā)生在秋季，占全年發(fā)生次數(shù)的62.8%。其中，有26個(gè)冷鋒型溫帶風(fēng)暴潮個(gè)例發(fā)生在10月，是最常發(fā)生冷鋒型溫帶風(fēng)暴潮個(gè)例的月份。此時(shí)北方冷空氣勢力增強(qiáng)，蒙古國一帶多冷高壓活動(dòng)，華北地區(qū)冷暖空氣頻繁交匯，大風(fēng)災(zāi)害頻繁，易引發(fā)冷鋒型溫帶風(fēng)暴潮過程。

3.2 冷鋒型個(gè)例增水統(tǒng)計(jì)

冷鋒型個(gè)例中最高潮位超過500 cm的共有11例，其中2003年和2009年均接連有兩次冷鋒型過程最高潮位超過了500 cm（表1）。2003年的“10.11”渤海特大溫帶風(fēng)暴潮災(zāi)害就是冷鋒型溫帶風(fēng)暴潮。其最高潮位554 cm，增水178 cm。而產(chǎn)生最大增水的個(gè)例是1960年11月21日，最高潮位465 cm，增水236 cm。全部個(gè)例中增水超過200 cm的個(gè)例共計(jì)4個(gè)；增水在150～199 cm的共計(jì)19個(gè)；增水在100～149 cm的共計(jì)36個(gè)，增水在99 cm以下的共計(jì)19個(gè)。大多數(shù)冷鋒型溫帶風(fēng)暴潮個(gè)例增水在100～149 cm之間，超過100 cm占到總數(shù)的75.6%。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，冷鋒型溫帶風(fēng)暴潮個(gè)例不僅占比大，且易引發(fā)較大增水。

4 客觀分型

冷鋒型溫帶風(fēng)暴潮個(gè)例數(shù)量較多，為了進(jìn)一步的研究其大氣環(huán)流特征，還需分析冷鋒位置、渤海海面氣壓梯度、海平面氣壓冷高壓中心與渤海的距離等具體形勢場特征[18-19]。也常依據(jù)冷鋒前進(jìn)方向有無低壓中心配合，繼續(xù)將冷鋒型溫帶風(fēng)暴潮個(gè)例分為純冷鋒型以及冷鋒配合低壓型。依據(jù)傳統(tǒng)分類，每一類個(gè)例數(shù)目仍然較多，且沒有具體形勢場特征的客觀描述。利用L-J方法對冷鋒型溫帶風(fēng)暴潮個(gè)例進(jìn)行客觀分型，其3類主要的環(huán)流形勢配合具體的27類客觀環(huán)流類型將形勢場分型細(xì)化。同時(shí)計(jì)算的環(huán)流指數(shù)可以得到針對局地環(huán)流的客觀數(shù)值描述。

4.1 客觀分型結(jié)果

在全部分型的27類環(huán)流類型中，冷鋒型溫帶風(fēng)暴潮個(gè)例的大氣環(huán)流類型主要集中在12類（AE、ANE、ASE、AN、CE、NW、SW、S、SE、E、NE、UD）之中（表1）。除了有1例無法歸類，被判定為UD外，其余33個(gè)過程均可以進(jìn)行客觀分類。在傳統(tǒng)分型的同一類個(gè)例上，依然可以細(xì)分為12類，說明具體的環(huán)流形勢仍然有所不同。因此有必要對冷鋒型風(fēng)暴潮天氣個(gè)例進(jìn)行客觀環(huán)流形勢的細(xì)分。通過對比分析，可以進(jìn)一步了解風(fēng)暴潮這一災(zāi)害性天氣的大氣環(huán)流的特征。

表1 2003-2016年個(gè)例客觀分類、環(huán)流指數(shù)及潮位增水信息Table 1 Results of objective typing, circulation index, tide level and maximum storm surge elevation in 2003-2016

