樂(lè)清灣潮汐時(shí)空分布特征

姚玉娟，張福星，韓小燕，林順利，周浩

（1.國(guó)家海洋局溫州海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，浙江溫州325013；2.溫州市海洋與漁業(yè)局，浙江溫州325000）

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樂(lè)清灣潮汐時(shí)空分布特征

姚玉娟1，張福星1，韓小燕1，林順利1，周浩2

（1.國(guó)家海洋局溫州海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，浙江溫州325013；2.溫州市海洋與漁業(yè)局，浙江溫州325000）

摘要：利用樂(lè)清灣3個(gè)潮位站多年長(zhǎng)期觀測(cè)資料，分析了樂(lè)清灣海域潮汐特征值、平均海平面、高潮位的分布特征。分析結(jié)果表明：樂(lè)清灣海域潮汐呈現(xiàn)明顯的時(shí)空分布特征：自灣口至灣頂，淺海效應(yīng)逐漸增強(qiáng)，平均海平面先減小后增大，高潮位值隨著深入灣頂依次遞增；平均海平面年內(nèi)分布表現(xiàn)為駝峰特征，主峰出現(xiàn)在秋汛9月份鄰近時(shí)段，次峰則出現(xiàn)在6月份左右；3個(gè)測(cè)站相同月份累年月極值出現(xiàn)分別為同一系統(tǒng)影響所致，且相關(guān)性較好，這對(duì)于在江廈站潮位資料獲取受限的情況下，做好樂(lè)清灣頂風(fēng)暴潮預(yù)警報(bào)發(fā)布工作具有重大意義。

關(guān)鍵詞：樂(lè)清灣；潮汐特征值；平均海平面；高潮位；時(shí)空分布特征

1　引言

樂(lè)清灣為浙江省三大半封閉港灣之一，位于浙江南部沿海，甌江口北側(cè)。地理范圍為：自樂(lè)清市岐頭山咀（120°57′55″E，27°59′09″N）起，經(jīng)洞頭縣北小門(mén)島、大烏星，至玉環(huán)縣大巖頭燈標(biāo)（121°09′09″E，28°02′16″N）連線以北的全部海域。該灣原為潮流通暢海灣，1977年灣底東部漩門(mén)港堵口筑壩后，形成了一面出海的半封閉海灣。樂(lè)清灣長(zhǎng)約42 km，寬4.5—21 km，海灣大陸岸線長(zhǎng)約184.7 km，海域總面積463.6 km2，潮灘面積約220.8 km2，沿岸有大荊溪、白溪、清江等30余條河流注入灣內(nèi)［1］。

樂(lè)清灣屬于強(qiáng)潮區(qū)，潮汐特征較為復(fù)雜。陳耕心等［2］利用1986年10月7日—11月6日實(shí)測(cè)資料，統(tǒng)計(jì)了樂(lè)清灣內(nèi)海山、江廈兩站所在海域的漲潮落歷時(shí)、平均潮差、最大潮差等特征。陳倩等［3］同樣利用1986年10月7日—11月6日實(shí)測(cè)資料，計(jì)算得到海山站的調(diào)和常數(shù)分布特征，在此基礎(chǔ)上對(duì)最大可能潮差、潮汐日不等現(xiàn)象進(jìn)行了分析。姜大榮等［4］利用樂(lè)清灣8個(gè)潮位站半個(gè)月的觀測(cè)資料，采用調(diào)和分析方法，從潮差、漲落潮歷時(shí)的變化，M2、M4、M6沿灣振幅、遲角的變化等方面分析了灣內(nèi)的潮汐特征。楊成浩等［5］通過(guò)2008年7月和10月、2009年1月和4月的潮位觀測(cè)，得出自樂(lè)清灣口至灣頂潮汐作用逐漸增大、淺水分潮強(qiáng)度明顯增加的結(jié)論。由此可見(jiàn)：由于灣內(nèi)缺乏正規(guī)的潮汐觀測(cè)站以及長(zhǎng)時(shí)間序列潮汐觀測(cè)資料，對(duì)樂(lè)清灣潮汐特征的研究大都局限于單點(diǎn)或者短時(shí)間序列的分析。

