1614號(hào)臺(tái)風(fēng)“莫蘭蒂”在廈門(mén)灣及其周邊海域引發(fā)風(fēng)暴潮的數(shù)值模擬

朱婧，葉龍彬，陳德花，李彥卿，林毅

（1.廈門(mén)市氣象局海峽氣象開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，福建廈門(mén)361012；2.天津大學(xué)水利工程仿真與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300072；3.天津市氣象科學(xué)研究所，天津300072）

1 引言

風(fēng)暴潮指由于強(qiáng)烈的大氣擾動(dòng)（強(qiáng)風(fēng)和氣壓驟變）引起的海面異常升高或下降的現(xiàn)象，亦稱(chēng)“風(fēng)暴海嘯”、“風(fēng)潮”或“氣象海嘯”[1]。近年來(lái)廈門(mén)沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，經(jīng)濟(jì)價(jià)值密度越來(lái)越大，研究沿海地區(qū)自然災(zāi)害的影響，有助于降低或避免其對(duì)沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)造成的破壞。風(fēng)暴潮是危害廈門(mén)沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要災(zāi)害之一，高精細(xì)化且能真實(shí)反映地形變化的風(fēng)暴潮數(shù)值模擬研究顯得尤為重要。

早在20 世紀(jì)80 年代，部分學(xué)者就針對(duì)廈門(mén)灣及其周邊海域的沿海臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮及其非線性計(jì)算展開(kāi)研究[3]。20 世紀(jì)90 年代，溫生輝等[4-5]分別采用半隱式有限差分法、ADI（雙時(shí)間層的有限差分法）方法對(duì)廈門(mén)灣及其周邊海域的二維潮流場(chǎng)進(jìn)行了模擬；林翩然等[6]采用多層嵌套建立了廈門(mén)灣附近海域的二維潮流模型。近年來(lái)，諸多學(xué)者基于FVCOM（Finite-Volume Coastal Ocean Model）海洋模式，采用三維非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格，在關(guān)鍵區(qū)域加密處理，極大提高了岸線和地形的擬合程度和模擬效果。王慶業(yè)等[7]、林作梁等[8]、靖春生等[9]、王道生等[10]分別對(duì)寧德海域、泉州灣、廈門(mén)灣、臺(tái)灣海峽的潮流和潮汐進(jìn)行了三維模擬，模擬結(jié)果均較好地再現(xiàn)了研究區(qū)域內(nèi)的潮流運(yùn)動(dòng)。本文同樣基于FVCOM 三維海洋模式，利用中國(guó)航海圖書(shū)出版社電子海圖中的近岸地區(qū)高精度水深數(shù)據(jù)（下稱(chēng)“水深數(shù)據(jù)”），建立了廈門(mén)灣精細(xì)化風(fēng)暴潮數(shù)值模式，并對(duì)1614號(hào)臺(tái)風(fēng)“莫蘭蒂”在廈門(mén)灣引發(fā)的風(fēng)暴潮特征進(jìn)行了數(shù)值模擬。

2 FVCOM模式介紹和配置

2.1 模式介紹

對(duì)于海洋模式的發(fā)展來(lái)說(shuō),不規(guī)則的海岸邊界系統(tǒng)是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。目前有兩種常用的數(shù)學(xué)方法用以解決大洋環(huán)流模型：有限差分方法[11-13]和有限元方法[14-15]。在有限差分法中引入曲線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換可以為簡(jiǎn)單海岸提供邊界，但不能解決復(fù)雜的內(nèi)部陸架或河口等問(wèn)題[16-17]；而有限元法的優(yōu)點(diǎn)是利用三角網(wǎng)格的幾何靈活性，適用于不規(guī)則海岸邊界。在以上兩種方法的基礎(chǔ)上，一種具有三維自由網(wǎng)格、自由表面、原始方程、有限體積等特點(diǎn)的海岸大洋環(huán)流模式被開(kāi)發(fā)出來(lái)，即FVCOM[18]。FVCOM 在水平方向上采用無(wú)結(jié)構(gòu)三角形網(wǎng)格[19]，垂直方向上采用σ坐標(biāo)，更好地?cái)M合了岸線和海底地形，并完成局部加密。利用有限體積方法，不僅有效提高了模式的計(jì)算效率，也符合模式計(jì)算區(qū)域內(nèi)質(zhì)量、動(dòng)量和能量守恒。

