廣東省風暴潮時空分布特征及重點城市風暴潮風險研究

董劍希，李濤，侯京明，于福江

（1.國家海洋環境預報中心，北京 100081；2.國家海洋局海洋災害預報技術研究重點實驗室，北京 100081）

廣東省風暴潮時空分布特征及重點城市風暴潮風險研究

董劍希1，2，李濤1，侯京明1，于福江1，2

（1.國家海洋環境預報中心，北京 100081；2.國家海洋局海洋災害預報技術研究重點實驗室，北京 100081）

收集、整理、分析1949年以來廣東省10個典型驗潮站的近500站次臺風風暴潮過程，開展了廣東省臺風風暴潮和超警戒風暴潮時空分布特征研究。結果表明：廣東省臺風風暴潮主要發生時間為7—9月，其中7月最多、9月次之，雷州半島東岸無論發生次數還是強度都明顯偏多、偏強，其次為陽江；風暴潮災害則主要發生在7—10月，以7月最多；風暴潮災害頻發區依次為珠江口、雷州半島東岸、陽江和汕頭，風暴潮災害嚴重區依次為汕頭、陽江和雷州半島東岸，陽江和雷州半島東岸為風暴潮災害頻發區和嚴重區。選取受臺風風暴潮影響頻繁和嚴重的典型區域陽江市。利用業務化的臺風風暴潮模式開展了不同等級臺風影響下陽江市的最大風暴潮風險研究，中心最低氣壓為970 hPa的臺風在最有利路徑下產生的風暴潮為185 cm，約20 a一遇，940 hPa的臺風產生的風暴潮為310 cm，約為500 a一遇。

風暴潮；時空分布；風險分析

1 引言

風暴潮是來自海上的一種巨大的自然災害現象［1］，是導致全球生命財產損失最嚴重的自然災害之一，也是影響我國最嚴重的海洋災害。我國是全球少數幾個同時遭受臺風風暴潮和溫帶風暴潮危害的國家之一［2］。春秋季節，渤海、黃海沿岸極易于溫帶風暴潮的發展；夏秋之時，東南沿海又頻繁遭受臺風風暴潮襲擊［3］，尤以浙江、福建和廣東省為重，每年均有發生并且成災率較高，造成嚴重的人員傷亡和經濟損失。

歷史上曾多次記載廣東沿海風暴潮（臺風風暴潮，下同）災害，例如1922年汕頭特大風暴潮災害，8月2日下午3時，海潮驟至，150多千米的海堤被悉數沖毀，海水入侵內陸達15 km，死亡7萬～8萬人。這是20世紀以來，我國死亡人數最多的一次風暴潮災害。1969年，廣東省汕頭再次發生特大風暴潮災害，風暴潮沖垮海堤幾百千米，全省死亡1 554人，其中大學生83人，解放軍470人。《中國海洋災害公報》統計數據表明，“十一五”期間，廣東省風暴潮災害直接經濟損失330億元，占全國海洋災害直接經濟損失的44%。

面對日益嚴重的風暴潮災害，以及全球變化背景下風暴潮災害頻率和強度變化趨勢［4］，開展廣東省風暴潮特征研究及風險分析，對經濟社會發展規劃、風暴潮災害防御具有重要的意義。本文選取廣東省典型潮位站，分析了1949年以來近500站次風暴潮資料和風暴潮歷史災害資料，探討了廣東省風暴潮時間（月際和年代際）分布特征和空間分布特征；利用風暴潮數值模型，開展了重點城市陽江市的風暴潮影響研究以及在廣東省造成重大災害的“黑格比”風暴潮分析。

2 廣東省風暴潮時空分布特征研究

選取了廣東省10個典型的、具有長時間序列潮位資料的驗潮站，選擇的驗潮站包括汕頭、海門、汕尾、赤灣、黃埔、三灶、北津、閘坡、湛江和南渡，這些站分別分布在粵東、珠江口和粵西沿海，所處位置代表性良好。大部分驗潮站資料的時間序列在30 a以上，部分潮位站的資料時間序列在50 a以上（表1），由此得到的風暴潮數據可以較好的代表廣東省臺風風暴潮的特點。在此基礎上，分析了風暴潮及風暴潮災害月際和年代際分布特征。但是需要注意的是，選擇的驗潮站大部分隸屬于水利部門，建站時間較長，因此資料的獲取難度較大，本文在廣泛收集的同時，也充分利用了908專項風暴潮災害調查的成果，但收集到的資料仍然難免有所欠缺。

