摘要:本文主要探討研究了影響渤海海域海船航行安全的海洋環(huán)境因素,結(jié)合渤海特殊的地形地貌特征,總結(jié)了成山頭及渤海海域的海流、潮汐、風(fēng)浪和涌浪的分布特征及變化規(guī)律,系統(tǒng)分析了渤海海域大風(fēng)的天氣氣候特征和引起渤海大風(fēng)浪的主要天氣系統(tǒng)。從航海安全需要方面系統(tǒng)分析了成山頭海域附近及渤海海域的地形地貌特征,風(fēng)、浪、流、潮汐及風(fēng)暴潮等環(huán)境因子的分布狀況和變化規(guī)律。
關(guān)鍵詞:成山頭海域;航行安全;海洋環(huán)境;天氣系統(tǒng)
中圖分類號(hào):U676.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
Ship’s Safety and Security in Severe Weather around Chengshan Waters
SHEN Si lin,LU Dan
(Shanghai Maritime Academy Shanghai 200120,China)
Abstract:This article mainly discusses the impact of the Bohai Sea’s environmental factors on ship’s safety, and also describes the geomorphologic features of the Bohai Sea; summarizing the distribution and variation of Currents, tides, waves and surge around Chengshan waters; analyzing the climate characteristics of the Bohai Sea and big waves caused by major weather systems.
Key words:Chengshan waters;Navigation safety;Marine environment;the weather system
近年來(lái)中國(guó)船舶的數(shù)量大幅度增加,年增長(zhǎng)率達(dá)到16.5%,而海上氣象服務(wù)越來(lái)越得到船東和承運(yùn)人的重視,海洋氣象預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性好壞、海洋災(zāi)害性天氣的強(qiáng)烈作用,直接影響到船舶的航行安全、經(jīng)濟(jì)效益和海洋的環(huán)境保護(hù)。特別在成山頭附近海域的船舶在災(zāi)害性天氣頻繁發(fā)生的情況下保障船舶安全航行,船舶能正確地利用這些資料,并對(duì)這些資料的分析和研究,對(duì)海洋航行的船舶的安全性有了保障。研究成山頭海洋災(zāi)害性氣象要素,大風(fēng)、大浪和海霧對(duì)船舶安全的影響歷來(lái)受到航海者的重視造成船舶的碰撞、觸礁和擱淺等海上事故。
1災(zāi)害性天氣與船舶安全航行的關(guān)系
2004年2月2日,載有近1400人的埃及“薩拉姆98”號(hào)客輪在紅海海域沉沒(méi),釀成了震驚世界的重大海難。400多人生還,近800人失蹤。據(jù)悉,惡劣天氣是造成客輪沉沒(méi)的主要因素。這次海難再次引起了各國(guó)政府對(duì)船舶航行安全的高度關(guān)注。加強(qiáng)影響船舶航行安全因素分析及對(duì)策研究,確保船舶航行更安全,成為海事部門面臨的重要課題。
船舶安全一直是航運(yùn)界非常關(guān)注的問(wèn)題,長(zhǎng)期以來(lái),世界各海運(yùn)國(guó)家在船舶安全方面做了大量工作。然而,隨著近年來(lái)航運(yùn)業(yè)的快速發(fā)展,全球范圍內(nèi)的船舶碰撞、擱淺、火災(zāi)、爆炸、污染等事故屢屢發(fā)生,并造成了嚴(yán)重后果。綜合分析這些事故,可以發(fā)現(xiàn),影響船舶航行安全的因素主要有人為因素、船舶因素和環(huán)境因素三方面。