本文通過(guò)對(duì)灣口大門(mén)島測(cè)站、灣中沙港頭測(cè)站以及灣頂江廈測(cè)站多年連續(xù)潮位資料的分析，以求進(jìn)一步定量探索樂(lè)清灣海域潮汐的時(shí)空分布特征。

2　資料來(lái)源

樂(lè)清灣的3個(gè)潮位測(cè)站分布圖見(jiàn)圖1，圖1站點(diǎn)標(biāo)號(hào)（▲）所對(duì)應(yīng)的潮位測(cè)站名稱(chēng)、具體經(jīng)緯度分布、資料年限及管理單位見(jiàn)表1。其中，江廈站①（1971年7月—1994年2月）和江廈站②（2004年1月—2007年10月）資料較早，現(xiàn)勢(shì)性較差，且與其他兩個(gè)測(cè)站資料年限不重疊，因此本文僅對(duì)江廈站③（2011年1月—2013年9月）資料予以分析。本文所用潮位資料均已換算至85基面（下同）。

圖1樂(lè)清灣潮汐測(cè)站分布圖

表1樂(lè)清灣潮汐測(cè)站概況

3　結(jié)果與分析

3.1潮汐特征值

潮汐是海洋對(duì)引潮力的響應(yīng)，海洋中的潮位是由許多不同周期的分潮振動(dòng)迭加起來(lái)的。經(jīng)典的潮汐分析方法為：首先把實(shí)測(cè)潮位記錄中的各分潮（如太陰分潮系、太陽(yáng)分潮系等）分離出來(lái)，進(jìn)行調(diào)和分析，求出每一分潮的振幅和位相角，再經(jīng)天文因素訂正后，即得該分潮的調(diào)和常數(shù)。調(diào)和常數(shù)反映的是海洋對(duì)這一頻率的外力的響應(yīng)，這種響應(yīng)決定于海洋本身的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。由于海洋環(huán)境的變化十分緩慢，對(duì)一般海區(qū)，調(diào)和常數(shù)具有極大的穩(wěn)定性，在不特別長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，可充分近似是常數(shù)。只有在那些短期內(nèi)地形有重大變化的地點(diǎn)，調(diào)和常數(shù)才顯示出隨時(shí)間有明顯可感覺(jué)到的變化［6］。根據(jù)太陰太陽(yáng)合成日振幅HK1與太陰日分潮振幅HO1之和對(duì)太陰半日分潮振幅HM2的比值，劃分潮汐類(lèi)型如下［7］：

利用樂(lè)清灣3站實(shí)測(cè)潮位資料進(jìn)行調(diào)和分析，得到主要分潮的振幅和遲角，計(jì)算出樂(lè)清灣海域主要分潮振幅比（HK1+HO1）/HM2介于0.24—0.27之間（見(jiàn)表2），屬于半日潮，即在1個(gè)太陰日（約24 h 50 min）內(nèi)，有兩次高潮和兩次低潮。淺海主要分潮振幅HM4+HM6 +HMS4從灣口的4.21 cm增大到灣頂?shù)?1.47 cm，淺海效應(yīng)逐漸增強(qiáng)。歷史觀測(cè)和分析均說(shuō)明在M2分潮為主的海區(qū)，M4分潮是造成潮波變形和潮不對(duì)稱(chēng)的主要因子。當(dāng)0°＜2gM2-gM4＜ 180°時(shí)，漲潮歷時(shí)小于落潮歷時(shí)，180°＜2gM2-gM4＜360°，漲潮歷時(shí)大于落潮歷時(shí)［4，8］。樂(lè)清灣3站2gM2值沿著灣口至灣頂依次增大，灣口大門(mén)島站為87.96°，漲潮歷時(shí)為6h 10min，落潮歷時(shí)為6h 15min；灣中沙港頭站2gM2-gM4為288.03°，漲潮歷時(shí)為6h 19min，落潮歷時(shí)為6h 5min，與前述研究結(jié)果一致。灣頂江廈站2gM2-gM4為296.05°，由此推測(cè)該海域漲潮歷時(shí)也應(yīng)大于落潮歷時(shí)。

