遼東灣西部海島大風(fēng)規(guī)律研究

王玉國(guó) 徐夢(mèng)陽(yáng)

(中國(guó)人民解放軍92493 部隊(duì)21 分隊(duì)，遼寧 葫蘆島 125000)

0 引言

菊花島位于遼東灣西部海域，是渤海最大的海島，距大陸約15 公里，該站氣象觀測(cè)資料具有良好的海區(qū)代表性。大風(fēng)是海上和沿海地區(qū)的危險(xiǎn)性天氣之一，大風(fēng)及其帶來(lái)的大浪、風(fēng)暴潮嚴(yán)重影響艦船航行、海上生產(chǎn)活動(dòng)和沿岸工程設(shè)施安全，甚至造成重大的生命財(cái)產(chǎn)損失。1997年8月“9711”號(hào)熱帶氣旋進(jìn)入渤海后再次加強(qiáng)，菊花島氣象站出現(xiàn)了38m/s 的NNE 瞬時(shí)大風(fēng)，成為該站的風(fēng)速極值，其帶來(lái)的大風(fēng)大浪和風(fēng)暴潮致使葫蘆島港碼頭被淹，受損嚴(yán)重。2003年10月的一次強(qiáng)寒潮天氣過(guò)程，渤海北部出現(xiàn)了9 級(jí)陣風(fēng)11 級(jí)的東北大風(fēng)，致使一貨輪沉沒(méi)，船上19 人全部遇難。研究大風(fēng)的特征和變化規(guī)律，對(duì)提高大風(fēng)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率，減少海上大風(fēng)大浪的危害具有十分重要的意義。

1 資料與統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

本文選用的資料為菊花島氣象站2003-2012年每日16 個(gè)時(shí)次（夜間每3 小時(shí)、白天每1 小時(shí)一次）的地面氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，包括風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、氣壓等。

大風(fēng)日的標(biāo)準(zhǔn)：在整點(diǎn)地面觀測(cè)出現(xiàn)大于等于17m/s 的大風(fēng)或在非整點(diǎn)出現(xiàn)大于等于17m/s 的陣風(fēng)，即把該天定為一個(gè)大風(fēng)日。大風(fēng)持續(xù)天數(shù)即大風(fēng)從開(kāi)始到結(jié)束的天數(shù)。大風(fēng)持續(xù)時(shí)數(shù)即從整點(diǎn)出現(xiàn)大于等于17m/s 大風(fēng)開(kāi)始到結(jié)束的時(shí)數(shù)，如果中間個(gè)別時(shí)次小于17m/s，但不超過(guò)6 個(gè)時(shí)次，仍計(jì)算為大風(fēng)持續(xù)時(shí)數(shù)。對(duì)于陣性大風(fēng)，持續(xù)天數(shù)統(tǒng)計(jì)時(shí)考慮，持續(xù)時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)時(shí)不作考慮。為便于大風(fēng)分類(lèi)和分析，結(jié)合本地大風(fēng)風(fēng)向特點(diǎn)（沒(méi)有東、西向大風(fēng)），把風(fēng)向?yàn)閃NW、NW、NNW、N、NNE、NE、ENE 的大風(fēng)統(tǒng)稱為北大風(fēng)，把風(fēng)向?yàn)閃SW、SW、SSW、S、SSE、SE、ESE 的大風(fēng)統(tǒng)稱為南大風(fēng)。

2 遼東灣西部海島大風(fēng)的變化規(guī)律

2.1 年際變化規(guī)律

該站大風(fēng)多發(fā)，年平均大風(fēng)日數(shù)為42.0d，占總觀測(cè)日數(shù)的11.5℅，其中北大風(fēng)日數(shù)平均為30.3d，占大風(fēng)總?cè)諗?shù)的72℅，南大風(fēng)日數(shù)平均為11.7d，占大風(fēng)總?cè)諗?shù)的28℅。該地大風(fēng)年際變化差異大（如圖1），2010、2011年的大風(fēng)日數(shù)較多，各有58d，而2003年的大風(fēng)日數(shù)較少，只有27d，還不到最多年份的1/2。

