東沙群島附近海域風候特征分析

高占勝

（海軍大連艦艇學(xué)院 航海系，遼寧 大連 116018）

近代以來，隨著武器裝備的飛速發(fā)展，精準率和殺傷力得到驚人的提升，同時對自然環(huán)境的依賴也愈發(fā)嚴重[1-4]。在以機械化、信息化主導(dǎo)下的近代戰(zhàn)爭中，海洋環(huán)境因素仍對軍事行動起著決定性的影響。根據(jù)海上氣象條件，制定與實際環(huán)境相適合的科學(xué)戰(zhàn)法是戰(zhàn)場決勝的關(guān)鍵。海洋環(huán)境對艦艇活動、海戰(zhàn)場環(huán)境建設(shè)、航線選擇、登陸作戰(zhàn)、布設(shè)魚水雷、艦載機起降、導(dǎo)彈出水姿態(tài)、掠海飛行、非戰(zhàn)爭軍事行動（如海洋權(quán)益維護、海上搜救）等都有著重要影響。相比陸地，海洋資料獲取的難度更大，海洋資料稀缺大大限制著人類認知海洋的能力。齊義泉等[5-6]還利用1987—1988兩年的Geosat高度計遙感資料，對南海的海表風場、浪場的月平均、季平均特征進行過分析。研究發(fā)現(xiàn)，南海的月平均海表風速和SWH在東北季風期較大，季風過渡季節(jié)較小，且在12月達到最大，5月最小；在西南季風期間，海表風速和SWH均呈現(xiàn)出南大北小的特點，其余季節(jié)則表現(xiàn)出由南向北增強的分布特征，在10°N，110°E附近海域為常年的風速和波高大值區(qū)。李訓(xùn)強等[7]曾利用CCMP風場分析了中國海域的風候特征，指出中國海的海表風速在MAM（March, April, May）期間為全年最低，在DJF期間達到全年最大。極值風速的大值區(qū)分布于渤海中部海域、琉球群島附近海域和臺灣以東廣闊洋面、臺灣海峽、東沙群島附近海域、北部灣海域、中沙群島南部海域。王靜等[8]利用T/P高度計反演的約59個月（1992年10月23日—1997年8月12日）的海表風速，采用 EOF方法對南海的海表風場的研究，初步判定風場的第一典型場可能是季風強盛期的風場特征，第二典型場則體現(xiàn)出季風轉(zhuǎn)換期的風場特征。

前人對中國近海的風候（風場氣候態(tài)）特征分析做出過巨大貢獻，整體來看，現(xiàn)有數(shù)據(jù)空間分辨率整體偏低，不能很好地聚焦一些關(guān)鍵海域。文中利用具有高精度的CCMP風場資料，統(tǒng)計分析了近22年期間東沙群島附近海域的風候特征，為軍地海洋建設(shè)作出了積極貢獻。

1 資料簡介

CCMP（Cross-Calibrated, Multi-Platform）風場來自ESE（NASA Earth Science Enterprise），它結(jié)合了ADEOS-II（Advanced Earth Observing Satellite, 2ndGeneration）、QuikSCAT、TRMM TMI（Tropical Rainfall Measuring Mission Microwave Imager）、SSM/I（Special Sensor Microwave Imager）、AMSR-E（Advanced Microwave Scanning Radiometer-Earth Observing System）幾種資料，利用變分方法得到。其時間分辨率為6 h，空間分辨率為0.25°×0.25°，時間范圍從1987年7月至2009年12月，空間范圍為：78.375°S～78.375°N，0.125°E～359.875°E。該風場具有很高的精度和時空分辨率，被國內(nèi)外廣泛運用[9-11]。

2 風候統(tǒng)計分析

2.1 海表風速的月變化特征

將1988年01月—2009年12月逐6 h的海表風速進行多年月平均，分析東沙群島附近海域海表風速的月變化特征，如圖1所示。東沙群島附近海域的海表風速呈“W”狀雙峰型月變化。峰值出現(xiàn)在 11、12和1月期間，海表風速在9 m/s左右；次峰值位于6月，海表風速在6 m/s左右；東沙海域的年平均風速為 6.5 m/s。造成東沙群島附近海域風速呈雙峰型分布特征，應(yīng)該是冬季風向夏季風轉(zhuǎn)換，夏季風向冬季風轉(zhuǎn)換的兩個轉(zhuǎn)換過程造成的。

