中國(guó)近海2022年災(zāi)害性海浪分析及2023年預(yù)測(cè)

吳淑萍，王娟娟,3*，邢闖，李本霞

（1.國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心，北京100081；2.國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心自然資源部海洋災(zāi)害預(yù)報(bào)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100081；3.河海大學(xué)海岸災(zāi)害及防護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京210098）

0 引言

海浪災(zāi)害是海洋災(zāi)害的重要組成部分，是各種海洋災(zāi)害中導(dǎo)致人員死亡或失蹤的最主要致災(zāi)因素，是各種涉海工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維工作必須考慮的動(dòng)力因素，是中國(guó)海洋安全與保障工作必須面對(duì)的自然災(zāi)害。

我國(guó)是海洋大國(guó)，同時(shí)也是海洋災(zāi)害損失巨大的沿海國(guó)家。根據(jù)《中國(guó)海洋災(zāi)害公報(bào)》的數(shù)據(jù)，2000—2022 年我國(guó)海洋災(zāi)害導(dǎo)致的人員死亡（含失蹤）共2 814 人，其中由于海浪災(zāi)害造成的為1 917人，占比68.1%[1]，可見(jiàn)海浪災(zāi)害在我國(guó)海洋災(zāi)害中對(duì)民眾生命安全的威脅最大。近年來(lái)，多項(xiàng)研究集中對(duì)我國(guó)東海、南海、黃海、渤海等近海海域的海浪特征、變化趨勢(shì)及影響因素等方面進(jìn)行了深入研究，其中，運(yùn)用遙感、數(shù)字模型、觀測(cè)臺(tái)站等手段開(kāi)展了精細(xì)化海浪觀測(cè)和數(shù)值模擬工作，并對(duì)比分析了歷史災(zāi)害海浪特征，為近海海浪災(zāi)害預(yù)報(bào)和防災(zāi)減災(zāi)提供了有效支撐。我國(guó)近海的災(zāi)害性海浪主要分為冷空氣浪和氣旋浪、臺(tái)風(fēng)浪[2]。本文采用歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）的全球氣候第五代大氣再分析資料ERA5（Fifth Generation ECMWF Atmospheric Reanalysis）以及基于《中國(guó)海洋災(zāi)害公報(bào)》的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，開(kāi)展中國(guó)近海2022 年災(zāi)害性海浪分析及2023年預(yù)測(cè)。

1 數(shù)據(jù)和方法

采用ERA5 再分析資料[3]進(jìn)行中國(guó)近海的災(zāi)害性海浪分析。ERA5 是由ECMWF 開(kāi)發(fā)的再分析產(chǎn)品的最新版本，ECMWF 是一個(gè)包括34 個(gè)國(guó)家支持的國(guó)際性組織，是當(dāng)今全球一流的國(guó)際性天氣海洋預(yù)報(bào)研究和業(yè)務(wù)機(jī)構(gòu)。ERA5 取代了先前成功的ERA40 和ERA-Interim 再分析資料，逐小時(shí)同化了大量的高度計(jì)觀測(cè)有效波高（Hs），目前已經(jīng)在國(guó)際上得到廣泛使用和認(rèn)可，其海浪有效波高資料的精度也已經(jīng)得到了充分有效的驗(yàn)證[4]。ERA5 可以提供1940年以來(lái)全球大氣、陸地表面和海浪的全面高分辨率再分析資料。目前官網(wǎng)可下載的海浪產(chǎn)品的水平分辨率為0.5°，風(fēng)速產(chǎn)品為0.25°，時(shí)間分辨率為1 h。

災(zāi)害性海浪過(guò)程和天數(shù)的提取方法按照Hs ≥4 m 的閾值進(jìn)行。對(duì)每個(gè)空間網(wǎng)格點(diǎn)的逐時(shí)有效波高資料，在同一個(gè)天氣系統(tǒng)影響下，Hs ≥4 m出現(xiàn)至少一個(gè)時(shí)次，即定義為一次災(zāi)害性海浪過(guò)程；當(dāng)天Hs ≥4 m 出現(xiàn)至少一個(gè)時(shí)次，即累積一次災(zāi)害性海浪天數(shù)。

下文中提到的多年指1979—2022 年，常年指1991—2020年。

海浪災(zāi)害資料主要參考?xì)v年的《中國(guó)海洋災(zāi)害公報(bào)》中關(guān)于海浪導(dǎo)致的死亡（含失蹤）人數(shù)和直接經(jīng)濟(jì)損失的數(shù)據(jù)。