1.1人為因素
人為因素主要是船員的誤操作、責(zé)任心不強(qiáng)或人員素質(zhì)不高等造成的事故。人為因素主要表現(xiàn)為人的心理、生理、行為能力等方面存在缺陷或問(wèn)題,導(dǎo)致事故的發(fā)生成為可能。駕駛員還必需具備一定的航行經(jīng)驗(yàn)。STCW公約對(duì)船員發(fā)證時(shí)要求必需具備一定的海上服務(wù)資歷。
1.2船舶因素
船舶因素包括船舶本身和船舶管理兩方面。船舶質(zhì)量、船舶適航是船舶安全航行的前提。當(dāng)然,船舶自身因素還包括機(jī)艙各種消防和救生、機(jī)械電氣設(shè)備、安全措施、駕駛室的導(dǎo)航設(shè)備及各種自動(dòng)化系統(tǒng)等是否正常運(yùn)行等。通過(guò)強(qiáng)化公司的內(nèi)部管理和船舶的安全管理加以控制。
1.3環(huán)境因素
環(huán)境因素是指天氣、海況、水域等。也包括船舶自身環(huán)境。影響海運(yùn)安全的氣象海況條件包括海霧引起的低能見(jiàn)度、風(fēng)浪(海浪)、洋流和潮汐等。其中海浪和霧對(duì)航行船舶影響最大。海上是自由選擇航路的水域,但海域航道寬度、航道深度、航道彎曲角度、航道交叉狀況等對(duì)海運(yùn)安全有一定的影響。海域交通環(huán)境因素也非常重要。海域船舶交通流量、海域通航秩序是衡量海域交通環(huán)境的重要指標(biāo)。
2成山頭及附近海域?yàn)?zāi)害性的海洋環(huán)境分析
成山頭及渤海海域的主要災(zāi)害性天氣有寒潮、大風(fēng)、熱帶氣旋、龍卷風(fēng)及海霧等。由其引起各類的海況,如潮汐和風(fēng)暴潮、海浪、海流和海冰,其中海冰在成山頭及渤海海域影響比較小。但主要的是:潮汐和風(fēng)暴潮、海浪。
2.1成山頭及附近海域?yàn)?zāi)害性的海況要素
成山頭及渤海海域?yàn)?zāi)害性海況的形式多種多樣,有大范圍的和局部性之分,有周期性和非周期性之別,還有規(guī)則的和雜亂無(wú)章之異。歸結(jié)起來(lái),主要有潮汐和風(fēng)暴潮、海浪、海流以及海水混合等幾方面。
2.1.1風(fēng)暴潮
風(fēng)暴潮也叫“氣象海嘯”或“風(fēng)暴海嘯”。風(fēng)暴潮能否成災(zāi),在很大程度上取決于其最大風(fēng)暴潮位是否與天文潮高潮相疊,尤其是與天文大潮期的高潮相疊。當(dāng)然,也決定于受災(zāi)地區(qū)的地理位置、海岸形狀、岸上及海底地形,尤其是濱海地區(qū)的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)情況。如果最大風(fēng)暴潮位恰與天文大潮的高潮相疊,則會(huì)導(dǎo)致發(fā)生特大潮災(zāi),1992年8月28日至9月1日,受第16號(hào)強(qiáng)熱帶風(fēng)暴和天文大潮的共同影響,我國(guó)東部沿海發(fā)生了1949年以來(lái)影響范圍最廣、損失非常嚴(yán)重的一次風(fēng)暴潮災(zāi)害。風(fēng)暴潮、巨浪、大風(fēng)、大雨的綜合影響,使南自福建東山島,北到遼寧省沿海的近萬(wàn)公里的海岸線,遭受到不同程度的襲擊。由此可見(jiàn),風(fēng)暴潮是異常兇猛的自然災(zāi)害。加強(qiáng)風(fēng)暴潮的觀測(cè)與研究,提高風(fēng)暴潮的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率,對(duì)防潮抗災(zāi)具有重大的意義。
2.1.2海浪