表1 選取的驗潮站及資料年限

在整理、質控以及深入分析風暴潮資料的基礎上，選擇風暴潮、超警戒風暴潮兩個因子代表廣東省風暴潮和風暴潮災害的特點，其中超警戒風暴潮表示高潮位超過當地警戒潮位的情況，綜合反映風暴潮強度以及是否和高潮位疊加，和風暴潮致災程度有直接關系［5］，代表風暴潮災害特點，據此開展了廣東省風暴潮和超警戒風暴潮特點研究。

2.1 廣東省風暴潮時空分布特征

為了更好的探討風暴潮時間分布特征，將風暴潮按照增水量值的大小進行劃分，分別為：特大、大、較大、中等和一般5個等級，分別對應Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級，具體劃分如表2所示。

表2 風暴增水等級劃分標準

據此繪制了廣東沿海風暴潮逐月分布圖和年代際變化圖（見圖1和圖2），圖中縱坐標表示選取典型驗潮站1949—2008年間的每站平均發生次數；年代際特征變化圖中紅色曲線為5 a滑動平均。

2.1.1 月際特征

廣東省風暴潮發生時間為5—11月，其中7—9月發生次數相近并且明顯多于其他月份，為發生次數最多的3個月。各級風暴潮中，Ⅴ級所占比例接近50%，以7月和8月居多，9月和10月次之；Ⅳ級約占33%，主要發生在7—9月；150 cm以上的風暴潮發生次數明顯較少，以7月次數為最多，8月和9月基本持平；歷史上10月和11月也曾發生過Ⅱ級風暴潮；Ⅰ級則發生于6—9月，其中7月偏多。與其他省份相比，Ⅱ級以上風暴潮發生的時間跨度最長，為6—11月。

2.1.2 年代際特征

廣東風暴潮發生次數年代際變化較為明顯，1949年至70年代呈現較為明顯的上升趨勢，并在70年代中期達到峰值，之后開始緩慢下降，而后逐漸上升，90年代中期達到第二個峰值后呈明顯下降趨勢，21世紀前10 a前期為近40 a來的最低值，之后略有上升態勢。

圖1 1949—2008年廣東省風暴增水逐月變化

廣東各級風暴潮年代際變化趨勢不盡相同：Ⅴ級和Ⅳ級風暴潮變化趨勢基本一致；Ⅲ級風暴潮在90年代中期明顯偏多，1956—1961年和1998—2002年為兩個空白時期，沒有出現過Ⅲ級風暴潮；Ⅱ級和Ⅰ級風暴潮次數年際變化較為平穩，60年代后期至70年代后期Ⅰ級風暴潮均維持在相對較高的水平，之后呈現緩慢的波動下降趨勢，21世紀前10 a中期起略有上升。

2.1.3 空間分布特征

空間分布特征主要利用典型驗潮站的風暴潮分析廣東省風暴潮及風暴潮災害高頻發區和嚴重區。

廣東省粵東、珠江口和粵西沿海均有風暴潮發生，其中汕頭、珠江口、陽江和雷州半島東部沿海為風暴潮頻發區（見圖3），風暴潮發生次數以雷州半島東岸最多，平均2.6次／a，其次為珠江口，平均1.5次／a，陽江為1.2次／a，汕頭最少，平均發生次數接近1.2次／a。上述風暴潮頻發區也為風暴潮嚴重區，均發生過Ⅱ級以上風暴潮，其中雷州半島Ⅱ級以上風暴潮所占比例最高，為19%，其次為陽江，為11%，珠江口和汕頭較為接近，分別為6%和5%；Ⅰ級風暴潮所占比例也以雷州半島為最高，12%，陽江次之，5%，汕頭Ⅰ級風暴潮所占比例略高于珠江口，分別為2%和1%。雷州半島由于特殊的地理位置，潮水易于堆積，極易發生大或特大風暴潮，8007臺風期間，雷州半島南渡站最大風暴增水597 cm，居全國首位，世界第三位。