2.2 模式計(jì)算區(qū)域范圍

本文模式所設(shè)置的計(jì)算區(qū)域?yàn)楦＝ㄊ⊙匕秴^(qū)域及臺(tái)灣海峽（21.69°～27.66°N，117.19°～127.16°E）（見(jiàn)圖1）。模式模擬區(qū)域的沿岸岸線數(shù)據(jù)采用美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（National Oceanic Atmospheric Administration，NOAA）的高精度岸線數(shù)據(jù)，并選用衛(wèi)星影像訂正后的岸線數(shù)據(jù)作出細(xì)節(jié)訂正；水域的水深數(shù)據(jù)同樣以NOAA 的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，引用1′×1′的ETOPO1 水深數(shù)據(jù)插值得到，并以水深數(shù)據(jù)對(duì)模式水深作出訂正。

圖1 模式網(wǎng)格劃分及水深分布示意圖

模式針對(duì)不同區(qū)域采用不同的分辨率精度。在近岸風(fēng)暴潮較敏感的區(qū)域，網(wǎng)格具有較高的分辨率，如廈門(mén)灣地區(qū)，內(nèi)灣及廈門(mén)島附近網(wǎng)格最高分辨率達(dá)0.5 km，灣口區(qū)網(wǎng)格分辨率為1 km（見(jiàn)圖2）。福建省其他海灣及內(nèi)灣的網(wǎng)格分辨率為1～3 km 左右；福建省其他沿海岸線、臺(tái)灣省岸線的分辨率為4 km 左右；臺(tái)灣省南部、東部及東海北部的開(kāi)邊界處分辨率最低為20 km 左右。模式模擬區(qū)域網(wǎng)格的計(jì)算區(qū)域包括了79 747 個(gè)三角形單元，共計(jì)42 153個(gè)節(jié)點(diǎn)。開(kāi)邊界節(jié)點(diǎn)數(shù)為113個(gè)。模式初始計(jì)算條件設(shè)置方面，首先假設(shè)模擬區(qū)域內(nèi)海流是靜止的，初始時(shí)刻的潮流場(chǎng)和水位高度場(chǎng)都設(shè)置為0。模式的驅(qū)動(dòng)潮位則是選用OTPS（OSU Tidal Prediction Software）在東中國(guó)海的模擬結(jié)果來(lái)確定模式開(kāi)邊界分潮調(diào)和常數(shù)，并選取8 個(gè)主要天文分潮（M2、S2、N2、K2、K1、O1、Q1、P1）以生成開(kāi)邊界各節(jié)點(diǎn)的潮位數(shù)據(jù)。在模式模擬計(jì)算區(qū)域內(nèi)，溫度、鹽度定為常數(shù)，分別為27 ℃和31PSU。

圖2 廈門(mén)灣網(wǎng)格劃分示意圖

3 天文潮的模擬和檢驗(yàn)

風(fēng)暴潮發(fā)生過(guò)程中海面的總水位往往由線性的天文潮和非線性的風(fēng)暴增水（氣象因素強(qiáng)迫）兩部分組成。而對(duì)防災(zāi)具有指導(dǎo)意義的是總水位，在近岸因水深較淺，風(fēng)暴潮與天文潮具有顯著的非線性相互作用，所以要想獲得總水位，首先必須模擬好天文潮。

本文根據(jù)國(guó)家海洋信息中心提供的2016 年潮汐表中福建省兩個(gè)站點(diǎn)（廈門(mén)與東山）2 月的觀測(cè)資料和模式計(jì)算結(jié)果誤差進(jìn)行檢驗(yàn)（見(jiàn)表1）。模式計(jì)算時(shí)間為1M（2016 年9 月1 日—10 月1 日），時(shí)間間隔為1 h。表1 中為廈門(mén)站與東山站的潮位觀測(cè)值與模擬值的誤差比較，其中兩站均表現(xiàn)出明顯的半日潮性質(zhì)，9月15日和28日出現(xiàn)大潮，9月9日和21日出現(xiàn)小潮。水位模擬與實(shí)測(cè)結(jié)果的絕對(duì)平均誤差分別為28.4 cm 與25.0 cm；均方根誤差分別為34.2 cm與30.6 cm。廈門(mén)站的觀測(cè)大潮潮差、小潮潮差與模擬值的誤差分別為0.231 m 與0.098 m，結(jié)果比較吻合。東山站的觀測(cè)大潮潮差、小潮潮差與模擬值的誤差分別為0.209 m 與0.225 m，結(jié)果也比較吻合。兩站模擬的4 個(gè)主要分潮M2、S2、K1、O1 的振幅和遲角與實(shí)況觀測(cè)值都十分接近（圖略）。可以看出，模式模擬結(jié)果與觀測(cè)數(shù)據(jù)較為一致，模式能夠較好地重現(xiàn)模擬區(qū)域潮位的變化特征。但是也存在一定誤差，產(chǎn)生的主要原因如下[20]:

表1 水位模擬值與觀測(cè)值的誤差分析

（1）模式計(jì)算范圍較大。由于計(jì)算是由外向內(nèi)、以開(kāi)邊界初始調(diào)和常數(shù)變量進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算范圍較大導(dǎo)致最后的累積誤差也隨之增大。

（2）開(kāi)邊界分潮調(diào)和常數(shù)誤差。模式選取OTPS在東中國(guó)海的模擬結(jié)果來(lái)確定模式開(kāi)邊界分潮調(diào)和常數(shù)，與實(shí)況存在誤差。

（3）觀測(cè)資料本身的誤差。實(shí)際觀測(cè)的水位是潮汐項(xiàng)和擾動(dòng)項(xiàng)之和，而擾動(dòng)項(xiàng)是由非周期性因素引起的，難以模型化。

（4）模擬過(guò)程中忽略了非天文潮位的影響，例如沒(méi)有作季節(jié)訂正工作。

4 臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮的模擬和驗(yàn)證

2016 年9 月10 日14 時(shí)（世界時(shí)，下同），2016 年第14號(hào)臺(tái)風(fēng)“莫蘭蒂”在西北太平洋洋面上生成（見(jiàn)圖3）；11日14時(shí)加強(qiáng)為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴；12日02時(shí)加強(qiáng)為臺(tái)風(fēng)，08 時(shí)加強(qiáng)為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，11 時(shí)繼續(xù)加強(qiáng)為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)；13 日晚間加強(qiáng)到頂峰強(qiáng)度70 m/s；15 日凌晨在福建省廈門(mén)市登陸，登陸時(shí)中心最大風(fēng)力52 m/s，為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)[21]。臺(tái)風(fēng)“莫蘭蒂”給廈門(mén)市帶來(lái)了嚴(yán)重破壞和重大經(jīng)濟(jì)損失。本文選取臺(tái)風(fēng)“莫蘭蒂”進(jìn)行模擬計(jì)算，以深入分析其對(duì)廈門(mén)灣及其周邊海域帶來(lái)的風(fēng)暴潮的精細(xì)化特征。模擬時(shí)間為2016 年9 月13日08時(shí)—16日08時(shí)，共72 h。

圖3 1614號(hào)臺(tái)風(fēng)“莫蘭蒂”路徑圖

4.1 臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)構(gòu)建

臺(tái)風(fēng)影響下的風(fēng)暴潮模式計(jì)算需要以天文潮模式為基礎(chǔ)，并結(jié)合風(fēng)場(chǎng)模型的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行計(jì)算，其模型的精度主要受驅(qū)動(dòng)風(fēng)場(chǎng)的精度影響。本文以歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）再分析資料的10 m 風(fēng)場(chǎng)資料為基礎(chǔ)。由于局部計(jì)算區(qū)域較小，風(fēng)場(chǎng)的空間與時(shí)間分辨率都較大，不能較好地再現(xiàn)臺(tái)風(fēng)中心附近風(fēng)場(chǎng)的時(shí)空細(xì)節(jié)變化，因此需要對(duì)輸入風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行局部空間與時(shí)間插值，并使用經(jīng)驗(yàn)風(fēng)場(chǎng)模型對(duì)臺(tái)風(fēng)風(fēng)眼附近的風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行訂正[22]。

訂正的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ惋L(fēng)場(chǎng)使用改進(jìn)的藤田氣壓公式[23]結(jié)合Fujita[24]風(fēng)場(chǎng)模型來(lái)計(jì)算，計(jì)算公式為：

式中：P0為臺(tái)風(fēng)中心氣壓；P∞為臺(tái)風(fēng)外圍氣壓；r為計(jì)算點(diǎn)至臺(tái)風(fēng)中心點(diǎn)的距離；R為最大風(fēng)速半徑。