船舶安全與海浪有著密切的關(guān)系。只有對(duì)海浪、船舶以及它們之間的關(guān)系有了比較清楚的認(rèn)識(shí),才能在航海實(shí)踐中有效的利用海浪的方法來(lái)指導(dǎo)我們的航海實(shí)踐,保證船舶的安全。
冬季因偏北風(fēng)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),風(fēng)力大,影響范圍廣,大浪、大涌(指波高≥2m)頻率都較高。大浪、大涌頻率均在20%以上。特別是濟(jì)州島以南形成大浪、大涌帶,頻率在30%以上,并出現(xiàn)石島以南。夏季偏南季風(fēng)風(fēng)力弱,持續(xù)時(shí)間短,大浪、大涌頻率較低,一般在15%以下。但在熱帶氣旋發(fā)展和經(jīng)過(guò)的海域,大浪、大涌頻率增大。成山頭及渤海海域年平均波高0.5~1.0m。
熱帶氣旋和寒潮影響下,成山頭及渤海海域最大波高達(dá)8~10m。黃海中部年平均波高1.3m,涌浪波高1.7m,熱帶氣旋入侵時(shí)最大波高可達(dá)7~8m。黃海南部,年平均風(fēng)浪波高1.0m,涌浪波高1.3m。5~6月和9~10月為黃海海浪最小時(shí)期,海面比較平靜。
2.1.3海流
渤海、黃海的海流,總的來(lái)看有兩大流系—外海流系及沿岸流系。兩大流系的消長(zhǎng)構(gòu)成了渤海、黃海、東海的環(huán)流。外海流系由黑潮及其分支—臺(tái)灣暖流、對(duì)馬暖流及黃海暖流組成,因它給本海區(qū)帶來(lái)高溫、高鹽的大洋水,故有外海流系之稱。沿岸流系由江河入海的徑流、春季融冰以及盛行季風(fēng)所產(chǎn)生的風(fēng)海流等組成。流動(dòng)范圍主要在中國(guó)沿岸和朝鮮半島西岸。
2.2成山頭及附近海域?yàn)?zāi)害性氣象要素
多年常見(jiàn)的和特有的大氣物理現(xiàn)象和變化過(guò)程。成山頭及附近海域?yàn)?zāi)害性天氣可以概括為三大類:一是鋒面氣旋或氣旋族所帶來(lái)的狂風(fēng)惡浪天氣;二是大范圍長(zhǎng)時(shí)間的濃霧天氣;三是局部海域冰情嚴(yán)重。
2.2.1鋒面氣旋或氣旋族所帶來(lái)的狂風(fēng)惡浪天氣
形成和活動(dòng)于成山頭海域附近及渤海海域的氣旋大都是和鋒面相結(jié)合的氣旋,即鋒面氣旋。這種鋒面氣旋常常不是單個(gè)地產(chǎn)生,有時(shí)會(huì)在一條鋒線上出現(xiàn)一連串的氣旋,沿鋒線順次移動(dòng)。
就整個(gè)成山頭海域附近及渤海海域而言,鋒面氣旋或氣旋族的天氣現(xiàn)象以冬、春季節(jié)最為盛行,這時(shí)鋒面氣旋或氣旋族的強(qiáng)度大、頻率高、受影響的范圍廣;相對(duì)來(lái)說(shuō),在夏秋季,鋒面氣旋或氣旋族出現(xiàn)較少,且位置偏北。影響成山頭海域附近及渤海海域的鋒面氣旋或氣旋族主要來(lái)自歐亞大陸、中國(guó)沿海。甚至影響到成山頭海域附近及渤海海域,造成惡劣的天氣現(xiàn)象,大多數(shù)情況下都有鋒面霧產(chǎn)生,因此在這一區(qū)域航行的船舶,能見(jiàn)度會(huì)很差。
成山頭及渤海海域海區(qū)冬季大風(fēng)天氣和雨雪過(guò)程都與冬季風(fēng)的爆發(fā)相聯(lián)系。冬季多盛行偏北風(fēng),6級(jí)以上的大風(fēng)日數(shù),成山頭及渤海海域中部一帶平均每年為50-60天,遼東灣和萊州灣為60-80天,成山頭及渤海海域海峽一帶為80-100天。
2.2.2成山頭及渤海海域發(fā)生濃霧
成山頭及渤海海域海霧主要出現(xiàn)在4~7月,東部(包括成山頭及渤海海域海峽)海霧較多,西部較少。西部沿岸年平均霧日5~13天;海峽地區(qū)15~37天/年,尤以海峽中部為最,霧日多達(dá)74天/年。成山頭及渤海海域的海霧的特點(diǎn)具有:
