渤海災(zāi)害性海浪特征分析

張薇，高山，訚忠輝，黃蕊，郭敬天

（山東省海洋生態(tài)環(huán)境與防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，國家海洋局北海預(yù)報(bào)中心，山東青島266033）

渤海災(zāi)害性海浪特征分析

張薇，高山，訚忠輝，黃蕊，郭敬天

（山東省海洋生態(tài)環(huán)境與防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，國家海洋局北海預(yù)報(bào)中心，山東青島266033）

渤海是我國的北方內(nèi)海，海洋捕撈、海上航運(yùn)、石油平臺(tái)等海洋生產(chǎn)活動(dòng)頻繁，幾乎每年都有由災(zāi)害性海浪引起的海難事件發(fā)生，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。利用渤海周邊10個(gè)波浪觀測(cè)站40余年的海浪觀測(cè)資料，進(jìn)行了災(zāi)害性海浪特征分析和海浪致災(zāi)原因分析，給出了渤海災(zāi)害性海浪的時(shí)、空變化和分布特征，并對(duì)海浪災(zāi)害致災(zāi)原因進(jìn)行天氣學(xué)分析。結(jié)果表明：渤海災(zāi)害性海浪季節(jié)和區(qū)域特征明顯，冬季多發(fā)于渤海海峽和萊州灣，一般強(qiáng)度較強(qiáng)；夏季多發(fā)于遼東灣和渤海灣，強(qiáng)度較弱。

渤海；災(zāi)害性海浪；波高；分布特征

1 引言

大洋上的災(zāi)害性海浪一般是指海上有效波高達(dá)到6 m及以上的波高[1]，但在中國近海尤其是渤海，一般4 m以上的有效波高就能形成災(zāi)害?？紤]到近岸海洋站觀測(cè)波浪一般小于海上波高實(shí)況，本文采用海洋站大于3 m的H1/10波高作為判斷災(zāi)害性海浪的標(biāo)準(zhǔn)。

災(zāi)害性海浪會(huì)掀翻船只、摧毀海上工程和設(shè)施，給海上生產(chǎn)和作業(yè)造成較大威脅。在渤海每年都有大的災(zāi)害性海浪事件發(fā)生，例如：1997年8月20日，受9711號(hào)臺(tái)風(fēng)影響，渤海出現(xiàn)了4—5 m的巨浪區(qū)，在天津港錨地實(shí)測(cè)平均波高達(dá)到3.5 m，天津港碼頭5000多噸氧化鋁被海水浸泡損失近千萬美元，停在碼頭上高級(jí)轎車也被海浪卷入海中；漢沽區(qū)有3處海堤出現(xiàn)決口，蝦池被沖，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失；1999年11月24日，山東煙臺(tái)市“大舜”客貨滾裝船在距煙臺(tái)牟平養(yǎng)馬島5n mile處海面失火后，被巨浪推翻，造成死亡、失蹤280人的的特大海難事故，震驚全國；2007年3月3—6日，在強(qiáng)冷空氣和溫帶氣旋的配合影響下，渤海沿海的遼寧、河北、天津、山東4?。ㄊ校┰馐艿讲煌潭鹊暮＠藶?zāi)害，其中山東、遼寧等省出現(xiàn)人員傷亡和嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。

渤海災(zāi)害性海浪主要是由熱帶氣旋、溫帶氣旋和冷空氣等天氣系統(tǒng)引起的，由于每年北上的熱帶氣旋數(shù)量較少，在影響渤海的天氣系統(tǒng)中以冷空氣和溫帶氣旋為主。

孫立娟等[2]采用1973—1982年10年的波浪觀測(cè)資料進(jìn)行了波高的統(tǒng)計(jì)分析，給出了各級(jí)波高的出現(xiàn)頻率，認(rèn)為大浪以上波高出現(xiàn)機(jī)率為15.2%，多出現(xiàn)在冬半年。張鋼[3]以概述的形式給出了渤海的各季節(jié)平均波高和主要浪向。許富祥等[4]統(tǒng)計(jì)了1966—1990年大于6 m的海浪資料，給出了渤海各海區(qū)的大浪發(fā)生次數(shù)。

本文利用1962—2007年間共46年的海洋站觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)渤海的災(zāi)害性海浪特征進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和分析，并對(duì)各海區(qū)災(zāi)害性海浪的產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析。

本文所涉北隍城、老虎灘等10個(gè)海洋站的波浪觀測(cè)資料，最早的波浪觀測(cè)開始于1962年，個(gè)別站如蓬萊、溫坨子、塘沽開始于上世紀(jì)80年代，蓬萊站于1997年撤點(diǎn)，停止了波浪觀測(cè)。所有觀測(cè)資料均經(jīng)過了預(yù)審、初審和報(bào)審三級(jí)審核程序，并在使用過程中進(jìn)行了嚴(yán)格的質(zhì)量控制。各站統(tǒng)計(jì)資料年限見表1。