在粵東沿海，汕尾和汕頭沿海均受風暴潮影響，其中汕尾發生次數偏少，也沒有發生過Ⅱ級以上風暴潮，Ⅲ級風暴潮約占4%，Ⅴ級所占比例較高，為55%；汕頭沿海為風暴潮頻發區和嚴重區。在珠江口沿海，以珠江口頂部風暴潮發生次數偏多，珠江口西岸次數次之，西岸Ⅱ級風暴潮約占5%，沒有發生過Ⅰ級風暴潮，因此與珠江口兩岸相比，珠江口頂部風暴潮較為嚴重。在粵西沿海，相比陽江沿海，雷州半島東岸則更易發生風暴潮，無論發生次數還是強度都明顯偏多、偏強。

圖2 1949—2008年廣東省風暴增水年代際變化

2.2 廣東省超警戒風暴潮時空分布特征

2.2.1 月際特征

超警戒風暴潮等級分為：特大、嚴重、較重和一般4個級別，分別對應Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級（表3），具體劃分如下：

表3 超警戒風暴潮等級劃分標準

圖3 廣東省風暴潮等級分布圖

圖4 1949—2008年廣東省超警戒風暴潮逐月變化

圖5 1949—2008年廣東省超警戒風暴潮Ⅰ～Ⅳ級逐月變化

廣東省超警戒風暴潮發生時間為5-11月，以7 -10月居多，7月最多，9月次之。在超警戒風暴潮中，Ⅳ級所占比例接近60%，7月最多，10月次之；Ⅲ級所占比例接近30%，7月和9月明顯居多；Ⅱ級約占10%，7月偏多；Ⅰ級約占4%，發生在7月和9月，7月居多（圖4，圖5）。超警戒風暴潮與風暴潮強度及天文潮高度密切相關，7-10月為我國沿海臺風活躍期，強臺風風暴潮大部分發生在這段時間內，同時，這期間我國沿海受風暴潮主要影響海區的天文潮較高，其中東海8-9月天文潮較高，南海雖然沒有明顯的天文高潮期，但臺風活躍期較長，6-11月均可能發生大或特大風暴潮，時間跨度長于其他省份，超警戒幾率也相對較大。

2.2.2 年代際特征

廣東省超警戒風暴潮次數變化幅度較為平緩，從20世紀60年代前期至70年代前期緩慢上升后有所下降，之后起伏波動，略有上升（圖6）。

各級超警戒風暴潮發生次數變化趨勢不盡相同，Ⅳ級主要發生在70年代前期和中期，而且明顯多于其它時期，80年代至21世紀前10 a期間起伏震蕩，變化幅度不大；Ⅲ級則主要發生在90年代前期和中期，并且遠多于其它時期；Ⅱ級發生的年份明顯減少，主要發生80年代后；Ⅰ級僅發生在1965、1969年等5 a中，分別為6508、6903、8008、8616和0814臺風風暴潮（圖7）。

圖6 1949—2008年廣東省超警戒風暴潮年代際變化

圖7 1949—2008年廣東省超警戒風暴潮Ⅰ～Ⅳ級年代際變化a.Ⅳ級，b.Ⅲ級，c.Ⅱ級，d.Ⅰ級

2.2.3 空間分布特征

廣東省粵東、珠江口和粵西沿海均有超警戒風暴潮發生，其中汕頭、珠江口、陽江和雷州半島東部沿海為超警戒風暴潮頻發區（見圖8）。超警戒風暴潮易發區域與風暴潮頻發區較為一致，但嚴重區域有所區別。