表2樂(lè)清灣三站潮汐特征值

3.2平均海平面

圖2各站逐年平均海平面分布

利用3個(gè)測(cè)站實(shí)測(cè)潮位數(shù)據(jù)，進(jìn)行逐年平均海平面的分析。由于3個(gè)測(cè)站個(gè)別月份存在缺測(cè)現(xiàn)象，大門(mén)島站、沙港頭站、江廈站的分析時(shí)段分別為2010年1月—2013年12月、2008年2月—2013年12月、2011年1月—2013年9月。利用以上時(shí)段數(shù)據(jù)，計(jì)算得到各站逐年平均海平面（見(jiàn)圖2），分析其時(shí)間分布特征可知：近6 a時(shí)間內(nèi)，平均海平面高值出現(xiàn)于2012年，高于累年平均值3—5 cm，與2012年 -gM4中國(guó)海平面公報(bào)結(jié)果基本一致［9］。從空間分布特征來(lái)看，位于灣頂?shù)慕瓘B站平均海平面最高，累年平均值為35 cm，大門(mén)島站其次，為33 cm，而灣中的沙港頭站最低，為28 cm。由此可知：樂(lè)清灣平均海平面分布呈現(xiàn)從灣口至灣頂先減小后增大的趨勢(shì)。該分布特征可能與徑流的影響以及地形的反射作用有關(guān)。大門(mén)島站位于大門(mén)島西側(cè)，甌江北口下游。而甌江為浙江省第二大河，溫州第一大河，干流長(zhǎng)384 km，流域面積18 100 km2，年徑流量1.93× 1010m3，其徑流作用對(duì)大門(mén)島站影響顯著［10］。而樂(lè)清灣內(nèi)以溪流性河流為主，徑流作用相對(duì)較弱，但隨著不斷深入灣內(nèi)，地形的反射作用逐漸變強(qiáng)，至灣頂?shù)慕瓘B站，地形反射作用達(dá)到最強(qiáng)。值得注意的是，由于數(shù)據(jù)缺測(cè)對(duì)計(jì)算結(jié)果造成了一定的誤差。其中，沙港頭站2008年僅缺測(cè)1月份數(shù)據(jù)，對(duì)整體計(jì)算結(jié)果影響不大；江廈站2013年缺測(cè)10—12月份數(shù)據(jù)，10月份恰為天文高潮期，1323強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“菲特”帶來(lái)的風(fēng)暴增水使得潮位值更高，因此利用1—9月份數(shù)據(jù)計(jì)算江廈站2013年平均海平面時(shí)，所得結(jié)果相比于實(shí)際情況略偏小。

圖3各站多年平均逐月平均海平面分布

計(jì)算各站多年平均逐月海平面時(shí)，采用歷史資料年限內(nèi)所有數(shù)據(jù)。分析結(jié)果顯示，各站多年平均逐月海平面（見(jiàn)圖3）表現(xiàn)為駝峰特征，主峰出現(xiàn)在秋汛9月份鄰近時(shí)段，次峰則出現(xiàn)在6月份左右，與樂(lè)清灣地區(qū)的臺(tái)風(fēng)期、梅雨期符合。臺(tái)風(fēng)帶來(lái)的充沛的降水與風(fēng)暴增水以及梅雨期的連續(xù)降水均導(dǎo)致海平面升高。此外，9月份鄰近時(shí)段為天文大潮期，基礎(chǔ)潮位較高?？臻g分布大致與逐年平均海平面變化特征一致，自灣口至灣頂3個(gè)站9—10月份海平面均值分別為51 cm、46 cm和56 cm。

3.3高潮位

風(fēng)暴潮是一種海洋災(zāi)害，由熱帶氣旋和溫帶氣旋引起。當(dāng)風(fēng)暴潮現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，若恰好與天文高潮，特別是天文大潮的高潮相重合，形成的潮位更高，可能對(duì)沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人民生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p失，同時(shí)制約當(dāng)?shù)睾Ｑ蠼?jīng)濟(jì)的發(fā)展［11-12］。研究樂(lè)清灣內(nèi)高潮位的分布特征，對(duì)于預(yù)報(bào)部門(mén)做好風(fēng)暴潮預(yù)警工作，為政府開(kāi)展防災(zāi)減災(zāi)工作提供科學(xué)依據(jù)和決策支持，采取一切應(yīng)急措施，最大限度地減輕這一海洋災(zāi)害造成的損失具有重大意義。由于3個(gè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)時(shí)間序列各不相同，為了便于對(duì)比分析，選取相同時(shí)間序列的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，即2011年1月1日—2013年9月11日。