2.2 海表風速的日變化特征

將1988年01月—2009年12月逐6 h的風速插值為逐3 h，分析東沙海域海表風速的日變化特征，如圖2所示。東沙海域的海表風速表現(xiàn)出“U”型日變化特征，海表風速的峰值位于 15:00—00:00時，波谷為 06:00—09:00時，即傍晚和夜間的風速為全天最大，上午為全天最小。值得注意的是，海表風速在各時段之間并無太大差異，日變化范圍在 5.545～5.566 m/s之間。

2.3 風力等級頻率

海況對海洋工程影響很大，較差的海況會直接影響波能量的采集與轉(zhuǎn)換，還可能對裝置造成損壞，甚至損毀。文中利用1988年01月01日00:00時—2009年12月31日18:00時逐6 h的CCMP風場資料和逐3 h的模擬海浪數(shù)據(jù)，統(tǒng)計了東沙海域的風力等級頻率，見表 1。1月，在冬季頻繁的冷空氣的影響下，大風出現(xiàn)頻率明顯高于其余季節(jié)，其中5級風出現(xiàn)的頻率最高，其次是4級風，6級以上大風出現(xiàn)頻率為全年最高，能夠達到24%左右。3級以下（含3級）風力出現(xiàn)頻率在20%左右。7月，主要受西南季風的影響，但風力沒有冬季風強勁，因此該月的風力整體小于冬季，4級風出現(xiàn)的頻率最高，為33%，其次是3級風（30%），6級以上大風出現(xiàn)頻率較低，基本在10%以內(nèi)。

2.4 風向頻率

在風能和波浪能資源的開發(fā)過程中，風向和波向頻率也是重點關(guān)注的要素。利用1988年01月—2009年12月逐6 h的風場資料和逐3 h的海浪場資料，統(tǒng)計了東沙海域的風向頻率和波向頻率，如圖3所示。參照海洋調(diào)查標準[12]，波向和風向均劃分為十六方位。由圖3可以看出，1月和10月，東沙附近海域的風向以NE向為主，1月，NE向出現(xiàn)頻率高達60%左右，10月接近40%；7月，受西南季風影響顯著，風向以S-SW向為主，其中SSW出現(xiàn)頻率最高，在30%左右，S向風出現(xiàn)頻率在23%左右；4月，該月屬于季風過度季節(jié)，風向稍顯凌亂，以ENE和SSE向為主。從全年來看，風向以偏東北向為主，S-SW向居其次。

表1 東沙海域的風力等級頻率

2.5 海表風速的長期變化趨勢

將東沙海域的海表風速從1988—2009年取逐年區(qū)域平均，采用一元線性回歸方法，分析其逐年線性趨勢，如圖4所示。相關(guān)系數(shù)|R|=0.85>R0.05=0.29，通過了95%的信度檢驗，線性遞增趨勢顯著，回歸系數(shù)為0.0424。也就是說，在近22年期間，東沙海域的海表風速以0.0424 (m/s)/a的速度顯著性逐年線性遞增。Zheng[13]、林剛[14]等也曾指出，在近 20余年期間，南中國海的海表風速呈顯著的遞增趨勢，約0.03～0.15 (m/s)/a，文中的結(jié)論與之相符。由圖4還可以看出，1988—1996年期間，風速的變化趨勢比較平穩(wěn)，年平均風速在5.7 m/s上下輕微波動，1996—1998年期間則表現(xiàn)出明顯的遞減趨勢，并在1998年達到近22年期間的波谷，年平均風速為5.4 m/s，1998—2009年期間則表現(xiàn)出非常明顯的遞增趨勢，如圖4所示。

3 結(jié)論

1）東沙群島附近海域的海表風速呈“W”狀雙峰型月變化。峰值出現(xiàn)在11、12和1月期間，海表風速在9 m/s左右；次峰值位于6月，海表風速在6 m/s左右；東沙海域的年平均風速為6.5 m/s。

2）東沙海域的海表風速表現(xiàn)出“U”型日變化特征，海表風速的峰值位于 15:00—00:00時，波谷為06:00—09:00時。值得注意的是，海表風速在各時段之間并無太大差異，日變化范圍在 5.545～5.566 m/s之間。

3）東沙附近海域的風速主要分布于3～5級，即3.4～10.7 m/s之間，1月的大風頻率明顯高于7月。

4）1月和10月，東沙附近海域的風向以NE向為主；7月，受西南季風影響顯著，風向以S-SW向為主；4月，風向則以ENE和SSE向為主。從全年來看，風向以偏東北向為主，S-SW向居其次。

5）在近22年期間，東沙海域的海表風速整體上以0.0424 (m/s)/a的速度顯著性逐年線性遞增。