2 2022年中國(guó)近海災(zāi)害性海浪概況

表1 為近10 a 及多年平均和常年平均的中國(guó)近海災(zāi)害性海浪過(guò)程次數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果。2022 年我國(guó)近海海域共發(fā)生災(zāi)害性海浪過(guò)程36次，其中臺(tái)風(fēng)浪12次，冷空氣浪和氣旋浪24 次；災(zāi)害性海浪過(guò)程次數(shù)與近10 a（37.1 次）持平，但少于多年平均值42 次和常年平均值40次。

表1 近10 a災(zāi)害性海浪過(guò)程次數(shù)統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Statistical table of the number of disastrous wave processes in the last 10 years

表2 為近10 a及多年平均和常年平均的中國(guó)近海災(zāi)害性海浪過(guò)程出現(xiàn)天數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果。2022 年我國(guó)近海的災(zāi)害性海浪累計(jì)出現(xiàn)天數(shù)為207 d，為近5 a 來(lái)最多，且多于多年平均值（190 d）和常年平均值（195 d）。災(zāi)害性冷空氣浪和氣旋浪出現(xiàn)了139 d，占總數(shù)的67 %，顯著多于多年平均值（101 d）和常年平均值（103 d），災(zāi)害性臺(tái)風(fēng)浪出現(xiàn)了68 d，顯著低于多年平均值（89 d）和常年平均值（92 d）。

表2 近10 a災(zāi)害性海浪累計(jì)出現(xiàn)天數(shù)統(tǒng)計(jì)表Tab.2 Statistical table of accumulated occurrence days of disastrous waves in the last 10 years

2022年中國(guó)近海的災(zāi)害性海浪有如下特點(diǎn)：

①總體特征

表3為近10 a及多年平均和常年平均的各海區(qū)災(zāi)害性海浪出現(xiàn)天數(shù)的統(tǒng)計(jì)情況?？傮w來(lái)看，2022年我國(guó)近海各海區(qū)災(zāi)害性海浪累計(jì)出現(xiàn)天數(shù)多于多年平均值或與之持平，其中災(zāi)害性冷空氣浪和氣旋浪累計(jì)出現(xiàn)天數(shù)明顯多于多年平均值，災(zāi)害性臺(tái)風(fēng)浪累計(jì)出現(xiàn)天數(shù)為近10 a 最少，且明顯少于多年平均值。

表3 近10 a我國(guó)近海各海區(qū)災(zāi)害性海浪出現(xiàn)天數(shù)Tab.3 Number of occurrence days of disastrous waves in various coastal areas of China in the last 10 years

②災(zāi)害性海浪過(guò)程次數(shù)偏少

2022年我國(guó)近海災(zāi)害性海浪過(guò)程為36次，較常年偏少4 次，與近10 a（37.1 次）持平，這主要是由于災(zāi)害性臺(tái)風(fēng)浪偏少（12 次，較近10 a 平均偏少3 次）導(dǎo)致，冷空氣和氣旋浪次數(shù)持平（24次）。

③災(zāi)害性海浪出現(xiàn)天數(shù)偏多

2022 年各海區(qū)災(zāi)害性海浪累計(jì)出現(xiàn)天數(shù)為207 d，明顯多于多年平均值，尤其在臺(tái)灣海峽的累計(jì)出現(xiàn)天數(shù)較多年平均值偏多17%左右、黃海偏多21%左右、東海偏多9%左右。與常年平均值相比，黃海大部偏多4～6 d，東海南部、臺(tái)灣海峽偏多8～10 d，南海北部、中部偏多7～9 d（見(jiàn)圖1）。

圖1 中國(guó)近海Hs ≥4 m海浪出現(xiàn)天數(shù)的常年平均（a）、2022年Hs ≥4 m出現(xiàn)天數(shù)（b）及其與常年平均的距平（c）Fig.1 Annual average number of occurrence days of waves with Hs ≥4 m in China offshore waters(a)，number of occurrence days with Hs ≥4 m in 2022(b)and their deviation(c)

2022年各海區(qū)冷空氣浪和氣旋浪的累計(jì)出現(xiàn)天數(shù)多于常年和多年均值。與2021年相比，2022年渤海冷空氣浪和氣旋浪的出現(xiàn)天數(shù)偏少，而黃海、東海、臺(tái)灣海峽的天數(shù)則偏多。2022年各海區(qū)臺(tái)風(fēng)浪累計(jì)出現(xiàn)天數(shù)呈減少的趨勢(shì)，比2021年少6 d，比2020年少22 d。與2021 年相比，2022 年臺(tái)灣海峽臺(tái)風(fēng)浪出現(xiàn)天數(shù)偏多，渤海、黃海、南?；境制剑瑬|海偏少。