濃度大和厚度厚,特別是在海上出現(xiàn)海霧時(shí),水汽充沛,霧滴濃密,有時(shí)伴有毛毛雨。嚴(yán)重影響船舶駕駛?cè)藛T的正常了望、物標(biāo)定位和天體定位。
海霧在一天中任何時(shí)刻都可形成或消散,在沿岸的平流有明顯的日變化,一般早晚濃,中午前后濃度一般較稀,而在大洋中的海霧,其生成的時(shí)間及濃度沒(méi)有明顯的日變化。
持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),在該海域所形成的海霧,持續(xù)時(shí)間一般都在2—3天,有時(shí)達(dá)4天。
水平范圍廣,通??蛇_(dá)數(shù)百,甚至數(shù)千公里,形成大片的霧區(qū)。1988年6月10日一次海霧使整個(gè)黃海海域籠罩在同一片霧中。隨風(fēng)漂移,常伴有較多的層云,并向下風(fēng)方向擴(kuò)展。當(dāng)條件適當(dāng)時(shí),海霧可以登陸并會(huì)深入內(nèi)陸幾十公里。
成山頭及渤海海域海霧的時(shí)間分布和地理分布為:中國(guó)近海是太平洋上多霧海區(qū)之一,從冬季到夏季,中國(guó)近海的霧逐漸北移,即:北起成山頭及渤海海域,南至北部灣,大致顯帶狀分布。霧區(qū)范圍和數(shù)量具有南窄、北寬,南少、北多的特點(diǎn),南部寬度約100—200km,舟山群島一帶寬度將達(dá)400km左右,黃海在6—7月份整個(gè)海域幾乎都是霧區(qū)。
2.2.3成山頭及附近海域的幾種大風(fēng)天氣形勢(shì)
根據(jù)天氣分析預(yù)報(bào)實(shí)踐,我國(guó)常見(jiàn)的大風(fēng)有冷鋒后偏北大風(fēng),高壓后部偏南大風(fēng),低壓大風(fēng),以及臺(tái)風(fēng)大風(fēng)和雷雨冰雹大風(fēng)等。臺(tái)風(fēng)大風(fēng),雷雨冰雹大風(fēng)已在有關(guān)章節(jié)作了介紹,這里主要介紹其余三種大風(fēng)的特點(diǎn)和預(yù)報(bào)方法。
1)冷鋒后偏北大風(fēng)
冷鋒后偏北大風(fēng),出現(xiàn)在冷鋒后高壓前沿氣壓梯度最大(等壓線最密集)的地方。這種大風(fēng),春季最多,冬季和秋季次之,夏季最少。這種大風(fēng)多在春季出現(xiàn),以我國(guó)東北、華北、華東等地區(qū)最為常見(jiàn)。出現(xiàn)偏南大風(fēng)時(shí)的氣壓場(chǎng)多是“南高北低”或“東高西低”的形勢(shì)。東北地區(qū)南部、成山頭及渤海海域和黃海北部出現(xiàn)偏南大風(fēng)的形勢(shì)為“南高北低”型;東部沿海出現(xiàn)偏南大風(fēng)的形勢(shì)為“東高西低”型。經(jīng)驗(yàn)表明,當(dāng)高壓后部有強(qiáng)烈暖平流時(shí),有利于產(chǎn)生偏南大風(fēng)。
2)低壓大風(fēng)
低壓大風(fēng)即在低壓發(fā)展加深時(shí)在低壓周圍氣壓梯度最大地區(qū)出現(xiàn)的大風(fēng)。在我國(guó)經(jīng)常出現(xiàn)大風(fēng)的低壓系統(tǒng)有東北低壓、江淮氣旋、東海氣旋等。在我國(guó)的東北地區(qū),長(zhǎng)江中下游、東海和黃海海面上,經(jīng)常出現(xiàn)低壓大風(fēng)。這種大風(fēng),一年四季都有,但以春季最多,對(duì)航運(yùn)、漁業(yè)生產(chǎn)影響很大。
低壓大風(fēng)的預(yù)報(bào)應(yīng)著重抓低壓的發(fā)展加深。因海上摩擦力小,這種大風(fēng)多在氣旋入海后出現(xiàn),因此應(yīng)特別注意低壓入海后的動(dòng)向。如果在預(yù)報(bào)時(shí),低壓周圍沒(méi)有出現(xiàn)大風(fēng),則需應(yīng)用形勢(shì)預(yù)報(bào)方法預(yù)報(bào)低壓未來(lái)的發(fā)展變化。若預(yù)報(bào)低壓發(fā)展加深,則應(yīng)預(yù)報(bào)有大風(fēng)。