冷鋒型溫帶風(fēng)暴潮個(gè)例中，當(dāng)鋒面掃過渤海時(shí)，一般都有冷空氣的影響，海平面氣壓場上有一冷高壓中心相配合?；蛘卟澈Ｎ挥诟叩蛪涵h(huán)流中間，海平面氣壓場等值線較為密集?？陀^分型結(jié)果顯示：冷鋒型溫帶風(fēng)暴潮個(gè)例的大氣環(huán)流分型中除1例判定為旋轉(zhuǎn)類中氣旋主導(dǎo)的CE，其他均為混合類中的反氣旋主導(dǎo)（A開頭的幾類）或者平直氣流類。圖3a給出各種客觀環(huán)流類型出現(xiàn)的次數(shù)?？陀^環(huán)流類型中AE（8次）、ANE（6次）、E（6次）3類均發(fā)生較多次數(shù)，占據(jù)了總數(shù)的58.8%。而CE、NW、SW、ASE、UD 5種類型僅出現(xiàn)1次。前人研究得出，足夠大的向岸風(fēng)，產(chǎn)生足夠大的風(fēng)應(yīng)力，會(huì)進(jìn)一步誘發(fā)風(fēng)暴潮。由于天津處于渤海灣西側(cè)，向岸風(fēng)配合海洋洋流，有利產(chǎn)生風(fēng)暴潮增水的主要方向?yàn)镹E至E。這與客觀環(huán)流分型得出的主要3類：AE、ANE、E相一致。此外AN、NE、SE類也分別有兩例。值得注意的是，在分型結(jié)果中NW和SW環(huán)流形勢下各有1例，即在離岸風(fēng)的條件下也會(huì)產(chǎn)生風(fēng)暴潮過程。這也表明利用大氣環(huán)流分析的天氣學(xué)方法，并不能解釋所有的風(fēng)暴潮災(zāi)害過程，如果需要分析這些特例，還需要海洋及氣象方面更多的資料。但離岸風(fēng)的幾類過程，其增水均在100 cm以下（表1）。AE、ANE、E 3類的平均增水均超過了100 cm，最大的增水過程是在E環(huán)流形勢下，為203 cm。這3類主要的客觀環(huán)流類型出現(xiàn)次數(shù)多，產(chǎn)生的增水大。可以認(rèn)為冷鋒型溫帶風(fēng)暴潮個(gè)例依據(jù)客觀分型可以再次細(xì)分為此3種類型：AE、ANE及E（反氣旋混合偏東氣流型、反氣旋混合東北氣流型及偏東氣流型）。

客觀環(huán)流類型逐月的發(fā)生頻次（圖3b），10月為發(fā)生風(fēng)暴潮最多的月份，共出現(xiàn)6類（AE、ANE、E、NE、AN、SE），其中AE類出現(xiàn)5次，是10月份風(fēng)暴潮過程的主要環(huán)流類型。AE、ANE、E 3類主要的環(huán)流類型集中出現(xiàn)在秋、冬季節(jié)，共計(jì)16次，占此3類的80%。而在春、夏季節(jié)會(huì)出現(xiàn)一些小概率的天氣類型，比如5月及7月分別出現(xiàn)了SW和NW的環(huán)流類型，在8月還出現(xiàn)了唯一的1例UD。在今后的工作中，預(yù)報(bào)風(fēng)暴潮過程應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注秋、冬季節(jié)的AE、ANE、E環(huán)流類型的發(fā)生。

4.2 3類主要影響形勢對比

冷鋒型溫帶風(fēng)暴潮個(gè)例的共同點(diǎn)是均有冷鋒劃過渤海，但海平面氣壓場上冷鋒影響渤海時(shí)的強(qiáng)度和走向以及冷高壓中心的位置各有不同。利用客觀分型后主要的3類進(jìn)行對比分析，來探討L-J客觀分型方法對于個(gè)例具體大氣環(huán)流形勢場的劃分。從3種主要類型的個(gè)例中挑選增水較多及潮位較高的個(gè)例作為此類的典型天氣形勢。AE類選取2009年4月15日過程（圖4a），ANE類選取2013年9月23日過程（圖 4b），E 類選取 2003年 10月 11日過程（圖 4c）。

L-J客觀環(huán)流形勢的劃分，首先根據(jù)渦度值與地轉(zhuǎn)風(fēng)速的關(guān)系將環(huán)流型劃分，再依據(jù)地轉(zhuǎn)風(fēng)風(fēng)向細(xì)分為總共27種不同的環(huán)流類型。風(fēng)應(yīng)力作用于渤海水體引發(fā)風(fēng)暴潮時(shí)，結(jié)合向岸風(fēng)以及洋流的方向，風(fēng)向?yàn)闁|北至東的大風(fēng)最為有利增水。其中，AE及E（圖4a，圖4c）類海平面氣壓密集帶在渤海地區(qū)呈東西走向，而ANE類（圖4b）呈東北—西南走向。3類過程海平面氣壓場中等壓線走向主要為偏東及東北，冷鋒的走向亦相同，與有利增水的風(fēng)向一致。分型結(jié)果可以反映渤海地區(qū)海平面氣壓場的基本走向，間接表明了冷鋒的走向。

