渤海風(fēng)暴潮研究進(jìn)展簡介

王建華，卜清軍，許長義

(1. 山西省朔州市朔城氣象局 山西朔州036002；2. 天津市濱海氣象局 天津300457)

渤海風(fēng)暴潮研究進(jìn)展簡介

王建華1，卜清軍2，許長義2

(1. 山西省朔州市朔城氣象局 山西朔州036002；2. 天津市濱海氣象局 天津300457)

風(fēng)暴潮的研究一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)，對(duì)其特征、活動(dòng)規(guī)律及其發(fā)生發(fā)展的物理機(jī)制進(jìn)行了深入探討，尤其將渤海風(fēng)暴潮作為研究重點(diǎn)。在簡要回顧風(fēng)暴潮國內(nèi)外主要研究成果的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)總結(jié)了不同類型的渤海風(fēng)暴潮以及影響風(fēng)暴潮發(fā)生發(fā)展的主因，并在此基礎(chǔ)上討論了當(dāng)前渤海風(fēng)暴潮研究中存在的問題和未來的研究前景，以便進(jìn)一步深入開展渤海風(fēng)暴潮的研究，提高渤海風(fēng)暴潮的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。

風(fēng)暴潮 渤海 誘發(fā)因子 研究進(jìn)展

0 引 言

風(fēng)暴潮是指由于強(qiáng)烈大氣擾動(dòng)而出現(xiàn)的海面異常升高的現(xiàn)象。[1]風(fēng)暴潮災(zāi)害是所有海洋災(zāi)害中最嚴(yán)重的一種。我國風(fēng)暴潮一般具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：一年四季均有發(fā)生；發(fā)生次數(shù)較多；風(fēng)暴潮位較高；規(guī)律較復(fù)雜，特別是在潮差大的淺水區(qū)，天文潮與風(fēng)暴潮具有較明顯的非線性耦合效應(yīng)，致使風(fēng)暴潮的規(guī)律更為復(fù)雜。

渤海是我國風(fēng)暴潮最嚴(yán)重的地區(qū)之一。渤海嚴(yán)重的風(fēng)暴潮災(zāi)害導(dǎo)致水位暴漲、堤岸決口、咸潮倒灌，直接危及當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)建設(shè)、威脅沿海居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。渤海海域的地形地貌及其地理位置的特殊性使其一年四季均有風(fēng)暴潮發(fā)生。因此，開展渤海風(fēng)暴潮研究，對(duì)防止和減少災(zāi)害的發(fā)生具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義。本文在較系統(tǒng)地介紹渤海風(fēng)暴潮研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)回顧了近幾十年來國內(nèi)外學(xué)者在此領(lǐng)域開展的工作，對(duì)渤海風(fēng)暴潮的類型、誘發(fā)風(fēng)暴潮的主要原因等幾方面給予回顧，并對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行討論，以便進(jìn)一步深入開展該領(lǐng)域的研究工作，從而提高對(duì)渤海風(fēng)暴潮所帶來的災(zāi)害性天氣的預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)能力。

1 國內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)展

國外風(fēng)暴潮研究始于20世紀(jì)20年代，最初主要是了解其現(xiàn)象、發(fā)生過程和初步探討其成因。風(fēng)暴潮的研究方法主要有理論方法、經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方法和數(shù)值模擬方法，其中數(shù)值模擬方法是研究風(fēng)暴潮最直接的方法。我國 20世紀(jì) 70年代的淺海風(fēng)暴潮理論奠定了我國的風(fēng)暴潮數(shù)值預(yù)報(bào)基礎(chǔ)。建立在該理論基礎(chǔ)上的二維全流模式使我國的風(fēng)暴潮數(shù)值預(yù)報(bào)模式有很了大發(fā)展。于宜法等建立了渤海多年一遇最大增水值的計(jì)算方法，對(duì)2003年10月渤海灣風(fēng)暴潮天氣系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)值模擬和動(dòng)力分析。

我國渤海風(fēng)暴潮的研究始于20世紀(jì)70年代，最早由中國海洋大學(xué)完成第一次環(huán)渤海風(fēng)暴潮實(shí)地考查，并提出了渤海經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)方法。[1]之后在渤海風(fēng)暴潮研究中同樣取得了較好效果和較大的研究進(jìn)展。