梯度風(fēng)公式為：

式中：f為科式參數(shù)；ρa(bǔ)為空氣密度。

對(duì)梯度風(fēng)公式進(jìn)行分解，可以分別得到經(jīng)度與緯度方向的梯度風(fēng)：

式中：φ為臺(tái)風(fēng)的流入角度。

臺(tái)風(fēng)移行過(guò)程產(chǎn)生的風(fēng)場(chǎng)采用宮崎正衛(wèi)公式：

式中：U0與V0分別為臺(tái)風(fēng)中心移動(dòng)速度的兩個(gè)分量。

將臺(tái)風(fēng)的移行風(fēng)場(chǎng)與梯度風(fēng)場(chǎng)結(jié)合，可以得到完整的臺(tái)風(fēng)模型風(fēng)場(chǎng)：

式中：C1為訂正系數(shù)，其取值范圍為：

式中：x為臺(tái)風(fēng)風(fēng)眼緯度坐標(biāo)；C0為臺(tái)風(fēng)登陸前系數(shù)；C2為臺(tái)風(fēng)登陸后系數(shù)。

背景風(fēng)場(chǎng)采用ECMWF 再分析風(fēng)場(chǎng)，其風(fēng)場(chǎng)水平分辨率為0.125°×0.125°，時(shí)間分辨率為6 h，背景風(fēng)場(chǎng)與臺(tái)風(fēng)模型計(jì)算的風(fēng)場(chǎng)合成方式可表示為：

圖4 重建臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)圖（單位：m/s）

4.2 臺(tái)風(fēng)期間潮位的模擬和驗(yàn)證

為了驗(yàn)證加入臺(tái)風(fēng)重構(gòu)風(fēng)場(chǎng)強(qiáng)迫后的潮位模擬結(jié)果，本文利用廈門(mén)市海洋預(yù)報(bào)臺(tái)提供的廈門(mén)、東山和平潭3個(gè)驗(yàn)潮站2016年9月14日00時(shí)—9月16日08時(shí)的水位觀測(cè)值與模擬結(jié)果進(jìn)行分析（見(jiàn)圖5）。結(jié)果顯示：對(duì)3個(gè)驗(yàn)潮站模式模擬的水位除了最高潮位略偏小之外，其他都能夠比較準(zhǔn)確地反映臺(tái)風(fēng)過(guò)程期間觀測(cè)水位的變化特征。模擬潮位偏小的原因主要與輸入風(fēng)場(chǎng)偏弱以及風(fēng)場(chǎng)訂正方法有關(guān)。本文以ECMWF 再分析資料為輸入風(fēng)場(chǎng)，存在較實(shí)況偏小的特征；而本文所采用的風(fēng)場(chǎng)訂正方法是針對(duì)臺(tái)風(fēng)風(fēng)眼附近的風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行訂正，對(duì)于距離臺(tái)風(fēng)風(fēng)眼較遠(yuǎn)區(qū)域訂正能力有限。從圖5中也可以看出，處在臺(tái)風(fēng)眼附近的廈門(mén)站潮位模擬結(jié)果比其他站點(diǎn)更接近實(shí)況。另外，臺(tái)風(fēng)過(guò)程中各站點(diǎn)的水位峰谷值存在一定程度的變化，但是整體的振蕩周期并沒(méi)有發(fā)生明顯的改變，說(shuō)明臺(tái)風(fēng)主要影響水位的高低，對(duì)原有的天文潮周期沒(méi)有太大的影響。3個(gè)站點(diǎn)的水位均從9月14日22時(shí)左右顯著增大，并逐時(shí)增高至15 日00 時(shí)左右，其中廈門(mén)站和平潭站的水位最高值都超過(guò)了300 cm。

圖5 驗(yàn)潮站地理位置及不同站位的實(shí)況和模擬水位時(shí)間序列

4.3 增水水位和表層流場(chǎng)變化特征分析

為了深入分析臺(tái)風(fēng)“莫蘭蒂”過(guò)程中廈門(mén)灣及其周邊海域增水和表層流場(chǎng)變化特征，利用重新構(gòu)建風(fēng)場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)暴潮模式潮位高度和表層流場(chǎng)數(shù)據(jù)，減去僅由天文潮驅(qū)動(dòng)的模式潮位高度和表層流場(chǎng)數(shù)據(jù)，得到了由于臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)導(dǎo)致的增水和表層風(fēng)生流場(chǎng)數(shù)據(jù)。綜合臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)（見(jiàn)圖4）、風(fēng)生流場(chǎng)和增水水位（見(jiàn)圖6、圖7），按照臺(tái)風(fēng)登陸前、臨近登陸（潮位最高階段）、登陸后等不同時(shí)段對(duì)臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)、風(fēng)生流場(chǎng)和風(fēng)暴潮增水高度三者的時(shí)空變化特征進(jìn)行分析。