④東海、臺(tái)灣海峽和南海的海浪影響嚴(yán)重

圖2 是基于ERA5 海浪再分析數(shù)據(jù)產(chǎn)品得到的中國(guó)近海Hs 年極值的常年平均、2022 年最大值及其與常年平均的距平。總體來(lái)看，東海、南海北部的年極值波高明顯大于其他海域，其次是臺(tái)灣海峽，渤海和黃海北部的Hs 年極值最小。2022年Hs 年極值分布類似，東海和南海北部最大，其次是臺(tái)灣海峽，而且南海北部波高年極值增強(qiáng)明顯。從圖2c可以看出，與常年相比，2022 年Hs 年極值距平為渤海偏大0.5～0.7 m，東海北部、中部、南海北部偏大1～1.5 m，臺(tái)灣海峽偏大1.0 m左右。

圖2 中國(guó)近海Hs年極值的常年平均（a）、2022年極值（b）及其與常年平均的距平（c）Fig.2 Annual average(a)and 2022 maximum(b)of Hs in China offshore waters and their deviation(c)

從Hs 年極值和災(zāi)害性海浪過(guò)程出現(xiàn)天數(shù)、次數(shù)的綜合分析來(lái)看，災(zāi)害性海浪過(guò)程對(duì)臺(tái)灣海峽影響最嚴(yán)重（天數(shù)最多、強(qiáng)度較大），其次為東海、南海，對(duì)渤海的影響最?。ㄌ鞌?shù)最少，強(qiáng)度最?。?。

⑤災(zāi)害性臺(tái)風(fēng)浪過(guò)程偏少

2022年中國(guó)近海的災(zāi)害性臺(tái)風(fēng)浪過(guò)程為12次，較常年偏少3 次，各海區(qū)災(zāi)害性臺(tái)風(fēng)浪累計(jì)出現(xiàn)天數(shù)為68 d，總體呈減少的趨勢(shì)，為近10 a最少。尤其在東海，2022 年影響東海的災(zāi)害性臺(tái)風(fēng)浪累計(jì)天數(shù)為18 d，明顯少于2020 年、2021 年和多年平均天數(shù)；影響東海、臺(tái)灣海峽和南海的災(zāi)害性臺(tái)風(fēng)浪累計(jì)天數(shù)均少于多年平均值（見(jiàn)表3）。

3 2022年中國(guó)近海海浪災(zāi)情概況

2022 年沿海各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）海浪災(zāi)害損失及主要海浪災(zāi)害過(guò)程和損失見(jiàn)表4、表5。2022年海浪災(zāi)害發(fā)生次數(shù)（5 次）為近10 a 最少。海浪災(zāi)害造成直接經(jīng)濟(jì)損失2 411.77萬(wàn)元，損失偏輕，較近10 a 平均（9 321.11 萬(wàn)元）少74%；死亡（含失蹤）9人，較近10 a 平均（38 人）偏少76%。海浪災(zāi)害直接經(jīng)濟(jì)損失最多的?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）為浙江，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1 146.00 萬(wàn)元，占沿海海浪災(zāi)害總直接經(jīng)濟(jì)損失的48%；死亡（含失蹤）人數(shù)最多的?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）為福建，死亡（含失蹤）6 人，占沿海海浪災(zāi)害總死亡（含失蹤）人數(shù)的67%。2022 年?yáng)|海由于11 號(hào)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“軒嵐諾”的臺(tái)風(fēng)浪過(guò)程造成直接經(jīng)濟(jì)損失1 686.00 萬(wàn)元，約占全主要年海浪致?lián)p的70%。

表4 2022年沿海各省（自治區(qū)、直轄市）海浪災(zāi)害損失統(tǒng)計(jì)（引自《2022中國(guó)海洋災(zāi)害公報(bào)》）Tab.4 Statistics on losses caused by wave disasters in coastal provinces(autonomous regions,municipalities directly under the central government)in 2022(cite from“2022 Bulletin of China marine disaster”)

3 2022年災(zāi)害性海浪預(yù)測(cè)檢驗(yàn)

表6、表7 為2022 年災(zāi)害性海浪過(guò)程出現(xiàn)次數(shù)和天數(shù)的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)況的對(duì)比。從表中可以看出，中國(guó)近海災(zāi)害性冷空氣浪和氣旋浪的出現(xiàn)次數(shù)與預(yù)測(cè)基本一致，但災(zāi)害性臺(tái)風(fēng)浪過(guò)程的預(yù)測(cè)次數(shù)明顯偏多，這主要是由于2022 年的厄爾尼諾-南方濤動(dòng)（El Ni?o-Southern Oscillation，ENSO）和熱帶氣旋預(yù)測(cè)結(jié)論導(dǎo)致的。