2 渤海風(fēng)暴潮類型的研究

風(fēng)暴潮按其成因主要分為熱帶氣旋或臺(tái)風(fēng)引起的臺(tái)風(fēng)型風(fēng)暴潮和由溫帶氣旋或冷空氣引起的溫帶氣旋風(fēng)暴潮或冷鋒型風(fēng)暴潮。無論哪一種天氣系統(tǒng)影響，其直接結(jié)果都是產(chǎn)生向岸大風(fēng)導(dǎo)致風(fēng)暴潮增水。目前來看，制約風(fēng)暴潮模型預(yù)報(bào)能力的主要還是天氣預(yù)報(bào)模型的準(zhǔn)確性，也就是海平面風(fēng)場(chǎng)和海平面氣壓場(chǎng)的準(zhǔn)確性，這也是業(yè)務(wù)人員在預(yù)報(bào)中需要特別關(guān)注的。因此研究不同天氣類型的渤海風(fēng)暴潮對(duì)于準(zhǔn)確預(yù)報(bào)風(fēng)暴潮是十分必要的。

2.1 臺(tái)風(fēng)型風(fēng)暴潮

臺(tái)風(fēng)是造成渤海西岸風(fēng)暴潮的主要天氣系統(tǒng)之一，多見于夏秋季節(jié)，臺(tái)風(fēng)的移向、移速、路徑、強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間均對(duì)風(fēng)暴潮的產(chǎn)生及其潮位高低起關(guān)鍵性作用，其特點(diǎn)是：來勢(shì)猛、速度快、強(qiáng)度大、破壞力強(qiáng)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，臺(tái)風(fēng)進(jìn)入渤海后的路徑有 3條，分別為直接北上在東北平原登陸、西進(jìn)在華北平原登陸以及東北方向移動(dòng)在遼東半島登陸。對(duì)于臺(tái)風(fēng)型風(fēng)暴潮，業(yè)務(wù)人員既要考慮風(fēng)應(yīng)力效應(yīng)對(duì)其的影響，又要考慮氣壓變化對(duì)風(fēng)暴潮發(fā)生的影響。

2.2 冷鋒型風(fēng)暴潮

冷鋒型風(fēng)暴潮又稱溫帶氣旋風(fēng)暴潮，指在春秋過渡季節(jié)，冷暖空氣在渤海灣頻繁交匯，其持續(xù)時(shí)間長，增水過程較為平緩；天氣形勢(shì)中，大多數(shù)冷鋒型風(fēng)暴潮是在高空緯向環(huán)流型下發(fā)生的，其地面形勢(shì)為“北高南低”型，尤其是出現(xiàn)停滯或移動(dòng)緩慢的強(qiáng)冷高壓時(shí)，可使渤海灣出現(xiàn)持續(xù)的偏東大風(fēng)，海水倒灌，潮位猛增，形成風(fēng)暴潮。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，冷鋒型風(fēng)暴潮是導(dǎo)致渤海風(fēng)暴潮的主要天氣類型。

3 誘發(fā)渤海灣風(fēng)暴潮的主要因子

風(fēng)暴潮是一種自然現(xiàn)象，它的發(fā)生發(fā)展主要受天文、氣象、地理等因素的影響，因此以下分別從天文、氣象、地理3個(gè)方面分析誘發(fā)渤海風(fēng)暴潮的原因。

3.1 天文因子

潮汐是海水在天體(主要為月球與太陽)引潮力作用下產(chǎn)生的周期性漲落運(yùn)動(dòng)，潮汐作用力主要是由月球?qū)Ω鞯睾Ｓ虻囊绷Ξa(chǎn)生的。從渤海 500年來歷史風(fēng)暴年表中發(fā)現(xiàn)，風(fēng)暴潮的時(shí)間基本是在朔、望及其前后2、3天的大潮期間。風(fēng)暴潮能否成災(zāi)，在很大程度上取決于其最大風(fēng)暴潮是否與天文高潮相疊，因此天文因子是誘發(fā)渤海風(fēng)暴潮的決定性因素。沒有天文大潮的存在，僅依靠氣象因素誘發(fā)渤海風(fēng)暴潮災(zāi)害的可能性是非常小的。渤海灣的警戒水位為4.9,m，當(dāng)天文潮位超過 3.5,m時(shí)，如再配合其他有利于風(fēng)暴增水的因素，就應(yīng)引起預(yù)報(bào)員的關(guān)注。

