臺風(fēng)期間錢塘江嘉興段高潮位預(yù)報(bào)研究

任火良

（浙江省錢塘江管理局嘉興管理處，浙江 嘉興 314300）

1 問題的提出

隨著氣候變化加劇與區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，錢塘江河口地區(qū)一旦遭遇強(qiáng)風(fēng)、暴雨、高潮位“三碰頭”等情況，可能會造成較大的災(zāi)害損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1949 — 2017年，浙江省范圍內(nèi)共發(fā)生較大的臺風(fēng)災(zāi)害39次，平均0.57次/a；最早發(fā)生在5月27日，最遲10月7日。

錢塘江海塘的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)主要由相應(yīng)頻率的潮位和相應(yīng)頻率的風(fēng)力組合來確定。潮位是由天文潮和臺風(fēng)（或洪水）引起的增水組成，其中天文潮是高潮位的基礎(chǔ)，增水是在天文高潮位上的疊加值。對嘉興段而言，影響高潮位增水的因素主要由臺風(fēng)引起的風(fēng)力以及風(fēng)向，故每年防臺期間掌握轄區(qū)錢塘江沿線的高潮位及風(fēng)力風(fēng)向是至關(guān)重要。

分析臺風(fēng)期轄區(qū)受臺風(fēng)影響后的風(fēng)向與風(fēng)力大小，較簡便地計(jì)算轄區(qū)高潮位產(chǎn)生的增水，既為水管單位在防臺期間能初步計(jì)算臺風(fēng)期間產(chǎn)生的高潮位，分析對轄區(qū)海塘可能產(chǎn)生的影響，科學(xué)地做好應(yīng)對措施；也為上級防汛指揮機(jī)構(gòu)的防御決策提供技術(shù)參考。

2 臺風(fēng)期高潮位預(yù)報(bào)

2.1 天文潮

臺風(fēng)期間的高潮位主要以天文潮為基礎(chǔ)，另加臺風(fēng)引起的增水，兩者疊加組成高潮位。而乍浦、澉浦站積累了數(shù)十年的測驗(yàn)資料，省錢塘江管理中心每年委托科研單位進(jìn)行汛期（6 — 10月）天文潮預(yù)報(bào)，為防汛服務(wù)；鹽官站目前無天文潮預(yù)報(bào)，嘉興管理處通過對澉浦站與鹽官站歷年的實(shí)際潮位資料分析，通過其相關(guān)性來預(yù)報(bào)鹽官天文潮。由于天文潮預(yù)報(bào)與實(shí)際潮位存在一些誤差，尤其在大潮轉(zhuǎn)小潮或小潮轉(zhuǎn)大潮期間，誤差比較大，在防臺期間進(jìn)行高潮位預(yù)報(bào)時(shí)，需要在臺風(fēng)還沒有影響的情況下，對天文潮預(yù)報(bào)值與實(shí)際高潮位進(jìn)行比較，修正天文潮預(yù)報(bào)存在的誤差，作為臺風(fēng)期間天文潮高潮的依據(jù)。

2.2 臺風(fēng)增水

2.2.1 臺風(fēng)增水因素

臺風(fēng)增水是由于臺風(fēng)中心產(chǎn)生的低氣壓造成海平面上升、風(fēng)力產(chǎn)生波浪向岸推進(jìn)引起的壅水等因素引起的，與臺風(fēng)所處的位置、風(fēng)力大小有關(guān)，而臺風(fēng)位置、風(fēng)力大小等因素將直接影響轄區(qū)的風(fēng)向、風(fēng)力2大因素。臺風(fēng)位置離我們越遠(yuǎn)，影響越?。伙L(fēng)向指向岸線，影響越大；風(fēng)向背離岸線，影響越?。伙L(fēng)力越大，影響越大。通過轄區(qū)受臺風(fēng)后的實(shí)際風(fēng)向、風(fēng)力及增水來建立臺風(fēng)風(fēng)向、風(fēng)力與增水的相關(guān)性。

2.2.2 風(fēng)向影響

轄區(qū)受臺風(fēng)影響時(shí)的風(fēng)向與臺風(fēng)中心位置有關(guān)。一般情況下，臺風(fēng)氣旋在沒有受到外界氣流及副熱帶高壓影響時(shí)，按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，呈圓柱型，轄區(qū)的風(fēng)向就是圓柱型在轄區(qū)邊緣交點(diǎn)的切線方向，移動方向呈西北方向。但轄區(qū)往往受高空氣流影響，如轄區(qū)有較強(qiáng)的副熱帶高壓，臺風(fēng)行徑過程中受到阻止前行的擠壓作用，往往沿副熱帶高壓的邊緣方向移動，臺風(fēng)圓柱體會受到擠壓變成橢圓柱。具體有3種情況：①副熱帶高壓在臺風(fēng)中心的正西側(cè)，則臺風(fēng)向西行徑受阻后，沿副熱帶高壓的東側(cè)邊緣向北行徑，臺風(fēng)氣旋呈南北長軸的橢圓柱，轄區(qū)就會出現(xiàn)北風(fēng)或偏北風(fēng)；②副熱帶高壓南緣在臺風(fēng)中心的東北側(cè)，則臺風(fēng)向西北行徑受阻后，沿副熱帶高壓的東緣向西偏北行徑，臺風(fēng)氣旋呈東北至西南方向?yàn)殚L軸的橢圓柱，轄區(qū)出現(xiàn)北偏東風(fēng)或偏北風(fēng)；③臺風(fēng)離轄區(qū)較遠(yuǎn)，轄區(qū)受到副熱帶高壓等強(qiáng)對流影響，轄區(qū)主風(fēng)向不受臺風(fēng)的切線風(fēng)向影響。副熱帶高壓位置及強(qiáng)弱決定臺風(fēng)對轄區(qū)的風(fēng)向，預(yù)報(bào)時(shí)根據(jù)氣象部門的預(yù)報(bào)分析轄區(qū)的風(fēng)向。

