海洋觀測數據在海洋預報和海洋防災減災中的適用

陳勝 劉文勝 傅軒誠 韓小燕

摘要：為完善海洋觀測體系，提高海洋觀測數據在海洋預報和海洋防災減災中的適用性，文章以海洋經濟較發達和遭受海洋災害較多的溫州市和臺州市為例，選取潮位、波浪和水溫3個重要海洋觀測要素，分析海洋觀測數據在海洋預報和海洋防災減災中的適用，并提出對策建議。研究結果表明：由于觀測時間較短、地理位置特殊和數據代表性不足，海洋觀測站的潮位數據未能在臺風風暴潮的預報和防災減災中有效發揮作用;由于波浪觀測儀器布設位置的地形阻擋和觀測站少，波浪數據的預報準確性和實際應用不足;個別觀測站的水溫數據不適用于大面海洋環境和赤潮的預報，且缺少對低溫災害的觀測。針對海洋觀測數據的實際應用與相關業務脫節的問題，未來應提高觀測數據質量、緊密結合當地海洋預報和海洋防災減災工作需求、開展重點目標保障預報工作以及加強海洋觀測宣傳教育。

關鍵詞：海洋觀測站;觀測數據;海洋預報;防災減災;數據應用

中圖分類號：P717;X43文獻標志碼：A文章編號：1005-9857（2019）02-0024-05

The Application of Ocean Observation Data in Marine Forecasting and Marine Disaster Prevention and Mitigation：Take Wenzhou and Taizhou as Examples

CHEN Sheng1，LIU Wensheng1，FU Xuancheng2，HAN Xiaoyan1

（1Wenzhou Marine Environmental Monitoring Center，Wenzhou 325013，China;

2The First Surveying & Mapping Institute of Zhejiang Province，Hangzhou 310012，China）

Abstract：The paper took Wenzhou and Taizhou as examples，selected tidal level，wave and surface water temperature as important ocean observation elements，analyzed the application of ocean observation data in marine forecasting and marine disaster prevention and mitigation.The results showed that tidal data failed to play an effective role in typhoon storm surge prediction，disaster prevention and mitigation due to short observation time，special geographical location and insufficient representation of data，wave data need to be strengthened in forecast accuracy and practical application，because of the observation instruments laying location and few sites，surface water temperature data from individual observing station were not suitable for predicting of largescale marine environment and red tide.To solve the above problem，this paper provided some suggestions： the quality of observation data should be improved，the forecast of key guarantee objectives should be developed and the popular science propaganda of ocean observation should be strengthened.

Key words：Ocean observation station，Observation data，Marine forecasting，Disaster prevention and mitigation，Data application

0引言

我國已初步建成由海洋觀測站、海洋調查船（志愿觀測船）、海洋浮標、雷達觀測站、飛機（無人機）和遙感衛星等組成的海洋立體觀測網絡[1]，獲取了大量海洋水文和氣象觀測數據，為海洋防災減災、海洋環境保護、海洋科學研究和應對全球氣候變化等做出巨大貢獻[2]。

溫州市和臺州市地處浙江省中南部沿海，東瀕西北太平洋，遭受的海洋災害包括臺風風暴潮、災害性海浪和赤潮等，此外冬季海表水溫降低也對海水養殖業造成損失。目前溫州市和臺州市已形成較為系統和完善的海洋觀測體系，隨著海洋經濟的迅速發展，當地政府不斷提升對海洋防災減災的關注度，對海洋預報的多樣性、準確性和精細化程度提出更高的要求，海洋觀測數據被逐步應用到海洋預報和海洋防災減災領域。但目前海洋觀測數據的實際應用與相關業務存在脫節的現象，不能完全滿足海洋預報和海洋防災減災工作的需求。

本研究根據溫州市和臺州市沿海地區海洋觀測基層工作實際，選取潮位、波浪和水溫3個與海洋預報和海洋防災減災密切相關的觀測要素，分析海洋觀測數據在海洋預報和海洋防災減災中的適用，并提出對策建議。

1主要海洋觀測數據的適用

本研究對布設在溫州市和臺州市沿岸的6個水文觀測站、28個海洋觀測站和1個海上綜合觀測平臺進行觀測數據適用分析，具體站位分布如圖1所示。

11潮位數據

溫州市和臺州市沿海地區受臺風風暴潮侵襲嚴重，1971—2013年平均每年約有45個熱帶氣旋影響沿海地區的潮位。當地政府在對臺風風暴潮開展預報和防災減災的過程中，主要依靠水文觀測站的潮位數據，而許多海洋觀測站未能有效發揮作用，主要有3個原因。