圖1 菊花島氣象站大風(fēng)日數(shù)年際變化圖

2.2 季節(jié)變化規(guī)律

該站大風(fēng)日數(shù)逐月變化極為明顯，呈“雙峰雙谷”型（如圖2），11月為主峰值，4月為次峰值；6月為主谷值，1月為次谷值。從1－4月，南、北大風(fēng)呈增多趨勢(shì)，4月份達(dá)到峰值，月平均大風(fēng)日數(shù)為4.6d，其中北大風(fēng)3.1d，南大風(fēng)1.5d，南大風(fēng)日數(shù)明顯增多，遠(yuǎn)高于1月份的0.4d；從4－6月，隨著冷空氣活動(dòng)的減弱，大風(fēng)明顯減少，特別是北大風(fēng)，6月份的平均大風(fēng)日數(shù)只有1.1d，不及4月份的1/4，且北大風(fēng)日數(shù)少于南大風(fēng)日數(shù)；6-8月份的大風(fēng)日數(shù)都很少（1.1-1.5d）；從8－11月，隨著冷空氣活動(dòng)的不斷增強(qiáng)，大風(fēng)日數(shù)持續(xù)增多，到秋末冬初的11月份，大風(fēng)日數(shù)出現(xiàn)一年中的最高值，月平均大風(fēng)日數(shù)為7.4d（2009年多達(dá)12d），大風(fēng)概率高達(dá)24.7﹪，其中北大風(fēng)5.5d，南大風(fēng)1.9d；進(jìn)入冬季，受穩(wěn)定的大陸冷高壓控制，氣溫、氣壓變化不再像秋季那樣劇烈，大風(fēng)日數(shù)明顯減少，1月份的大風(fēng)日數(shù)只有2.6d，為11月份的1/3，南大風(fēng)日數(shù)只有11月份的1/5。

圖2 菊花島氣象站各月份大風(fēng)日數(shù)（2003-2012）

2.3 日變化規(guī)律

從該站各時(shí)次大風(fēng)發(fā)生次數(shù)（如圖3）可以看出，大風(fēng)的日變化規(guī)律明顯，8 時(shí)、14 時(shí)大風(fēng)多發(fā)，10年內(nèi)分別出現(xiàn)了67 次、64 次。北大風(fēng)日變化具有“夜間多，白天少”的特征，高峰值出現(xiàn)在早上8 時(shí)，11 時(shí)北向大風(fēng)次數(shù)明顯減少，17 時(shí)出現(xiàn)最低值，傍晚以后北大風(fēng)次數(shù)呈增多趨勢(shì)。南大風(fēng)日變化呈典型的“單峰”特征，最高值出現(xiàn)在14 時(shí)，且集中出現(xiàn)在11-17 時(shí)，占南大風(fēng)總次數(shù)的82.8﹪，夜間則極少出現(xiàn)南大風(fēng)。

圖3 菊花島氣象站各時(shí)次大風(fēng)發(fā)生次數(shù)（2003-2012）

2.4 大風(fēng)風(fēng)向特征

該站大風(fēng)的主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镹NE、SSW，分別占大風(fēng)總次數(shù)的65%、10%；北大風(fēng)明顯多于南大風(fēng)，分別占大風(fēng)總次數(shù)的86%、14%，大風(fēng)風(fēng)向的分布存在季節(jié)差異，夏季SSW 大風(fēng)、秋冬季節(jié)的NNE 大風(fēng)的頻率明顯高于其他季節(jié)。

2.5 大風(fēng)風(fēng)速特征

該站大風(fēng)出現(xiàn)的概率隨著風(fēng)速的增大快速減小，在大風(fēng)日中，陣風(fēng)17m/s 的大風(fēng)日最多，出現(xiàn)概率高達(dá)44.5%，9 級(jí)以上（≥21m/s）的大風(fēng)出現(xiàn)概率只有6.9%，10 級(jí)以上（≥25m/s）的大風(fēng)出現(xiàn)概率不足0.5%，。南大風(fēng)的風(fēng)速主要集中在17-20 m/s，大于20 m/s 的南大風(fēng)極少出現(xiàn)。