圖3 環(huán)流類型數(shù)量分布（a）和環(huán)流類型逐月發(fā)生頻次（b）Fig. 3 Quantitative distribution of circulation types (a), and monthly frequency distribution of circulation types (b)

圖4 2009年4月15日05時(shí)(a)，2013年9月23日17時(shí)(b)，2003年10月11日08時(shí)(c)，2010年12月13日08時(shí)(d)海平面氣壓分布（單位：hPa）Fig. 4 Sea level pressure on 05：00 April 15, 2009 (a), 17：00 September 23, 2013 (b), 08：00 October 11, 2003(c), 08：00 December 13, 2010(d) (unit： hPa)

AE與ANE類是混合型，既有平直地轉(zhuǎn)風(fēng)氣流的影響，也有反氣旋的影響。E類則主要受平直的偏東氣流影響。三者的主要區(qū)分在于反氣旋（即冷高壓）對于渤海的影響程度。3次過程的渦度指數(shù)依次為：-30.3 hPa/10°經(jīng)度（AE 類）；-22.6 hPa/10°經(jīng)度（ANE 類）；-10.5 hPa/10°經(jīng)度（E 類）。對比其絕對值大小，AE類及ANE類受反氣旋影響明顯比E類過程更大。其影響的強(qiáng)弱可以根據(jù)反氣旋中心相對于渤海的位置遠(yuǎn)近來近似判斷。2003年10月的過程（E類），冷高壓中心位于貝加爾湖以西，離渤海較遠(yuǎn)，大約2 000 km。而AE類及ANE類兩次過程，冷高壓中心在蒙古國中部，與渤海距離較近，約為1 200 km。地面的冷高壓中心對渤海的影響越大，意味著冷空氣造成的渤海地區(qū)大風(fēng)也可能會(huì)越大。但同時(shí)仍應(yīng)參考其他環(huán)流指數(shù)的影響。分型結(jié)果可以反映反氣旋（或氣旋）對于渤海地區(qū)的影響程度，地轉(zhuǎn)渦度的值來表示高壓或低壓中心的影響程度。綜合考慮渦度指數(shù)和地轉(zhuǎn)風(fēng)指數(shù)，2009年過程的兩種指數(shù)都最大，增水（185 cm）也是三者中最大的。但不同類型的過程，由于氣流方向和影響系統(tǒng)有所不同，用環(huán)流指數(shù)值來直接比較，可能無法得出結(jié)論。例如ANE和E類兩個(gè)過程相比較，2013年的過程渦度指數(shù)絕對值較大，地轉(zhuǎn)風(fēng)指數(shù)較小，2003年的過程與2013年過程相反。無法通過比較來判斷增水值的大小。應(yīng)考慮在同一類環(huán)流類型之下，再進(jìn)行環(huán)流指數(shù)的比較，來判斷增水的強(qiáng)弱。

4.3 以AE類為例相似個(gè)例對比

在冷鋒型個(gè)例客觀分型結(jié)果上可以看到，AE類型的個(gè)例最多，可以進(jìn)行個(gè)例之間環(huán)流指數(shù)的進(jìn)一步比較。在8例個(gè)例中，渦度指數(shù)和地轉(zhuǎn)風(fēng)風(fēng)速都比較大的是2009年4月15日和2010年12月13日兩例（表1）。圖4a和圖4d是這兩例過程之中，最高潮位臨近時(shí)次的海平面氣壓場分布。兩者海平面氣壓場分布大致相同，在蒙古國有高壓東移，同時(shí)在黃海南部至東海地區(qū)分布著低壓。渤海地區(qū)處于高壓前部等值線密集區(qū)之中。渤海上分布有3條氣壓線，氣壓梯度較為一致。2010年過程蒙古高壓的中心強(qiáng)度達(dá)到1 045 hPa以上（圖4d），而2009年過程蒙古高壓中心僅有1 025 hPa（圖4a）。同時(shí)2010年過程東海附近低壓系統(tǒng)也明顯強(qiáng)于2009年的過程。從黃、渤海整體氣壓等值線密集程度上來看，2010年過程冷鋒強(qiáng)于2009年過程。僅從海平面氣壓場上分析，容易得出2010年的過程要強(qiáng)于2009年過程的結(jié)論。但是對比環(huán)流指數(shù)發(fā)現(xiàn)，2010年過程渦度指數(shù)的絕對值（28.5 hPa/10°經(jīng)度），即渦度值要小于2009年過程（30.3 hPa/10°經(jīng)度）（表 1）。2009 年地轉(zhuǎn)風(fēng)風(fēng)速為16.6 hPa/10°經(jīng)度，2010 年為 15.2 hPa/10°經(jīng)度，也是2009年的過程更強(qiáng)（表1）。而從最后的過程最大增水也可以看到，2009年的風(fēng)暴潮過程增水185 cm，強(qiáng)于2010年過程的130 cm增水。同一類天氣分型的個(gè)例中渦度指數(shù)和地轉(zhuǎn)風(fēng)風(fēng)速的絕對值越強(qiáng)，則增水越大。環(huán)流指數(shù)的強(qiáng)弱對比可以粗略的分析過程強(qiáng)弱，進(jìn)一步對比客觀環(huán)流分型結(jié)果和環(huán)流指數(shù)強(qiáng)弱，尋找歷史上相似的風(fēng)暴潮個(gè)例。為預(yù)報(bào)員提供更多可以參考的信息。