圖6 增水水位（填色，單位：m）和表層風(fēng)生流場(chǎng)（矢量箭頭，單位：m/s）

圖7 廈門(mén)灣增水水位（填色，單位：m；紅點(diǎn)為臺(tái)風(fēng)中心）和表層風(fēng)生流場(chǎng)（矢量箭頭，單位：m/s）

臺(tái)風(fēng)登陸前（13日20時(shí)—14日20時(shí)）：臺(tái)風(fēng)“莫蘭蒂”從臺(tái)灣島東南部海面逐漸向臺(tái)灣海峽南部移動(dòng)。13日20時(shí)—14日08時(shí)，臺(tái)灣海峽內(nèi)以臺(tái)風(fēng)外圍的東北風(fēng)為主，隨著臺(tái)風(fēng)西北行移近，海峽風(fēng)力由6～7 級(jí)（10.8～17.2 m/s）逐漸增強(qiáng)至大范圍的7 級(jí)風(fēng)（≥13.9 m/s）。受臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)強(qiáng)迫影響，同時(shí)間段的風(fēng)生流場(chǎng)有類(lèi)似特征：閩南沿海一帶均為平行岸線的東北向風(fēng)生流，在風(fēng)場(chǎng)增強(qiáng)的過(guò)程中，風(fēng)生流速也隨之增強(qiáng)。風(fēng)暴潮增水水位的大值區(qū)主要位于閩南沿海，分布呈西南高東北低的特征，與風(fēng)場(chǎng)和風(fēng)生流場(chǎng)方向近乎一致。增水水位最高值隨著風(fēng)場(chǎng)風(fēng)速和流場(chǎng)流速的增加而增加，最大值由0.2 m 增加至0.3 m。

臺(tái)風(fēng)臨近登陸時(shí)（14 日20 時(shí)—15 日03 時(shí)）：14日20 時(shí)，臺(tái)風(fēng)移進(jìn)臺(tái)灣海峽南部，閩南沿岸東北風(fēng)增強(qiáng)至9 級(jí)以上（≥20.8 m/s），東北向風(fēng)生流速也顯著加大至1 m/s以上，增水范圍和增水水位高度都大幅增加，增水高度在漳州沿海出現(xiàn)0.7 m 以上的極大值。臺(tái)風(fēng)登陸前西南高東北低的增水高度分布特征在這時(shí)更加顯著。23 時(shí)，風(fēng)生流速最大增至2 m/s以上，海岸線為西北-東南走向的區(qū)域（漳州港區(qū)、大金門(mén)東部沿岸等）與東北向風(fēng)生流近乎垂直，均出現(xiàn)了1 m 以上的增水。15 日02 時(shí)臺(tái)風(fēng)中心位于大金門(mén)島的東南方向海域（見(jiàn)圖7 中紅點(diǎn)所在位置），此時(shí)臺(tái)風(fēng)中心附近為閉合的氣旋式逆時(shí)針風(fēng)場(chǎng)（圖略），中心最大風(fēng)速為50 m/s，相比23 時(shí)有所減弱。中心北側(cè)為偏東風(fēng)，東側(cè)為偏南風(fēng)。受其影響，廈門(mén)灣及其附近海域的風(fēng)生流場(chǎng)由前期一致的東北向發(fā)生了轉(zhuǎn)變，臺(tái)風(fēng)中心北側(cè)轉(zhuǎn)變?yōu)槠珫|風(fēng)生流，東側(cè)轉(zhuǎn)為東南風(fēng)生流，最大流速均超過(guò)1 m/s。這樣的風(fēng)生流方向有利于將廈門(mén)灣口東部海域的海水向廈門(mén)內(nèi)灣輸送，造成廈門(mén)灣出現(xiàn)大范圍的1.5 m 以上的增水。