2.3建立成山頭附近海域海霧和海浪預(yù)報(bào)方程:
2.3.1海域海霧預(yù)報(bào)方程:
Y=-19.6+0.165X1-0.093X2-0.022X3+0.094X4+0.37X5
預(yù)報(bào)結(jié)果:預(yù)報(bào)有霧,歷史概括率為77%,預(yù)報(bào)無(wú)霧,歷史概括率為85%,其總歷史概括率為81%。用上述兩組方程進(jìn)行綜合預(yù)報(bào),預(yù)報(bào)有霧,無(wú)霧,然后在預(yù)報(bào)有霧的情況下,區(qū)分輕霧和大霧,綜合作出無(wú)霧、輕霧、大霧的預(yù)報(bào),其歷史概括率為:預(yù)報(bào)無(wú)霧:85%,預(yù)報(bào)輕霧:66%,預(yù)報(bào)大霧:68%;沿海海霧預(yù)報(bào)方程,選用1999年10月到2000年4月共計(jì)178個(gè)樣本,利用數(shù)值產(chǎn)品資料,優(yōu)迭預(yù)報(bào)因子,建立蘇北中南部沿海海霧MOs法預(yù)報(bào)方程:
Y=53.2-0.06X1+0.056X2-0.017X3+0.0015X4-0.0039X5
式中X1,X2,X3,X4,X5分別為地面氣壓850hPa的高度,溫度,溫度露點(diǎn)差,風(fēng)速。回歸方程的信度通過(guò)0.5%以上的F檢驗(yàn)。當(dāng)Y=O.5作為蘇北中南部沿海大霧指標(biāo)。其擬合率為90%。
2.3.2海域海浪預(yù)報(bào)方程
各種大風(fēng)浪中船舶安全性評(píng)估方法比較分析,利用船舶主要今數(shù)來(lái)表達(dá)耐波性指數(shù)進(jìn)而評(píng)估船舶的安全性。用簡(jiǎn)明的數(shù)學(xué)關(guān)系式直接聯(lián)系起來(lái)船舶耐波性指數(shù)R與上述逐個(gè)參數(shù)間存在簡(jiǎn)單的線性關(guān)系.經(jīng)過(guò)對(duì)20艘有代表性的艦船的計(jì)算分析,通過(guò)多元回歸法得到下式:
R=8.422+45.104Cwf+10.078C-378.465d/L+1.273C/L-23.501C-15.88750
歸納起來(lái),大風(fēng)浪中船舶安全性的評(píng)估方法主要有以下幾種:
通過(guò)對(duì)重要單項(xiàng)指標(biāo),諸如海浪高度,波長(zhǎng),周期,風(fēng)級(jí)和甲板淹濕等,來(lái)評(píng)估船舶安全性的方法有較高的實(shí)用價(jià)值.但是,考慮到船舶安全性的標(biāo)準(zhǔn)是諸多方面的,故此方法在考慮影響航海安全的因素方面似乎有些不夠全面。
3成山頭及渤海海域海洋災(zāi)害性天氣下船舶的安全航行
成山頭及渤海海域冬春季節(jié)氣候多變,海況惡劣,是災(zāi)害性事故多發(fā)時(shí)節(jié)。船舶冬季在海上航行,或多或少會(huì)遇到大風(fēng)浪或惡劣天氣,若采取的安全措施不當(dāng),或船員操作失誤、機(jī)械設(shè)備故障、船體結(jié)構(gòu)失常、貨物積載綁扎不穩(wěn)等,都可能引發(fā)船舶碰撞、進(jìn)水、貨物移動(dòng)乃至船毀人亡的重大惡性事故。
3.1大風(fēng)浪中船舶的航行安全
大風(fēng)浪是船舶安全航行的大敵.由于在大風(fēng)浪中準(zhǔn)備不足,操作不慎,處置不力導(dǎo)致船損人亡的案例屢見(jiàn)不鮮,但大風(fēng)浪也不是不可戰(zhàn)勝的,因其有自身的客觀規(guī)律性,我們?cè)诒WC船舶具有足夠適航性的同時(shí),將船舶本身具有的性能與當(dāng)時(shí)的外界風(fēng)浪條件協(xié)調(diào)起來(lái),針對(duì)風(fēng)浪對(duì)船體的作用情況進(jìn)行良好的操船就可達(dá)到安全的目的。