2.6 持續(xù)時(shí)間

大風(fēng)強(qiáng)度及可能造成的危害，一方面與大風(fēng)的風(fēng)速有關(guān)，另一方面也與大風(fēng)的持續(xù)時(shí)間密切相關(guān)。該站大風(fēng)過(guò)程平均持續(xù)天數(shù)為1.4d，最長(zhǎng)為5d，67.2%的大風(fēng)過(guò)程持續(xù)天數(shù)為1d。平均持續(xù)時(shí)數(shù)為9.7h，最長(zhǎng)達(dá)99h。北大風(fēng)、南大風(fēng)的持續(xù)時(shí)間具有明顯的差別，北大風(fēng)平均持續(xù)時(shí)數(shù)為11.5h，50.0%的大風(fēng)過(guò)程持續(xù)時(shí)數(shù)在6h 以內(nèi)，12.3%大風(fēng)過(guò)程持續(xù)時(shí)數(shù)超過(guò)48h，最長(zhǎng)達(dá)99h；而南大風(fēng)平均持續(xù)時(shí)數(shù)只有5.0h，74.1%大風(fēng)過(guò)程持續(xù)時(shí)數(shù)在6h 以內(nèi)，最長(zhǎng)只有16h。

3 遼東灣西部海島大風(fēng)的影響因素分析

3.1 地理環(huán)境分析

地理環(huán)境（如地形特征、海陸分布、海岸線走向等）是影響大風(fēng)的基本因素，其對(duì)大風(fēng)的影響主要表現(xiàn)在動(dòng)力作用和熱力作用兩個(gè)方面[1]。地理環(huán)境動(dòng)力作用（如摩擦、阻擋、狹管作用等）在很大程度上影響著大風(fēng)的風(fēng)向、強(qiáng)度、頻數(shù)。菊花島的大風(fēng)主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镹NE、SSW，基本與海岸線平行，大風(fēng)強(qiáng)度、頻數(shù)明顯高于陸地，1971-2008年的38年間錦州、葫蘆島、興城三站的8 級(jí)以上大風(fēng)總?cè)諗?shù)分別為88d、58d、4d[2]，而菊花島氣象站（距興城氣象站不足25km）在2003-2012年的10年間8 級(jí)以上大風(fēng)日數(shù)為420d，大風(fēng)的海陸差異極為明顯。

地理環(huán)境的熱力作用明顯地表現(xiàn)在海陸熱力差異引起的海陸風(fēng)環(huán)流上，遼東灣西岸是海陸風(fēng)的多發(fā)地區(qū)，海風(fēng)環(huán)流一般在上午開(kāi)始形成，下午發(fā)展到最盛，平均海風(fēng)強(qiáng)度為4.6m/s，最大可達(dá)10 m/s[3]。海陸風(fēng)環(huán)流在天氣系統(tǒng)較弱時(shí)表現(xiàn)明顯，天氣系統(tǒng)較強(qiáng)時(shí)，其表現(xiàn)方式為影響天氣系統(tǒng)的日變化。海陸熱力差異在很大程度上影響著大風(fēng)的日變化，其對(duì)該海域北、南大風(fēng)的影響不同，它可使北大風(fēng)夜間增強(qiáng)，白天減弱，使南大風(fēng)白天增強(qiáng)，夜間減弱。地理環(huán)境的熱力作用還表現(xiàn)在使天氣系統(tǒng)的增強(qiáng)或減弱上，在春、夏季，渤海的“冷源”效應(yīng)，可使入海高壓加強(qiáng)，陸地上華北“暖舌”的午后增溫效應(yīng)，非常有利于南大風(fēng)的發(fā)生。