表1 海洋站波浪資料統(tǒng)計(jì)年限

2 災(zāi)害性海浪時(shí)空特征分析

2.1 災(zāi)害性海浪過程統(tǒng)計(jì)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，渤海各海域中北隍城出現(xiàn)的災(zāi)害性海浪次數(shù)最多，46年間大于3 m波高出現(xiàn)次數(shù)達(dá)731次，年均15.9次，大于4 m波高出現(xiàn)次數(shù)為342次，年均7.4次，大于5 m波高出現(xiàn)次數(shù)為155次，年均3.4次；龍口出現(xiàn)的災(zāi)害性海浪次數(shù)次之，其中大于3 m波高出現(xiàn)次數(shù)為332次，年均7.2次，大于4 m波高出現(xiàn)次數(shù)為76次，年均1.7次，大于5 m波高出現(xiàn)次數(shù)為5次，年均小于1次。其它各站大于3 m的災(zāi)害性海浪過程年均出現(xiàn)次數(shù)均不到1次（見表2）。

表2 大于3 m波高災(zāi)害性海浪過程出現(xiàn)次數(shù)統(tǒng)計(jì)表

2.2 災(zāi)害性海浪過程年際變化特征

渤海海域?yàn)?zāi)害性海浪每年出現(xiàn)次數(shù)有所不同，并且呈現(xiàn)明顯的區(qū)域特征。

北隍城每年都有若干次災(zāi)害性海浪事件發(fā)生，最多時(shí)一年出現(xiàn)34次，龍口除了1962年和1963年外每年都有災(zāi)害性海浪事件發(fā)生，最多時(shí)出現(xiàn)16次。

秦皇島、芷錨灣、葫蘆島、鲅魚圈、老虎灘每年出現(xiàn)災(zāi)害性海浪的次數(shù)很少，最多時(shí)一年中出現(xiàn)1—2次，大多數(shù)年份沒有過程出現(xiàn)。

塘沽、蓬萊、溫坨子時(shí)間序列較短，從已有資料來看，出現(xiàn)災(zāi)害性海浪事件的年份并不多，并且每年都在1—2次左右，出現(xiàn)最多的是塘沽，1985年出現(xiàn)了4次（見圖1）。

圖1 各站逐年出現(xiàn)的災(zāi)害性海浪過程次數(shù)

從圖1中還可以得出：以北隍城為代表的渤海海峽是最易產(chǎn)生災(zāi)害性海浪的海域，其次為龍口為代表的萊州灣海域，這兩個(gè)海域發(fā)生災(zāi)害性海浪次數(shù)遠(yuǎn)高于渤海其他各海域，遼東灣發(fā)生災(zāi)害性海浪過程最少，平均幾年才發(fā)生一次；

渤海災(zāi)害性海浪具有明顯的年際變化特征，尤其北隍城和龍口海域最為顯著。北隍城在上世紀(jì)80年代以前，每年都有二、三十次的災(zāi)害性海浪過程出現(xiàn)，80年代到90年代中期次數(shù)有所回落，1995年僅有2次過程出現(xiàn)，90年代后期到2007年每年出現(xiàn)次數(shù)略有上升，維持在10次左右。龍口在上世紀(jì)90年代前每年災(zāi)害性海浪過程都在10次上下，90年代至今發(fā)生次數(shù)明顯減少，其中2001—2007年7年間共出現(xiàn)4次災(zāi)害性海浪過程。

2.3 災(zāi)害性海浪過程季節(jié)變化特征

渤海地處中緯度地區(qū)，季風(fēng)作用明顯。由于渤海為半封閉型內(nèi)海，岸線曲折，海岸朝向復(fù)雜多變，不同區(qū)域?yàn)?zāi)害性海浪季節(jié)特征差異較大。

本文統(tǒng)計(jì)了46年間各站逐月的災(zāi)害性海浪發(fā)生次數(shù)（見圖2）?？梢钥闯?，渤海海域的災(zāi)害性海浪過程中，渤海海峽多出現(xiàn)在冬半年，集中在10月份到次年3月份之間，夏季很少出現(xiàn)；萊州灣以11月份最多，6、7月份最少；遼東灣則多出現(xiàn)在夏季，集中在5—10月份，冬季很少出現(xiàn)；渤海灣多出現(xiàn)在春夏之交，集中在3—6月份。

圖2 各海洋站災(zāi)害性海浪過程逐月出現(xiàn)次數(shù)