在超警戒風暴潮頻發區，超警戒發生次數以珠江口最多，平均0.44次／a，其次為雷州半島東部沿海，平均0.39次／a，陽江為0.33次／a，汕頭最少，平均發生次數接近0.2次／a。上述超警戒風暴潮頻發區也為風暴潮災害嚴重區，均發生過Ⅱ級以上超警戒風暴潮，其中汕頭、雷州半島東部和陽江沿海Ⅱ級以上超警戒風暴潮所占比例較為接近，分別為20%、19%和18%；珠江口西岸Ⅱ級超警戒風暴潮所占比例為19%，但沒有發生過Ⅰ級超警戒風暴潮。汕頭、陽江和雷州半島東部沿海發生過Ⅰ級超警戒風暴潮，所占比例以汕頭為最高，10%，陽江次之，6%，雷州半島東岸略低，為5%。總體來看，珠江口次數最多，但沒有發生過特大超警戒風暴潮，珠江口灣頂也沒有發生過嚴重超警戒風暴潮，這一岸段為風暴潮災害頻發區；陽江和雷州半島東部沿海次數較多，嚴重超警戒風暴潮所占比例也較高，為風暴潮災害頻發區和嚴重區；汕頭沿海雖然發生次數較少，但嚴重超警戒風暴潮所占比例最高，為風暴潮災害嚴重區。

在粵東沿海，汕尾和汕頭沿海均出現過超警戒風暴潮，其中汕尾發生次數明顯偏少，也沒有發生過Ⅲ級以上超警戒風暴潮，汕頭沿海為風暴潮災害頻發區和嚴重區。在珠江口沿海，以珠江口頂部和西岸超警戒風暴潮發生次數較多，珠江口東岸次數偏少，并且沒有出現過Ⅱ級超警戒風暴潮，因此珠江口以頂部和西岸沿海為風暴潮災害頻發區和嚴重區。在粵西沿海，則以陽江和雷州半島東岸均較容易發生超警戒風暴潮，嚴重超警戒風暴潮發生次數也較為接近，均為風暴潮災害頻發區和嚴重區。

圖8 廣東省超警戒風暴潮分布圖

3 重點城市風暴潮風險分析研究

廣東省超警戒風暴潮時空分布特征表明，陽江市為風暴潮災害頻發區和嚴重區，以代表驗潮站閘坡站為例，建站（1957年）以來增水超過100 cm以上的風暴潮次數為21次，150 cm以上的風暴潮次數為6次。從所處位置來看，廣東省陽江市緊鄰珠三角，處于粵西重要位置，近年來經濟發展迅速，2011年陽江GDP增幅為全省第一。因此，選擇陽江市開展風暴潮風險分析，在重視社會經濟發展的同時，對風暴潮災害也應給予密切關注，以期最大程度減輕海洋災害對社會經濟的影響程度。

本文利用國家海洋環境預報中業務化臺風風暴潮數值模型進行風暴潮風險分析，該模型在經過大量歷史個例檢驗后，于2003年投入業務化運行，在風暴潮預報中發揮了重要的參考作用［6］。采用該模型較好的模擬了近年來對陽江市影響最為嚴重的“黑格比”風暴潮過程，表明模型對這一區域有著較強的模擬能力。

3.1 臺風風暴潮模型及典型過程“黑格比”風暴潮數值模擬

臺風風暴潮數值模型控制方程采用二維深度平均流方程，利用Takahashi（1939）和Fujita.T（1952）建立的氣壓場公式嵌套計算同一臺風域中的氣壓場分布。臺風域中的風場由相對臺風中心的風場和基本風場疊加而成，建立的模型氣壓場和風場也在核電廠址氣壓場、風場和風暴潮計算中廣泛應用。為了提高風暴潮數值模型的計算精度，計算區域的范圍足夠大，提高水邊界計算的準確性，而在河口、海灣等淺水區域，則采用精細的網格來刻畫復雜的地形，提高風暴潮計算的準確率，基于此，將中國沿海劃分為3個區，模式分辨率為（1／30）°。