3.1.1戰(zhàn)勝大風(fēng)浪的因素
在大風(fēng)浪中航行,船員必須牢牢掌握主動(dòng)權(quán)。要樹(shù)立“人定勝天”的思想,爭(zhēng)取并充分利用一切的有利因素,努力避免船舶陷入被動(dòng)而形成險(xiǎn)局。保持良好穩(wěn)性,增強(qiáng)船舶抗傾覆能力。積載要合理,GM值要適當(dāng)。穩(wěn)性太小,恢復(fù)力矩就小,遇橫浪容易發(fā)生傾覆;穩(wěn)性太大,船搖擺劇烈,人容易疲勞,設(shè)備容易損壞,貨物容易移位。在操縱上要優(yōu)化航向、航速,不使船舶劇烈搖蕩,特別要防止船舶橫搖周期與波浪周期一致而引起諧振,加劇橫搖幅度的現(xiàn)象出現(xiàn)。
3.1.2防止大風(fēng)浪中調(diào)頭轉(zhuǎn)向
大風(fēng)浪中的船舶操縱,是指風(fēng)力在7、8級(jí)以上時(shí)的航行操作。船舶遭遇熱帶風(fēng)暴、臺(tái)風(fēng)以及強(qiáng)勁的東北季風(fēng)、西南季風(fēng)和局部惡劣氣候時(shí),都會(huì)遇到這個(gè)問(wèn)題。船舶在大風(fēng)浪中航行,無(wú)論與風(fēng)浪處于何種相對(duì)位置,都會(huì)給船舶帶來(lái)操縱上的困難。如何操縱才能確保航行安全,應(yīng)根據(jù)當(dāng)時(shí)的實(shí)際海況和本船的具體情況謹(jǐn)慎采取如下不同的航行方法。
要把握好調(diào)頭轉(zhuǎn)向的合適時(shí)機(jī),根據(jù)波浪運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,三、四個(gè)大浪之后會(huì)接著七、八個(gè)小浪,俗稱“三大八小”,此時(shí)海面相對(duì)比較平靜,這正是調(diào)頭轉(zhuǎn)向的好時(shí)機(jī)。
3.2霧航中安全航行
分析研究霧航中駕駛員、船長(zhǎng)應(yīng)注意的問(wèn)題.對(duì)于保證船舶霧中航行安全,預(yù)防事故發(fā)生具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。霧中航行應(yīng)注意以下幾點(diǎn):謹(jǐn)慎駕駛,熟練地運(yùn)用雷達(dá)進(jìn)行導(dǎo)航和避讓;及時(shí)調(diào)整航線的離岸距離;在霧中航行不能單憑霧號(hào)的聲音大小或有無(wú)來(lái)判斷船舶航行安全情況;充分掌握雷達(dá)和ARPA的性能,并合理運(yùn)用;成山頭及渤海海域的共同特點(diǎn)是船舶通航密度大、水域受限、風(fēng)流壓大、橫交渡輪和機(jī)帆漁船多。保持正規(guī)了望,正確使用雷達(dá);嚴(yán)格采取各項(xiàng)霧航措施,執(zhí)行霧航規(guī)定,采用安全航速,以便對(duì)局面和碰撞危險(xiǎn)作出充分的估算;嚴(yán)格遵守國(guó)際海上避碰規(guī)則,避免出現(xiàn)緊迫局面。
4結(jié)束語(yǔ)
本文在收集大量成山頭及渤海海域海洋環(huán)境資料的基礎(chǔ)上,從航海安全需要方面系統(tǒng)分析了成山頭海域附近及渤海海域的地形地貌特征,風(fēng)、浪、流、潮汐及風(fēng)暴潮等環(huán)境因子的分布狀況和變化規(guī)律。研究了能引起成山頭海域附近及渤海海域大風(fēng)的幾種主要天氣系統(tǒng),總結(jié)出了造成成山頭海域附近及渤海海域大風(fēng)的幾種典型的天氣形勢(shì)。
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