3.2 氣象因子

3.2.1 氣壓

氣壓的急劇下降會(huì)引起海面升高，當(dāng)內(nèi)外氣壓差變大時(shí)，海面因維持靜力平衡而上升，其上升的比例是：氣壓每下降 1,hPa，海面升高約 1,cm。氣壓下降是誘發(fā)深水風(fēng)暴潮的主要強(qiáng)迫力，而對(duì)類似渤海這樣的淺海風(fēng)暴潮則是次要的，因此一般情況下氣壓可以不予考慮。但當(dāng)臺(tái)風(fēng)中心移到渤海時(shí)，如 1972年7月27日，氣壓在 12,h內(nèi)下降約 13,hPa，這時(shí)氣壓變化對(duì)風(fēng)暴潮的影響就應(yīng)予以考慮。

3.2.2 降水

通常認(rèn)為，降水對(duì)風(fēng)暴潮的影響很小，但當(dāng)沿海地區(qū)有強(qiáng)而急的降水，產(chǎn)生很大的地表徑流時(shí)，可使海面升高，對(duì)渤海風(fēng)暴潮有一定影響。

3.2.3 風(fēng)應(yīng)力

渤海灣平均水深約18,m，是典型的半封閉淺海。馮士 筰院士指出，淺水風(fēng)暴潮的一個(gè)重要特征是：與氣壓變化相比，風(fēng)應(yīng)力是風(fēng)暴潮的主要強(qiáng)迫力。對(duì)于渤海風(fēng)暴潮而言，主要是偏東或東北方向的風(fēng)應(yīng)力對(duì)增水最為有利。

3.3 地理因素

地理因素主要是指海岸線形狀、河口地形、地理位置等，在其他因素相同的情況下，因地理上的差異而導(dǎo)致風(fēng)暴潮現(xiàn)象存在很大的差別。渤海灣呈喇叭型，形狀像肚大口小的葫蘆，又是淺海大陸架，由于地形集能作用，潮流經(jīng)海峽進(jìn)入海灣繼續(xù)前進(jìn)至灣底，潮波遇岸受阻產(chǎn)生反射波，導(dǎo)致灣底潮位急劇上升，非常有利于風(fēng)暴潮的發(fā)展。由于特定的地理和天氣條件，渤海灣的風(fēng)暴潮比鄰近海灣(如遼東灣、萊州灣等)嚴(yán)重。

4 結(jié)語與展望

綜上所述，近年來在渤海風(fēng)暴潮的類型、主要影響因子等方面的研究取得了很多新的進(jìn)展，研究結(jié)果不僅對(duì)于認(rèn)識(shí)大氣運(yùn)動(dòng)和海洋運(yùn)動(dòng)的特征和規(guī)律十分重要，而且對(duì)于提高和改進(jìn)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式具有重要意義。因此，通過加強(qiáng)風(fēng)暴潮統(tǒng)計(jì)研究和海上及港口觀測(cè)科學(xué)試驗(yàn)，充分利用現(xiàn)有的常規(guī)和非常規(guī)觀測(cè)資料以及數(shù)值模擬與診斷分析技術(shù)，比較分析相同的風(fēng)暴潮過程對(duì)不同海區(qū)和港口產(chǎn)生的不同影響，深入探討風(fēng)暴潮的發(fā)生機(jī)制等，將豐富渤海風(fēng)暴潮的研究結(jié)果，提高對(duì)渤海風(fēng)暴潮的預(yù)測(cè)能力以及風(fēng)暴潮災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)水平。

［2］ 王月賓. 渤海西岸致災(zāi)風(fēng)暴潮的統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)模型[J]. 氣象，2007，33(9)：40-46.

［3］ 于宜法，俞聿修. 渤海天文-風(fēng)暴潮數(shù)值模擬和一種多年一遇極值水位的計(jì)算方法[J]. 海洋學(xué)報(bào)，2003：25(4)：10-17.

Reseach Progress of Bohai Sea Storm Surge

WANG Jianhua1，BU Qingjun2，XU Changyi2
(1.Shuocheng Meteorological Bureau，Shuozhou 036002，Shanxi Province，China；2. Tianjin Binhai Meteorological Bureau，Tianjin 300457，China)

Storm surge is always a focus event. In-depth studies have been made in its characteristics，activities and physical mechanism，especially on Bohai Sea storm surge. This paper briefly reviewed research results of storm surge both in China and in the world and summed up different types of Bohai Sea storm surges and the main factors of its development. On this basis，it discussed problems and research prospects on Bohai Sea storm surge，which will promote futher research and improve the forecast accuracy.

storm surge；Bohai Sea；inducing factor；research advance

P47

A

1006-8945(2014)06-0071-03

2014-05-09