分析歷史高潮位（見(jiàn)表3）可知，3個(gè)站點(diǎn)2011 年1月1日—2013年9月11日期間3大高潮位值出現(xiàn)時(shí)間相近，分別為同一系統(tǒng)引起，且在同一系統(tǒng)影響下，高潮位值從灣口至灣頂呈現(xiàn)依次遞增趨勢(shì)。3個(gè)站點(diǎn)第一高潮位均出現(xiàn)于1312號(hào)熱帶氣旋“潭美”影響期間，自灣口至灣頂分別為434 cm、457 cm及503 cm。第二、第三高潮位均為受1216號(hào)熱帶氣旋“三巴”影響所致，其中第二高潮位出現(xiàn)于2012年9月17日早高潮時(shí)刻，第三高潮位出現(xiàn)于16日晚高潮時(shí)刻。

累年月極值（見(jiàn)表4）空間分布特征與歷史高潮位基本一致，3個(gè)站點(diǎn)相同月份累年月極值出現(xiàn)分別為同一系統(tǒng)影響所致。同一系統(tǒng)影響期間，沙港頭站和大門(mén)島站高潮位值相差19—27 cm，江廈站和沙港頭站相差39—53 cm；個(gè)別系統(tǒng)除外，同一過(guò)程高潮位出現(xiàn)時(shí)間隨著深入灣頂不斷推后。其中，6月份、8—10月份的累年月極值均由熱帶氣旋引起，分別為1203號(hào)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“瑪娃”、1312號(hào)臺(tái)風(fēng)“潭美”、1216號(hào)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“三巴”和1221號(hào)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“派比安”。

進(jìn)一步對(duì)3個(gè)站點(diǎn)累年月極值進(jìn)行相關(guān)分析（見(jiàn)圖4），結(jié)果顯示：三站之間兩兩擬合程度較好，線性相關(guān)系數(shù)R≥0.98（高度線性相關(guān)），且顯著性p≤0.01。其中，大門(mén)島站和沙港頭站之間的相關(guān)性最高，沙港頭站與江廈站相關(guān)性次之。換而言之，已知一個(gè)站點(diǎn)的高潮位，根據(jù)線性關(guān)系式可以大致推算出另外兩個(gè)站點(diǎn)的高潮位值。由于大門(mén)島站和沙港頭站由國(guó)家海洋局溫州海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站管轄，能實(shí)時(shí)獲取兩站數(shù)據(jù)資料，且數(shù)據(jù)質(zhì)量高、時(shí)間序列相對(duì)較長(zhǎng)，在風(fēng)暴潮來(lái)臨之際，能夠較容易根據(jù)臺(tái)風(fēng)特征分析，結(jié)合歷史增水資料以及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)判高潮位增水情況，得到高潮位的預(yù)報(bào)值。江廈站由潮汐電站管轄，數(shù)據(jù)獲取難度高，風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)難度大。在浙江省新核定的沿海警戒潮位中，江廈站作為溫嶺西岸段的代表潮位測(cè)站，確定其高潮位預(yù)報(bào)值直接關(guān)系到風(fēng)暴潮預(yù)警報(bào)的發(fā)布級(jí)別?；谝陨舷嚓P(guān)分析結(jié)論，可借助大門(mén)島站和沙港頭站推算得到江廈站的高潮位預(yù)報(bào)值。以歷史臺(tái)風(fēng)1312號(hào)“潭美”臺(tái)風(fēng)為例，根據(jù)臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度和路徑，結(jié)合歷史和實(shí)況增水資料，預(yù)計(jì)8月21日晚高潮期間，沙港頭站將出現(xiàn)460 cm左右高潮位。利用江廈站與沙港頭站的線性關(guān)系式（y=0.977 4x+53.84，式中x為沙港頭高潮位值，y為江廈站高潮位值），估算得到江廈站8月21日晚高潮預(yù)報(bào)值為503 cm，同理估算得到大門(mén)島站8月21日晚高潮預(yù)報(bào)值為436 cm。具體實(shí)況為：8月21日21時(shí)44分沙港頭站出現(xiàn)了457 cm的高潮位，21時(shí)51分江廈站出現(xiàn)了503 cm的高潮位，21時(shí)19分大門(mén)島站出現(xiàn)了434 cm的高潮位。由此可見(jiàn)，只要能準(zhǔn)確預(yù)判一個(gè)站點(diǎn)的風(fēng)暴高潮位值，另外兩個(gè)站點(diǎn)的風(fēng)暴高潮位也能準(zhǔn)確預(yù)判。以上分析結(jié)果對(duì)于在江廈站潮位資料獲取受限的情況下，做好樂(lè)清灣頂風(fēng)暴潮預(yù)警報(bào)發(fā)布工作具有重大意義。