“黑格比”臺風于9月24日登陸廣東省茂名市電白縣附近沿海，造成近10年來廣東省最嚴重的風暴潮災害，海塘堤防決口524處52 km，毀壞744 km；死亡（含失蹤）26人。因災直接經濟損失77億元。以“黑格比”風暴潮來驗證臺風風暴潮模型的數值模擬效果。

廣東沿海最大風暴潮270 cm，發生在北津站，最高潮位超過當地警戒潮位165 cm；沿海共有8個潮位站的高潮位打破歷史記錄。閘坡站在風暴潮最大影響時驗潮設施遭到破壞，潮位數據缺測4 h，期間恰逢天文高潮，測站人員通過潮水痕跡估算了最高潮位值，該值創歷史記錄。風暴潮數值模型模擬結果與實測非常一致（圖9）。“黑格比”登陸時中心最低氣壓940 hPa，閘坡站最大增水200 cm左右，約為25 a一遇，低于強度相同但最有利風暴增水的臺風路徑產生的風暴潮，痕跡估算值是合理的。

圖9 “黑格比”風暴潮數值模擬與實測對比

圖10 “8007”臺風路徑圖

3.2 陽江臺風風暴潮風險分析

3.2.1 陽江市風暴潮風險計算

（1）臺風路徑的確定方法

首先選取能夠使陽江市（以閘坡站為代表站）產生最大風暴潮的臺風路徑。根據風暴潮歷史資料和歷年臺風年鑒，1980年登陸徐聞沿海的8007臺風在閘坡站產生風暴增水211 cm，為閘坡站歷史最大增水，風暴潮災害損失慘重，死亡（含失蹤）433人，直接經濟損失約5億元。因此選擇此路徑（圖10）作為影響陽江沿海的初始路徑。考慮到登陸臺風對沿海的影響最大，所以將8007臺風的路徑平移（移速和移向不變），使其在陽江市境內登陸，為了找到最有利于風暴增水的路徑，將獲取的路徑以0.5R、R、1.5R、2R間隔左右移動，其中R為城市為中心的圓半徑，取值40 km，得到11條影響陽江市的臺風路徑（圖11），所得路徑覆蓋了陽江市，為最可能產生陽江市最大風暴增水的路徑。

圖11 構建的臺風路徑圖

（2）臺風強度劃分

臺風是引發風暴潮的直接誘因，不同強度的臺風導致的風暴潮及風暴潮災害差別很大。為了掌握不同臺風強度影響下沿海的風暴潮風險，便于采取相應措施，本文將臺風依據強度劃分為不同等級。目前，臺風依據中心附近地面最大風速來劃分等級，而風暴潮模式的輸入參數為臺風中心最低氣壓，因此依據臺風中心最低氣壓和中心附近最大風速的關系，將風暴潮風險和臺風等級建立聯系（表4）。

（3）風暴潮風險計算

依據選定的臺風路徑、臺風強度等參數，利用風暴潮數值模型計算了閘坡站風暴潮（圖12），得到不同等級臺風影響下閘坡站及其附近海域最大風暴潮（圖13），表5為各級臺風在閘坡站所產生的風暴潮。

表4 臺風中心氣壓參數表

圖12 不同強度臺風影響下閘坡站風暴潮

表5 不同等級臺風影響下閘坡站最大增水

3.2.2 陽江市風暴潮重現期分析

利用陽江市代表驗潮站閘坡站連續52 a（1957— 2008年）臺風風暴潮資料，建立其臺風風暴潮年極值系列，采用龔貝爾統計法計算了閘坡站重現期風暴潮

圖13 不同等級臺風影響下陽江市沿海最大增水空間分布

（表6）。對于陽江市，不同強度臺風引起的最大風暴潮所對應的重現期見表7。

表6 閘坡站重現期風暴潮

表7 陽江市不同強度臺風引起的風暴潮重現期

4 總結

選取廣東省10個典型的、具有長時間序列潮位資料的驗潮站，分析、探討了廣東省風暴潮及風暴潮災害時空分布特征。結果表明：

（1）廣東省風暴潮主要發生時間為7-9月，發生次數相近并且明顯多于其他月份；從年代際變化來看，20世紀70年代中期和90年代中期為風暴潮發生次數最多的兩個時期；風暴潮空間分布則表明，風暴潮頻發區依次為雷州半島東岸、陽江、珠江口和汕頭沿海；風暴潮嚴重區依次為雷州半島東岸、珠江口、陽江和汕頭沿海，其中雷州半島Ⅱ級以上風暴潮所占比例最高，為19%。