表6 2022年災(zāi)害性海浪過(guò)程出現(xiàn)次數(shù)的預(yù)測(cè)檢驗(yàn)Tab.6 Prediction and validation of the frequency of disastrous wave processes in 2022

表7 2022年各海區(qū)災(zāi)害性海浪過(guò)程出現(xiàn)天數(shù)的預(yù)測(cè)檢驗(yàn)Tab.7 Prediction and validation of the number of occurrence days of disastrous wave processes in various seas in 2022

渤海、東海、南海災(zāi)害性海浪的出現(xiàn)天數(shù)預(yù)測(cè)值與實(shí)況相比明顯偏多，黃海、臺(tái)灣海峽災(zāi)害性海浪的出現(xiàn)天數(shù)預(yù)測(cè)值與實(shí)況相比偏少。

4 2023年災(zāi)害性海浪預(yù)測(cè)

4.1 預(yù)測(cè)依據(jù)

4.1.1 中國(guó)近海災(zāi)害性海浪發(fā)生次數(shù)的年際變化

圖3 為中國(guó)近海1968—2022 年災(zāi)害性海浪過(guò)程發(fā)生次數(shù)的年際變化圖，多年平均值為42 次，其中災(zāi)害性冷空氣浪和氣旋浪過(guò)程為27次，災(zāi)害性臺(tái)風(fēng)浪過(guò)程為15次。

圖3 中國(guó)近海災(zāi)害性海浪過(guò)程出現(xiàn)次數(shù)的年際變化Fig.3 The interannual variation of the occurrence frequency of disastrous wave processes in China offshore waters

從資料分析可見(jiàn)，中國(guó)近海災(zāi)害性冷空氣浪和氣旋浪出現(xiàn)次數(shù)有明顯的年際變化特征[5-8]。目前，中國(guó)近海災(zāi)害性冷空氣和氣旋浪處于活動(dòng)偏弱時(shí)期，自2007 年以來(lái)的發(fā)生次數(shù)均小于多年平均值（26 次），2017 年到達(dá)低谷后，最近幾年呈現(xiàn)平穩(wěn)上升趨勢(shì)。結(jié)合2022年的資料分析，災(zāi)害性冷空氣浪和氣旋浪出現(xiàn)次數(shù)處于平穩(wěn)期，預(yù)計(jì)2023年我國(guó)近海災(zāi)害性冷空氣和氣旋浪次數(shù)與2022年持平，較常年（25次）偏少1次。

由圖3 也可以看出，災(zāi)害性臺(tái)風(fēng)浪出現(xiàn)次數(shù)的年代際變化呈現(xiàn)出較好的周期性。從有記錄以來(lái)災(zāi)害性臺(tái)風(fēng)浪基本維持5 a 左右的變化周期，從2010 年至今其變化周期有增大的趨勢(shì)[9-11]，2021 年基本達(dá)到5 a 震蕩周期的波谷處。根據(jù)變化規(guī)律預(yù)測(cè)，2023 年中國(guó)近海災(zāi)害性臺(tái)風(fēng)浪的出現(xiàn)次數(shù)比2022年將有所增加。

采用線性回歸方法對(duì)2023年中國(guó)近海災(zāi)害性海浪過(guò)程出現(xiàn)次數(shù)、災(zāi)害性臺(tái)風(fēng)浪過(guò)程出現(xiàn)次數(shù)以及冷空氣浪和氣旋浪過(guò)程出現(xiàn)次數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果顯示災(zāi)害性海浪過(guò)程將出現(xiàn)39次，災(zāi)害性臺(tái)風(fēng)浪過(guò)程將出現(xiàn)15次，冷空氣浪和氣旋浪過(guò)程將出現(xiàn)24次。

（2）中國(guó)近海災(zāi)害性海浪出現(xiàn)天數(shù)的年際變化

圖4為中國(guó)近海災(zāi)害性海浪出現(xiàn)天數(shù)的年際變化圖?？傮w來(lái)看，中國(guó)近海災(zāi)害性海浪累計(jì)出現(xiàn)天數(shù)呈上升趨勢(shì)。根據(jù)其變化趨勢(shì)分析[12-13]，預(yù)計(jì)2023 年中國(guó)近海各海區(qū)災(zāi)害性海浪的出現(xiàn)天數(shù)比2022年將有所增加。

圖4 中國(guó)近海災(zāi)害性海浪累計(jì)出現(xiàn)天數(shù)的年際變化Fig.4 The interannual variation of the number of the occurrence days of disastrous waves in China offshore waters