臺(tái)風(fēng)登陸后（15日03—08時(shí)）：臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度迅速減弱，廈門(mén)灣附近轉(zhuǎn)為臺(tái)風(fēng)后部偏南風(fēng)，風(fēng)力迅速減小至6 級(jí)（≥10.8 m/s），風(fēng)生流速降至1 m/s 以下。廈門(mén)灣附近增水范圍大幅度減小并北縮至北部海灣一帶，增水高度也顯著減小，但仍有0.5 m以上的增水。閩南沿海其余大部分地區(qū)則逐漸由增水轉(zhuǎn)為減水。

總的來(lái)看，臺(tái)風(fēng)“莫蘭蒂”造成了廈門(mén)灣附近大范圍的增水。臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)的時(shí)空變化是造成風(fēng)生流流向和流速發(fā)生改變的主要原因。增水分布主要受到風(fēng)場(chǎng)、風(fēng)生流和岸線特征共同影響。增水大值區(qū)分布特征往往與風(fēng)生流方向較為一致，當(dāng)岸線走向與風(fēng)生流流向近乎垂直時(shí)往往容易出現(xiàn)顯著增水。

4.4 站點(diǎn)臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮增水特征

本文選取了平潭、廈門(mén)、東山3個(gè)驗(yàn)潮站分別代表海峽北部、中部和南部海域，分析其在臺(tái)風(fēng)“莫蘭蒂”影響期間的增水水位時(shí)間變化（見(jiàn)圖8）。3 個(gè)站都從14 日06 時(shí)左右開(kāi)始出現(xiàn)增水，15 日03 時(shí)（臺(tái)風(fēng)登陸時(shí)刻）附近達(dá)到增水水位的最高值。在增水水位達(dá)到最高值前各站均出現(xiàn)了先兆波動(dòng)，振幅大約為15～25 cm，之后則均出現(xiàn)了余振，余振振幅大于先兆波動(dòng)，大約為20～30cm。整個(gè)臺(tái)風(fēng)過(guò)程波動(dòng)響應(yīng)持續(xù)了2 d左右。平潭站由于位于海峽北部，最早受到臺(tái)風(fēng)外圍偏東風(fēng)影響，在3 個(gè)站中最早達(dá)到增水的最高峰；且由于平潭距離臺(tái)風(fēng)中心稍遠(yuǎn)，一直處于臺(tái)風(fēng)外圍偏東風(fēng)影響，風(fēng)速、風(fēng)向變化較小，所以臺(tái)風(fēng)過(guò)程期間其增水振幅的變化也較小。從臺(tái)風(fēng)路徑和合成風(fēng)場(chǎng)可以看出（見(jiàn)圖3、圖4），在臺(tái)風(fēng)登陸前后，廈門(mén)站始終受偏東-偏南的向岸風(fēng)控制，強(qiáng)度最強(qiáng)，影響時(shí)間最長(zhǎng)，故其最大增水（190 cm）、先兆波動(dòng)和余振都是最強(qiáng)的，且在3 個(gè)站中最晚達(dá)到增水水位最高峰。而東山站位于臺(tái)風(fēng)中心西南象限，在臺(tái)風(fēng)登陸前主導(dǎo)風(fēng)向由偏東向岸風(fēng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槠麟x岸風(fēng)，風(fēng)速?gòu)?qiáng)度相比處于臺(tái)風(fēng)中心附近的廈門(mén)站更弱，故其最大增水水位明顯低于廈門(mén)站。

4.5 最大增減水特征分析

圖9 顯示出了臺(tái)風(fēng)影響期間（9 月14 日17 時(shí)—15日08時(shí)）廈門(mén)灣及其附近海域的最大增水和減水分布特征。從增水分布圖中可以看出（見(jiàn)圖9a），在臺(tái)風(fēng)影響過(guò)程中，閩南沿海海域均出現(xiàn)了明顯的增水效應(yīng)。增水大值區(qū)主要分布在九龍江口、廈門(mén)灣、同安灣、圍頭灣和泉州灣一帶，最大增水高度均超過(guò)了1.8 m。這些區(qū)域?qū)?yīng)了臺(tái)風(fēng)行進(jìn)過(guò)程中的東北象限和臺(tái)風(fēng)中心。位于東北象限的廈門(mén)灣、同安灣、圍頭灣和泉州灣一帶，由于始終受到臺(tái)風(fēng)的偏東向岸風(fēng)影響，加上與影響風(fēng)有著較大夾角的岸線分布，因此造成了長(zhǎng)時(shí)間的海水堆積和水位猛增。而九龍江口和漳州港等區(qū)域前期受臺(tái)風(fēng)外圍偏東風(fēng)和岸線的共同影響，出現(xiàn)了增水；后期受到臺(tái)風(fēng)中心低氣壓和強(qiáng)風(fēng)的雙重影響，有利于外海的水向內(nèi)灣的匯聚，造成水位上升。從減水分布圖中可以看出（見(jiàn)圖9b），最大減水分布主要集中在漳州沿海和臺(tái)灣海峽南部海域，漳州沿海最大減水高度超過(guò)1 m。漳州沿海的減水大值區(qū)呈西北-東南走向，這主要是因?yàn)樵谂_(tái)風(fēng)登陸前后，該區(qū)域長(zhǎng)時(shí)間受臺(tái)風(fēng)左側(cè)的西北離岸風(fēng)控制，造成明顯的減水。而海峽南部的減水大值區(qū)主要發(fā)生在臺(tái)風(fēng)行進(jìn)前期的中心右側(cè)，受到臺(tái)風(fēng)右側(cè)東南風(fēng)的影響，海水向西北方向匯聚，造成該區(qū)域水位的顯著降低。