（2）風暴潮災害則以7-10月居多，7月最多；風暴潮災害年代際變化幅度較為平緩；從空間分布看，風暴潮災害頻發區依次為珠江口、雷州半島東岸、陽江和汕頭沿海；風暴潮災害嚴重區依次為汕頭、陽江、雷州半島東岸和珠江口，其中陽江和雷州半島東岸為風暴潮災害頻發區和嚴重區。

（3）2008年“黑格比”風暴潮在廣東省造成嚴重災害，陽江市代表驗潮站閘坡站最大增水200 cm左右，約為25 a一遇。

（4）通過對廣東省重點城市陽江市開展風暴潮災害風險分析，得出：臺風中心最低氣壓970 hPa在最有利路徑下產生的風暴潮為185 cm，約為20 a一遇，940 hPa產生的風暴潮為310 cm，約為500 a一遇。

［1］馮士筰.風暴潮的研究進展［J］.世界科技研究與發展，2000，20（4）：44-47.

［2］楊桂山.中國沿海風暴潮災害的歷史變化及未來趨向［J］.自然災害學報，2000，9（3）：23-30.

［3］葉琳，于福江.我國風暴潮災的長期變化與預測［J］.海洋預報，2002，19（1）：89-96.

［4］Bijlsma L，Ehler C N，Klein R J T，et al.Coastal zones and small islands［A］／／In：Climate Change 1995—Impacts，adaptations and mitigation of climate change：science-technical analysis［C］.Cambridge：Cambridge University Press，1996：289-324.

［5］方偉華，王靜愛.綜合風險防范數據庫、風險地圖與網絡平臺［M］.北京：科學出版社，2011.

［6］董劍希，付翔.中國海高分辨率業務化風暴潮模式的業務化預報檢驗［J］.海洋預報，2008，25（2）：11-17.

The characteristics of temporal and spatial distribution of storm surge in Guangdong Province and storm surge hazard study at Yangjiang City

Dong Jianxi1，2，Li Tao1，Hou Jingming1，Yu Fujiang1，2

（1．National Marine Environmental Forecasting Center，Beijing 100081，China；2．Key Laboratory of Research on Marine Hazards Forecasting，State Oceanic Administration，Bejing 100081，China）

The characteristics of temporal and spatial distribution of storm surge in Guangdong Province are studied by historical storm surge.The result indicate that most of storm surge occurred in July and September.The frequency and intensity of storm surge in Leizhou Island are higher than other places in Guangdong Province.The main storm surge disaster occurred from July to October，the districts effected seriously by storm surge are Yangjiang and Leizhou Island.In addition，a study on storm surge hazard research of Yangjiang has been carried out，the result show storm surge effected by a typhoon with central pressure of 970 hPa and 940 hPais 185 cm and 310 cm respectively.

storm surge；temporal and spatial distribution；hazard analysis

P731.23

A

0253-4193（2014）03-0083-11

2012-12-12；

2013-12-10。

我國近海海洋綜合調查與評價（908-02-03-02）。

董劍希（1973—），女，河北省張家口市人，高級工程師，從事風暴潮預報及研究。E-mail：djx＠nmefc.gov.cn

董劍希，李濤，侯京明，等.廣東省風暴潮時空分布特征及重點城市風暴潮風險研究［J］.海洋學報，2014，36（3）：83—93，

10.3969／j.issn.0253-4193.2014.03.009

Dong Jianxi，Li Tao，Hou Jingming，et al.The characteristics of temporal and spatial distribution of storm surge in Guangdong Province and storm surge hazard study at Yangjiang City［J］.Acta Oceanologica Sinica（in Chinese），2014，36（3）：83—93，doi：10.3969／j.issn. 0253-4193.2014.03.009