2.4 最大波高分布特征

統(tǒng)計(jì)中發(fā)現(xiàn)，遼東灣和渤海灣最大波高只有3—4 m，萊州灣的龍口站出現(xiàn)了7.2 m的最大波高，渤海海峽波高遠(yuǎn)大于其他海區(qū)，北隍城出現(xiàn)的最大波高達(dá)13.9 m。從出現(xiàn)時(shí)間上看，北隍城最大波高出現(xiàn)時(shí)間為冬春交替時(shí)期，龍口最大波高出現(xiàn)時(shí)間為冬季，遼東灣最大波高出現(xiàn)時(shí)間為夏季，渤海灣為春季。具體出現(xiàn)時(shí)間和最大波高值見表3。

表3 各站最大波高、出現(xiàn)時(shí)間以及對(duì)應(yīng)天氣系統(tǒng)

3 渤海各海區(qū)誘發(fā)災(zāi)害性海浪過程天氣形勢(shì)分析

引發(fā)渤海灣、遼東灣災(zāi)害性海浪過程的天氣系統(tǒng)多為氣旋，渤海海峽、萊州灣的大浪基本是由冷空氣過程引起的。這與3.3中災(zāi)害性海浪的季節(jié)分布特征基本一致。不難看出，這些不同區(qū)域的典型天氣系統(tǒng)引發(fā)的災(zāi)害性海浪不僅次數(shù)多，而且強(qiáng)度強(qiáng)。從表3中最大波高的出現(xiàn)時(shí)間也可以看到這一現(xiàn)象。

遼東灣位于渤海的北部，呈東北—西南走向，氣旋和冷空氣都可對(duì)其產(chǎn)生影響。該區(qū)受冷空氣影響較其他系統(tǒng)頻繁，并且強(qiáng)度大，但冷空氣影響時(shí)由于多為偏北向風(fēng)，風(fēng)區(qū)較短，海浪不能得以充分成長(zhǎng)，產(chǎn)生的海浪波高都不大，災(zāi)害性海浪過程次很少。夏季臺(tái)風(fēng)北上也可能造成該區(qū)的大浪，但次數(shù)極少，年均不到一次。

渤海灣位于渤海西部，冷空氣、溫帶氣旋和北上的熱帶氣旋等天氣系統(tǒng)均可對(duì)其產(chǎn)生影響，各類過程中以冷空氣次數(shù)偏多，尤以冷空氣與溫帶氣旋相配合者最重。由于渤海灣灣口朝東，海面吹刮東到東北向大風(fēng)時(shí)產(chǎn)生大浪的幾率較大。

萊州灣位于渤海南部，受冷空氣和氣旋影響次數(shù)均較多，冷空氣與溫帶氣旋相配合的天氣系統(tǒng)對(duì)其影響最大。由于該系統(tǒng)導(dǎo)致的偏北向風(fēng)風(fēng)區(qū)較長(zhǎng)，海浪得以充分成長(zhǎng)，極易引發(fā)該海區(qū)的災(zāi)害性海浪過程。

渤海海峽為渤海的口門，海域狹窄且水深較深，狹管效應(yīng)使該區(qū)域平均風(fēng)力大于渤海其他海區(qū)，因此，該海域是整個(gè)渤海海區(qū)中災(zāi)害性海浪過程最多、最強(qiáng)的區(qū)域。由于冬季的渤海海峽冷空氣頻繁，西北向、東北向大風(fēng)出現(xiàn)次數(shù)較多，并且維持時(shí)間長(zhǎng)，相應(yīng)出現(xiàn)的災(zāi)害性海浪過程也多。如強(qiáng)冷空氣前有渤海低壓配合，則作用于該海域風(fēng)場(chǎng)會(huì)更強(qiáng)，產(chǎn)生的浪高會(huì)更大。如2007年3月4—5日受寒潮和溫帶氣旋的共同作用，北隍城海洋站監(jiān)測(cè)到6.3 m的最大波高。

4 典型個(gè)例

通過分析可以看出，渤海各海區(qū)中，萊州灣和渤海海峽發(fā)生的災(zāi)害性海浪頻數(shù)最高，并且強(qiáng)度強(qiáng)。引起的天氣形勢(shì)主要為冷空氣過程，有低壓配合時(shí)強(qiáng)度更強(qiáng)。近年來渤海最強(qiáng)的一次災(zāi)害性海浪過程發(fā)生在2007年3月，天氣系統(tǒng)就是強(qiáng)冷空氣與氣旋配合，下面以北隍城海浪觀測(cè)數(shù)據(jù)為例分析此次過程對(duì)該海域的影響。過程天氣形勢(shì)見圖3。