2.2.3 風(fēng)力影響

臺風(fēng)影響時(shí)，轄區(qū)風(fēng)力預(yù)報(bào)按照臺風(fēng)行徑的預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，在擬預(yù)報(bào)某一時(shí)段高潮位時(shí)，其高潮位時(shí)間臺風(fēng)預(yù)測的中心位置與轄區(qū)連線，計(jì)算出臺風(fēng)中心至轄區(qū)的直線距離，按預(yù)報(bào)的臺風(fēng)中心七級風(fēng)圈、十級風(fēng)圈的半徑及離轄區(qū)的距離估算轄區(qū)的風(fēng)力。若轄區(qū)在七級風(fēng)圈以外，則轄區(qū)風(fēng)力一般小于七級；在七級與十級風(fēng)圈之間，按七與十級內(nèi)插估計(jì)風(fēng)力；同理，轄區(qū)在十級風(fēng)圈以內(nèi)，按十級與臺風(fēng)中心風(fēng)力內(nèi)插估計(jì)風(fēng)力。但有些臺風(fēng)中心離轄區(qū)較遠(yuǎn)，若在七級風(fēng)圈半徑以外，轄區(qū)又受到副熱帶高壓等強(qiáng)對流的影響，可采用當(dāng)?shù)貧庀蟛块T預(yù)報(bào)值，確定轄區(qū)的風(fēng)力。

2.2.4 過程影響

經(jīng)過對歷史臺風(fēng)增水的比較分析，認(rèn)為受臺風(fēng)影響從小到大是一個(gè)持續(xù)的過程，臺風(fēng)的持續(xù)時(shí)間也是增水預(yù)報(bào)不能忽視的因素，產(chǎn)生的增水假設(shè)為基本增水，用Δh表示。通過按前一次增水的33%，25%，20%作為基本增水，計(jì)入到本次增水進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)本次總增水扣除前一次潮的增水25%后，其增水與風(fēng)力相關(guān)性最好。故按前一潮增水的25%作為這一潮的基本增水Δh。

3 臺風(fēng)增水實(shí)例分析

3.1 典型臺風(fēng)影響下乍浦高潮位增水相關(guān)性計(jì)算

收集1956 — 2008年影響乍浦區(qū)域的22個(gè)臺風(fēng)，臺風(fēng)期間乍浦站潮位的增水情況，風(fēng)向?yàn)檎指_風(fēng)中心的連線與風(fēng)圈半徑交點(diǎn)的切線方向；風(fēng)力按臺風(fēng)中心與乍浦之間距離、所處的七級（或十級）風(fēng)圈范圍進(jìn)行內(nèi)插而得；總增水為實(shí)際高潮位減去天文潮位，基本增水為前一次增水的25%計(jì)取，本次增水是總增水減去基本增水，形成臺風(fēng)期間風(fēng)力、風(fēng)向、增水?dāng)?shù)據(jù)表。

按照不同風(fēng)向分別進(jìn)行分析，建立風(fēng)力與增水相關(guān)性，采用線性計(jì)算公式。

式中：xi為i組的風(fēng)力（級）；yi為i組的增水（cm）；n為數(shù)據(jù)組數(shù)（組）；lxy為x與y的離均差乘積和（cm2）；lxx為x的離均差平方和（級2）；lyy為y的離均差平方和（cm2）；x 為風(fēng)力的平均值（級）；y為增水的平均值（cm）；b為線性參數(shù)的斜率（cm /級）；b0為線性參數(shù)的截值（cm）。

得到回歸方程為y = b0+ bx。式中：y為增水（cm）；x為風(fēng)力（級）；b為線性參數(shù)的斜率（cm /級）；b0為線性參數(shù)的截值（cm）。對22個(gè)臺風(fēng)期間112個(gè)高潮位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，主要風(fēng)向出現(xiàn)在東北風(fēng) — 東北偏東風(fēng) — 東風(fēng) — 東南偏東風(fēng)等幾個(gè)風(fēng)區(qū)，對高潮位產(chǎn)生一定的增水；西南、西北偏北風(fēng)區(qū)出現(xiàn)的頻率較少，且對高潮位增水影響較小。按照不同的風(fēng)向進(jìn)行列表統(tǒng)計(jì)，求得其相關(guān)性，得到不同風(fēng)向下風(fēng)力與增水的計(jì)算式(見表1)。