4.1.2 氣候相似年分析

氣候相似年分析對(duì)中國(guó)近海災(zāi)害性海浪尤其是災(zāi)害性臺(tái)風(fēng)浪過(guò)程的預(yù)測(cè)具有重要的指導(dǎo)意義。根據(jù)多年的氣候資料分析，2023 年海溫場(chǎng)特征相似年為2006 年、2009年、2012年、2018 年，其災(zāi)害性海浪過(guò)程出現(xiàn)次數(shù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表8，出現(xiàn)天數(shù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表9，相似年合成和2022 年距平的空間分布圖見(jiàn)圖5。綜合可以看出，相似年災(zāi)害性臺(tái)風(fēng)浪的出現(xiàn)次數(shù)平均為17 次，較常年略偏多2 次，較2022 年偏多5 次，災(zāi)害性冷空氣浪和氣旋浪相似年平均為24次，較常年偏少1 次，與2022 年持平；相似年各海區(qū)災(zāi)害性海浪過(guò)程的出現(xiàn)天數(shù)均較常年偏多2～5 d。

圖5 災(zāi)害性海浪出現(xiàn)天數(shù)的相似年平均（a）和2022年距平空間分布圖（b）Fig.5 The similar annual mean distribution(a)and the deviation of 2022(b)of occurrence days of disastrous waves

表8 相似年災(zāi)害性海浪的出現(xiàn)次數(shù)Tab.8 Occurrence frequency of disastrous waves in similar years

表9 不同海區(qū)相似年災(zāi)害性海浪的出現(xiàn)天數(shù)Tab.9 Occurrence days of disastrous waves in similar years in various coastal areas

4.2 預(yù)測(cè)結(jié)果

根據(jù)中國(guó)近海災(zāi)害性海浪過(guò)程的年際變化特征及相似年分析、西北太平洋熱帶氣旋分析及預(yù)測(cè)，結(jié)合采用線性回歸方法的趨勢(shì)預(yù)測(cè)結(jié)果，預(yù)計(jì)2023年中國(guó)近海將出現(xiàn)災(zāi)害性海浪過(guò)程39～42次，較2022 年增多，較常年略偏多。這其中，災(zāi)害性臺(tái)風(fēng)浪過(guò)程15～18 次，主要發(fā)生在東海、臺(tái)灣海峽和南海，較常年略偏多，上海、長(zhǎng)江口以北近海海域?qū)l(fā)生1～2次災(zāi)害性臺(tái)風(fēng)浪過(guò)程；災(zāi)害性冷空氣浪和氣旋浪過(guò)程23～25次，與常年持平，主要影響渤海、黃海、東海、臺(tái)灣海峽和南海。各海區(qū)災(zāi)害性海浪出現(xiàn)天數(shù)預(yù)測(cè)見(jiàn)表10。

表10 2023年各海區(qū)災(zāi)害性海浪出現(xiàn)天數(shù)預(yù)測(cè)Tab.10 Prediction of the number of occurrence days of disastrous waves in various seas in 2023

5 總結(jié)

通過(guò)本文的分析，得到結(jié)論如下：

①2022 年我國(guó)近海海域?yàn)?zāi)害性海浪過(guò)程出現(xiàn)次數(shù)偏少，主要由于災(zāi)害性臺(tái)風(fēng)浪偏少導(dǎo)致，冷空氣和氣旋浪次數(shù)與常年持平。

②2022 年，海浪災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟(jì)損失總體偏輕，顯著低于近10 a的平均值，直接經(jīng)濟(jì)損失為近10 a 平均值的26%，死亡（含失蹤）人數(shù)為近10 a 平均值的53%。

③2022 年中國(guó)近海災(zāi)害性冷空氣浪和氣旋浪的出現(xiàn)次數(shù)預(yù)測(cè)與實(shí)況一致，但災(zāi)害性臺(tái)風(fēng)浪過(guò)程的預(yù)測(cè)次數(shù)明顯偏多。

④根據(jù)災(zāi)害性海浪的年際變化規(guī)律及2023 年的氣候預(yù)測(cè)，結(jié)合采用線性回歸方法的趨勢(shì)預(yù)測(cè)結(jié)果，預(yù)計(jì)2023 年中國(guó)近海將出現(xiàn)災(zāi)害性海浪過(guò)程39～42次，較2022年增多，較常年略偏多，其中災(zāi)害性臺(tái)風(fēng)浪過(guò)程15～18 次，主要發(fā)生在東海、臺(tái)灣海峽和南海，較常年略偏多，災(zāi)害性冷空氣浪和氣旋浪過(guò)程23～25次，與常年持平。