3.2 天氣系統(tǒng)分析

天氣系統(tǒng)是大風(fēng)的“載體”，是影響大風(fēng)的關(guān)鍵因素。遼東灣地處中緯度西風(fēng)帶，天氣系統(tǒng)復(fù)雜多變，高、低壓交替頻繁，各種天氣系統(tǒng)相互作用，為大風(fēng)發(fā)生提供了廣闊舞臺(tái)。黃渤海大風(fēng)的基本天氣型為冷鋒后部型、高壓后部型、氣旋型、臺(tái)風(fēng)型[1-2]，以及中小尺度對(duì)流天氣型。對(duì)于遼東灣西部海域8 級(jí)以上大風(fēng)，大風(fēng)天氣型又有自己的特點(diǎn)，組合天氣型更為多見(jiàn)，冷鋒后部型與渤海氣旋、黃河氣旋、江淮氣旋、東北低壓以及低壓倒槽相組合，可帶來(lái)持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)、強(qiáng)度更大的北大風(fēng)。單純的高壓后部型南大風(fēng)很難達(dá)到8 級(jí)以上，需要與西部、北部低壓系統(tǒng)相組合，如蒙古氣旋、東北低壓、華北地形槽等。在大風(fēng)天氣形勢(shì)中，組合天氣型所占比例高達(dá)66%，冷鋒后部型占24%，其他天氣型占10%。氣旋型大風(fēng)主要由渤海氣旋、東北低壓造成，其他氣旋由于距離較遠(yuǎn)，很難單獨(dú)帶來(lái)8 級(jí)以上大風(fēng)。臺(tái)風(fēng)型大風(fēng)由北上熱帶氣旋造成，特別是進(jìn)入渤海加強(qiáng)的熱帶氣旋，“9911”熱帶氣旋造成菊花島10 級(jí)以上大風(fēng)持續(xù)8h，瞬時(shí)風(fēng)速達(dá)38m/s。中小尺度對(duì)流天氣型大風(fēng)一般持續(xù)時(shí)間較短，往往與雷暴、強(qiáng)降水相伴，其突然性、危害性不可小視。

3.3 溫壓變化分析

大風(fēng)是天氣系統(tǒng)強(qiáng)烈發(fā)展的產(chǎn)物，氣溫、氣壓的劇烈變化對(duì)大風(fēng)具有決定性影響。通過(guò)對(duì)2003-2012年菊花島氣象站的178 個(gè)大風(fēng)個(gè)例（其中北大風(fēng)個(gè)例125 個(gè)，南大風(fēng)個(gè)例53 個(gè)）進(jìn)行分析，大風(fēng)的發(fā)生與劇烈的氣溫、氣壓變化密切相關(guān)。北大風(fēng)發(fā)生前后氣溫平均下降8.5℃，氣壓平均升高12.5hPa，最大降溫幅度達(dá)18.2℃，最大升壓幅度達(dá)29.4 hPa；南大風(fēng)發(fā)生前后氣溫平均升高6.0℃，氣壓平均降低11.8hPa，最大升溫幅度13.4℃，最大升壓幅度28.7hPa。氣溫氣壓劇烈變化對(duì)大風(fēng)發(fā)生具有重要的指示意義。

4 結(jié)論

（1）遼東灣西部海島年均8 級(jí)以上大風(fēng)日數(shù)高達(dá)42.0d，且具有極為明顯的季節(jié)變化、日變化特征。春、秋季大風(fēng)多，夏季少；北大風(fēng)多，南大風(fēng)少；北大風(fēng)夜間多，白天少，南大風(fēng)則主要發(fā)生在白天的11-17時(shí)，夜間極少發(fā)生。

（2）該站大風(fēng)是高、低壓天氣系統(tǒng)相互配合、相互作用的結(jié)果，且受地理環(huán)境因素影響，大風(fēng)發(fā)生往往伴隨著氣溫、氣壓的劇烈變化，北大風(fēng)與降溫、升壓相伴，南大風(fēng)則與升溫、降壓相生。

（3）大風(fēng)是影響海上活動(dòng)安全的重要因素，遼東灣西部海域大風(fēng)多，海陸差異大，海上測(cè)站少，應(yīng)充分利用海島氣象站的寶貴觀測(cè)資源，加強(qiáng)大風(fēng)監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)和預(yù)警。

［1］辛寶恒.黃海渤海大風(fēng)概論[M].北京：氣象出版社，1991：1-192.

［2］吳曼麗，等.黃渤海北部沿海大風(fēng)時(shí)空變化特征[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào)，2012，28(6)：65-71.

［3］王玉國(guó)，等.遼東灣西岸海陸風(fēng)特征分析[J].海洋預(yù)報(bào)，2004，21(3)：57-63.