圖3 2007年3月4—5日強(qiáng)冷空氣和氣旋過程地面形勢(shì)圖

3月3日14時(shí)，低壓倒槽逐漸北上。渤海海域東北風(fēng)風(fēng)力開始逐漸增大，主要以東北風(fēng)為主。20時(shí)，低壓區(qū)域逐漸開始閉合形成低壓中心，并繼續(xù)北移。4日02時(shí)，低壓中心已經(jīng)閉合，形成氣旋，強(qiáng)度加大，渤海海域等壓線變得十分密集，風(fēng)向以東到東北風(fēng)為主，風(fēng)力可達(dá)6—7級(jí)。3月4日08時(shí)，受高壓前部和氣旋的共同作用，渤海、黃海北部海域風(fēng)向開始轉(zhuǎn)為北風(fēng)，并且風(fēng)力繼續(xù)增強(qiáng)。14時(shí)，渤海出現(xiàn)9—10級(jí)大風(fēng)，浪高4—5 m。20時(shí),渤海持續(xù)9—10級(jí)大風(fēng)，在大風(fēng)的連續(xù)作用下，波高增大到5—7 m。2007年3月3—6日北隍城海洋站實(shí)測(cè)波高見圖4。

圖4 2007年3月3—5日北隍城過程實(shí)況波高

本次過程中渤海海域的主要風(fēng)向?yàn)闁|北轉(zhuǎn)北風(fēng)，對(duì)于萊州灣和渤海海峽風(fēng)區(qū)較長(zhǎng)，由于氣旋移動(dòng)緩慢，致使此次過程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，在足夠風(fēng)區(qū)和風(fēng)時(shí)的共同作用下，海浪得到充分成長(zhǎng)，導(dǎo)致了此次災(zāi)害性海浪過程的發(fā)生。

5 討論與結(jié)論

（1）渤海岸線曲折，海岸朝向復(fù)雜，災(zāi)害性海浪分布區(qū)域性顯著，主要集中在渤海海峽和萊州灣，渤海灣和遼東灣發(fā)生次數(shù)和強(qiáng)度均小于渤海海峽和萊州灣；

（2）渤海不同海區(qū)災(zāi)害性海浪有明顯的季節(jié)分布特征，渤海海峽、萊州灣海域?yàn)?zāi)害性海浪過程多集中在冬季，遼東灣、渤海灣則多集中在夏季；

（3）引發(fā)渤海災(zāi)害性海浪的天氣系統(tǒng)主要是熱帶氣旋、溫帶氣旋和冷空氣。其中引發(fā)渤海海峽、萊州灣海域?yàn)?zāi)害性海浪的天氣系統(tǒng)主要為冷空氣過程，有氣旋配合時(shí)強(qiáng)度更大；引發(fā)遼東灣、渤海灣海域?yàn)?zāi)害性海浪的天氣系統(tǒng)主要為溫帶氣旋過程，一般強(qiáng)度偏弱。

[1]許富祥,吳學(xué)軍.災(zāi)害性海浪危害及分布[J].海事博覽,2007,4：65-66.

[2]孫立娟,高超.黃渤海風(fēng)浪氣候統(tǒng)計(jì)分析[J].世界海運(yùn),2004,27 (3)：17-18.

[3]張鋼.渤海災(zāi)害性天氣與航行安全[J].青島遠(yuǎn)洋船員學(xué)院學(xué)報(bào), 2004,25(4)：12-15.

[4]許富祥,余宙文.中國近海及其臨近海域?yàn)?zāi)害性海浪監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)[J].海洋預(yù)報(bào),1998,15(3)：63-68.

Characteristics of the disastrous wave in the Bohai Sea

ZHANG Wei,GAO shan,YIN Zhong-hui,HUANG Rui,GUO Jing-tian
(Shandong Provincial Key Laboratory of Marine Ecology and Environment&Disaster Prevention and Mitigation,North China Sea Marine Forecasting Center of SOA,Qingdao 266033 China)

The Bohai Sea is an internal sea,with high frequent activities such as marine fishing,transportation, and petroleum development.Therefore,the disastrous waves are extremely dangerous and cause large economic losses and casualties almost every year in this area.Based on the 40-year length wave in situ data at 10 observational stations in the Bohai Sea,the characteristics of the disastrous waves are analyzed.Moreover,the contributions of synoptic situation to the disastrous waves are analyzed.The analysis results show that the seasonal and regional characteristics of the disastrous waves in the Bohai Sea are significant.In winter,the disastrous waves occur frequently in the Laizhou Bay and the Bohai Strait,and the intensity is relatively strong.However,the disastrous waves mainly occur in the Liaodong Bay and the Bohai Bay with relatively weak intensity in summer,.

the Bohai Sea;disastrous waves;wave height;distribution characteristics

book=297,ebook=297

P731

：A

：1003-0239（2012）05-0073-05

2011-10-14

海洋公益性科研專項(xiàng)（200905024-2，201005036-2）

張薇（1981-），女，工程師，主要從事海洋預(yù)報(bào)和災(zāi)害預(yù)警報(bào)工作。ppcha@163.com