表1 不同風(fēng)向風(fēng)力與增水的計(jì)算式表

臺風(fēng)期間，乍浦站的高潮位=天文潮+增水+基本增水（cm）。

3.2 臺風(fēng)影響下澉浦高潮位增水的相關(guān)性計(jì)算

對2012 — 2018年錢塘江嘉興區(qū)域增水有影響的臺風(fēng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算得到澉浦平均增水是乍浦平均增水的1.12倍，且與風(fēng)向有關(guān)，經(jīng)分析可取乍浦增水的1.00 ～ 1.12倍進(jìn)行修正。具體修正系數(shù)與風(fēng)向有關(guān)（見表2）。

表2 不同風(fēng)向下澉浦與乍浦增水的修正系數(shù)表

3.3 在臺風(fēng)影響下鹽官高潮位相關(guān)性計(jì)算

鹽官高潮位按照鹽官與澉浦的高潮位相關(guān)性進(jìn)行計(jì)算，由澉浦高潮位預(yù)報(bào)值推算鹽官預(yù)報(bào)值。據(jù)近幾年實(shí)際增水分析，在東北風(fēng)等主風(fēng)向與漲潮同方向的情況下，鹽官高潮位受澉浦高潮的影響就大，可按計(jì)算值增加0.20 ～ 0.40 m。在北風(fēng)情況下，鹽官增水明顯小于澉浦增水，鹽官高潮位受澉浦高潮的影響就小，可按計(jì)算值減小0.10 ～ 0.30 m，具體按風(fēng)力大小進(jìn)行修正（見表3）。

表3 不同風(fēng)向、風(fēng)力鹽官高潮位修正值表

3.4 臺風(fēng)實(shí)例驗(yàn)證

2015年9號臺風(fēng)“燦鴻”期間進(jìn)行了3次高潮位預(yù)報(bào)，與實(shí)際高潮位比較，最小誤差0.03 m，最大誤差0.35 m，誤差平均值0.12 m，誤差絕對值平均值0.14 m，誤差較大者主要是預(yù)報(bào)風(fēng)向風(fēng)力與實(shí)際值有較大出入，具體數(shù)據(jù)見表4。

表4 預(yù)報(bào)高潮位與實(shí)際高潮位表

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié) 論

（1）乍浦高潮位預(yù)報(bào)。臺風(fēng)期間，乍浦高潮位預(yù)報(bào)值=天文潮預(yù)報(bào)值+增水（?y）+基本增水?h；基本增水為前一次增水的25%計(jì)??；增水（?y）計(jì)算按下列公式：

當(dāng)北風(fēng)時(shí) ?y = 2.71xf - 9.70；

當(dāng)東北風(fēng)時(shí) ?y = 19.76xf - 81.58；

當(dāng)東北偏北風(fēng)時(shí) ?y = 16.77xf - 64.59；

當(dāng)東北偏東風(fēng)時(shí) ?y = 16.12xf - 63.50；

當(dāng)東風(fēng)時(shí) ?y = 16.57xf - 61.06；

當(dāng)東南偏東風(fēng)時(shí) ?y = 17.05xf - 63.93。

式中：?y為增水值（cm）；xf為風(fēng)力（級）。

（2）澉浦高潮位預(yù)報(bào)。臺風(fēng)期間，澉浦高潮位預(yù)報(bào)值=天文潮預(yù)報(bào)值+增水值，根據(jù)歷史資料分析，澉浦增水值可取乍浦增水值的1.00 ～ 1.12倍。

（3）鹽官高潮位預(yù)報(bào)。臺風(fēng)期間，鹽官高潮位預(yù)報(bào)值的計(jì)算可參照相關(guān)式y(tǒng) = - 0.076x2+ 1.88x - 1.94，x為澉浦高潮位預(yù)報(bào)值，y則為鹽官高潮位預(yù)報(bào)值。并根據(jù)當(dāng)時(shí)的風(fēng)向風(fēng)力進(jìn)行修正；若東北風(fēng)7 ～ 9級，鹽官高潮位按計(jì)算值增加0.20 ～ 0.40 m（按風(fēng)力大小內(nèi)插）；北風(fēng)5 ～ 7級，按計(jì)算值減少0.10 ～ 0.30 m（按風(fēng)力大小內(nèi)插）。

4.2 建 議

（1）錢塘江河口段，江道地形復(fù)雜，上游洪水和臺風(fēng)均會影響嘉興段的高潮位，建議加強(qiáng)江道情況與高潮位變化的相關(guān)性分析研究。

（2）在今后防御臺風(fēng)中，建議收集轄區(qū)受臺風(fēng)影響的風(fēng)向、風(fēng)力及增水變化情況，通過預(yù)報(bào)高潮位與實(shí)際高潮位進(jìn)行對比分析，找出影響預(yù)報(bào)誤差的主要原因，不斷總結(jié)修改完善，在以后的預(yù)報(bào)中再進(jìn)行檢驗(yàn)、校正。