利用L-J分型，可以細(xì)分的天氣形勢場，通過地面形勢場特征和地轉(zhuǎn)風(fēng)強(qiáng)弱來辨別相似的個(gè)例，有助于利用歷史相似個(gè)例時(shí)快速查找出可以參考的歷史過程。但由于風(fēng)暴潮個(gè)例每年發(fā)生的數(shù)量較少，且MICAPS資料僅有2003年之后過程的資料。在進(jìn)行客觀分型和相似個(gè)例對比分析時(shí)，如想進(jìn)一步得出環(huán)流指數(shù)與風(fēng)暴潮增水之間的關(guān)系，還需要分析大量個(gè)例，下一步計(jì)劃采用NCEP再分析資料（水平分辨率1°×1°）對2003年之前的個(gè)例進(jìn)行補(bǔ)充分析。

5 結(jié)論

本文在1956-2016年一共選取了126例天津沿岸風(fēng)暴潮及強(qiáng)增水個(gè)例。將全部個(gè)例按照誘發(fā)風(fēng)暴潮災(zāi)害的大氣環(huán)流形勢將之分為3類，分別為：冷鋒型，臺風(fēng)（含熱帶風(fēng)暴及熱帶低壓）型，溫帶氣旋型。得到以下結(jié)論：

（1）1956-2016年中，風(fēng)暴潮及強(qiáng)增水個(gè)例年平均發(fā)生2.1次。2004年之前風(fēng)暴潮個(gè)例發(fā)生次數(shù)仍維持較低水平，而在2005年之后，風(fēng)暴潮個(gè)例呈明顯增多的趨勢。2007-2016年間，風(fēng)暴潮天氣年發(fā)生次數(shù)要高于1956-2016年的平均水平。

（2）冷鋒型溫帶風(fēng)暴潮個(gè)例共計(jì)78例，占據(jù)全部個(gè)例的60%以上，2013-2016年次數(shù)有明顯增多的趨勢。冷鋒型個(gè)例在全年的12個(gè)月中均有發(fā)生的先例。秋季（9-11月）是最多發(fā)的季節(jié)，在78例中，有49例發(fā)生在秋季，占全年分布的62.8%。

（3）利用L-J客觀分型方法對選取的個(gè)例進(jìn)行客觀天氣分型。在全部分型的27類環(huán)流類型中，風(fēng)暴潮個(gè)例的環(huán)流主要集中在12類（AE，ANE，ASE，AN，CE，NW，SW，S，SE，E，NE，UD）之中。AE，ANE，E 均發(fā)生較多次數(shù)，占據(jù)了總數(shù)的58.8%?？梢哉J(rèn)為冷鋒型溫帶風(fēng)暴潮個(gè)例依據(jù)客觀分型再次細(xì)分為3種類型：AE型、ANE型及E型。

（4）通過對AE型、ANE型及E型中的典型個(gè)例環(huán)流形勢對比發(fā)現(xiàn)，客觀分型結(jié)果可以將環(huán)流形勢中影響渤海的冷鋒走向和冷高壓中心位置進(jìn)行區(qū)分。同一類客觀分型的個(gè)例中渦度指數(shù)和地轉(zhuǎn)風(fēng)風(fēng)速的絕對值越大，則增水越大。環(huán)流指數(shù)的強(qiáng)弱對比可以粗略地分析風(fēng)暴潮過程強(qiáng)弱。客觀環(huán)流類型和環(huán)流指數(shù)，可以為風(fēng)暴潮個(gè)例的對比分析提供客觀依據(jù)。