表3各站2011年1月1日—2013年9月11日期間高潮位值及其出現(xiàn)時(shí)間

表4各站2011年1月1日—2013年9月11日期間月極值及其出現(xiàn)時(shí)間

圖4　三站累年月極值相關(guān)分析曲線（橫縱坐標(biāo)均為高潮位/cm）

4　結(jié)論

本文利用樂(lè)清灣灣口大門(mén)島測(cè)站、灣中沙港頭測(cè)站以及灣頂江廈測(cè)站多年連續(xù)的潮位觀測(cè)資料，分析了樂(lè)清灣潮汐的時(shí)空分布特征，得到的結(jié)論如下：

（1）樂(lè)清灣海域?yàn)榘肴粘背毕?lèi)型。從灣口到灣頂，淺海效應(yīng)依次加劇，漲潮歷時(shí)不斷增加；

（2）樂(lè)清灣平均海平面分布呈現(xiàn)從灣口至灣頂先減小后增大的趨勢(shì)。近6 a內(nèi)平均海平面高值出現(xiàn)于2012年，高于累年平均值3—5 cm。年內(nèi)分布呈現(xiàn)駝峰特征，主峰出現(xiàn)在秋汛9月份鄰近時(shí)段，次峰則出現(xiàn)在6月份左右；

（3）樂(lè)清灣高潮位值隨著深入灣頂逐漸增大，沙港頭站和大門(mén)島站相差19—27 cm，江廈站和沙港頭站相差39—53 cm，同時(shí)高潮位出現(xiàn)時(shí)間逐漸推后。3個(gè)站點(diǎn)相同月份累年月極值出現(xiàn)分別為同一系統(tǒng)影響所致，且相關(guān)性較好，這對(duì)于在江廈站潮位資料獲取受限的情況下，做好樂(lè)清灣頂風(fēng)暴潮預(yù)警報(bào)發(fā)布工作具有重大意義。

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中圖分類(lèi)號(hào)：P731.23

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-0239（2016）02-0053-07

DOI:10.11737/j.issn.1003-0239.2016.02.008

收稿日期：2015-07-20

作者簡(jiǎn)介：姚玉娟（1986-），女，助理工程師，碩士，現(xiàn)從事海洋預(yù)報(bào)工作。E-mail：yaoyj@eastsea.gov.cn

Temporal and spatial variations of the tide in the Yueqing Bay

YAO Yu-juan1，ZHANG Fu-xing1，HAN Xiao-yan1，LIN Shun-li1，ZHOU Hao2
（1.Wenzhou Marine Environmental Monitoring Center Station，Zhejiang 325013 China；2.Wenzhou Ocean and Fishery Bureau，Wenzhou 325000 China）

Abstract：Variability of the tidal characteristic value，the mean sea level and the high tidal level were studied based on the long-term observed data from the three tidal stations in the Yueqing Bay.The results indicate that the tide in the studied area has significant temporal and spatial variations.From the mouth to the head of the bay，the shallow water effect gradually strengthens，and the mean sea level decreases firstly and then increases，while the high tidal level value increases with closing to the head of bay.The mean sea level has double peaks in one year，with the main peak in September and the second peak in June.The monthly extreme values at the three tidal stations were caused by the same weather systems in different months.Moreover，the monthly extreme values also have high correlations among the three tidal stations，which has important significance in studying the tide storm in the head of the Yueqing Bay，because of the limited observation data at the Jiangxia tidal station.

Key words：Yueqing bay；tidal characteristic value；mean sea level；high tidal level；temporal and spatial variations