圖9 最大增減水分布圖（單位：m；黑色點(diǎn)劃線為臺(tái)風(fēng)路徑）

總的來(lái)看，最大增水區(qū)主要與臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)和岸線特征有關(guān)，最大增水大值區(qū)主要集中在臺(tái)風(fēng)中心和臺(tái)風(fēng)的東北象限向岸風(fēng)長(zhǎng)時(shí)間作用的區(qū)域；最大減水區(qū)主要與風(fēng)場(chǎng)有關(guān)，最大減水大值區(qū)往往出現(xiàn)在離岸風(fēng)長(zhǎng)時(shí)間作用的區(qū)域。

5 結(jié)論

本文基于FVCOM 風(fēng)暴潮模式，利用重建的臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)資料，模擬了1614號(hào)臺(tái)風(fēng)“莫蘭蒂”過(guò)程中廈門(mén)灣及其附近海域的風(fēng)暴潮。通過(guò)觀測(cè)資料和模擬數(shù)據(jù)的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，模擬結(jié)果能夠較為準(zhǔn)確地再現(xiàn)此次臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮過(guò)程。利用模擬結(jié)果，本文著重分析了風(fēng)場(chǎng)、風(fēng)生流場(chǎng)和增水高度在臺(tái)風(fēng)過(guò)程中的特征，得到以下結(jié)論：

（1）臺(tái)風(fēng)“莫蘭蒂”造成閩南沿海大范圍的增水，最大增水水位超過(guò)1.8 m。臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)的時(shí)空變化是造成風(fēng)生流流向和流速發(fā)生改變的主要原因。增水分布主要受到風(fēng)生流和岸線特征共同影響。增水大值區(qū)分布特征與風(fēng)生流方向較為一致；當(dāng)岸線走向與風(fēng)生流流向近乎垂直時(shí)容易出現(xiàn)顯著增水。

（2）平潭、廈門(mén)、東山站點(diǎn)風(fēng)暴潮均存在先兆波動(dòng)和余振，且余振振幅均大于先兆波動(dòng)，其中處于臺(tái)風(fēng)中心附近的廈門(mén)站振幅最強(qiáng)。

（3）臺(tái)風(fēng)過(guò)程中最大增水區(qū)主要與臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)和岸線特征有關(guān)，分布在臺(tái)風(fēng)行進(jìn)過(guò)程中東北象限和向岸風(fēng)長(zhǎng)時(shí)間作用的區(qū)域附近；最大減水區(qū)主要與風(fēng)場(chǎng)有關(guān)，最大減水大值區(qū)往往出現(xiàn)在離岸風(fēng)長(zhǎng)時(shí)間作用的區(qū)域。

本文選取的臺(tái)風(fēng)“莫蘭蒂”是近年來(lái)對(duì)廈門(mén)附近海域造成顯著影響的典型個(gè)例，對(duì)其造成的增水分布、風(fēng)生流場(chǎng)等風(fēng)暴潮特征進(jìn)行模擬研究，對(duì)廈門(mén)灣及其附近海域關(guān)于沿海臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮的預(yù)報(bào)和預(yù)警具有一定的科學(xué)參考意義。

致謝：感謝天津大學(xué)和天津市氣象科學(xué)研究所提供的技術(shù)幫助以及廈門(mén)海洋預(yù)報(bào)臺(tái)提供的驗(yàn)潮站資料。