111觀測時間較短

溫州市和臺州市水文觀測站潮位數據的時間序列超過60年，且很早就被應用于海洋防災減災工作，當地政府對其接受度和認可度較高。隨著海洋事業的發展，海洋觀測站逐步覆蓋溫州市和臺州市沿海地區，但除坎門站建站至今已超過80年外，其余站的觀測時間最長僅為11年，很難在短期內被當地政府應用于臺風風暴潮的預報和防災減災工作。

112地理位置特殊

基于國防安全的需求和技術手段的限制，很多海洋觀測站建于半島或海島，有的甚至建于孤島，交通和通信十分不便[2]。由于海島與大陸之間的水準測量精度較低，且海島的測量條件不如陸地，難以滿足前后視距相同和視線離地高度等要求，導致測量誤差加大。由于目前海洋防災減災統一采用1985國家高程基準，海島觀測的潮位數據存在換算困難和精度較低等問題，現階段尚未在海洋預報和海洋防災減災的實際工作中應用。

113數據代表性不足

受地形條件限制，有些海洋觀測站潮位數據的代表性有所減弱，無法滿足當地政府海洋預報和海洋防災減災的工作需求。如，坎門站歷史悠久，其東南向臨海，驗潮井的西南向有1個直徑約60 cm的進水孔，驗潮井所在點沒有大江大河注入，潮汐不受降水和徑流影響[3];根據對坎門站增水極值大于50 cm和臺風登陸強度超過980 hPa的22個風暴潮過程的分析，增水極值出現的時間與天文高潮相重合的占73%，尤其以南登型和近岸轉向型最為突出，其增水極值均出現在天文高潮時[3]，出現這一特殊增水規律估計與驗潮井的位置類似“瓶頸”有關，導致消波作用較差[4]，對高潮位的非線性增水有一定影響[3]。因此，海洋觀測站的地形可能導致相鄰岸段或觀測站未達警戒潮位，而該站已出現超警戒潮位的情況，增加了海洋預報和海洋防災減災的難度。

12波浪數據

溫州市和臺州市沿海地區遭受的次要海洋災害即災害性海浪。引發災害性海浪的天氣過程包括熱帶氣旋、冷空氣和出海氣旋等。一般情況下，沿海地區出現25 m以上波浪就容易引發災害，對海洋漁業和海上交通等造成嚴重影響。據統計，1990—2014年溫州市南麂海域25 m以上災害性海浪共發生198 d，平均每年發生79 d;每月均有發生，且集中于7-10月。

目前溫州市和臺州市開展業務化波浪觀測的海洋觀測站主要包括大陳站、洞頭站和南麂站。大陳站和南麂站觀測時間較長，經歷人工觀測和波浪浮標觀測;洞頭站觀測時間較短（自2003年開始），采用波浪浮標觀測;頭門站、石塘站、石砰站和漁寮站于近年建成，采用X波段雷達觀測，但尚未實現業務化應用。一直以來，大陳站、洞頭站和南麂站觀測的波浪數據不僅發揮積極有效的海浪預報參考和后評估作用，而且其多年統計值為海洋基本建設項目的立項和生產等提供科學可靠的防災減災依據[5]，然而在實際業務化預報中仍然存在不足。

從發生頻率來看，受觀測儀器布設位置的影響，大陳站波浪集中在ENE—SE向，洞頭站波浪集中在N—E向，南麂站波浪集中在E—ESE向。具體原因為：大陳站波浪浮標布設在下大陳島東側海域，SW—N向波浪受地形阻擋;南麂站波浪浮標布設在南麂列島東南側海域，W—N向波浪同樣受地形阻擋;洞頭站波浪浮標布設在狀元島東側海域，S—NW向波浪不同程度地受地形阻擋。因此，波浪浮標在實際觀測中對上述方向受阻波浪的敏感度較差，較難捕捉波浪的起伏過程，災害性海浪預報和后評估的準確性也受到一定的限制。

此外，由于波浪觀測站少，沿海地區的海浪預報一直以海島觀測站的波浪數據為參考，并結合數學模型計算得出，在預報準確性和實際應用方面存在不足。

13水溫數據

溫州市和臺州市沿海地區還經常遭受赤潮侵襲，每年5—6月赤潮都會集中暴發。據統計，2004—2014年溫州市赤潮多發區共發生赤潮51次，平均每年發生46次。研究表明，海表水溫是赤潮生消的原因之一[6]，研究其變化規律對赤潮的預報和防災減災具有現實意義。

海表水溫是物理海洋要素，是少數進入國際氣象官網定時觀測內容的海洋要素之一，目前溫州市和臺州市沿海地區的海洋觀測站均開展對海表水溫的觀測。韓小燕等[7]初步統計和分析浙南沿海地區長時間序列的海表水溫，發現受觀測位置的地理環境、海水熱容量和流系等因素的影響，海表水溫的變化規律不盡相同，因此觀測數據的應用范圍也較多樣。

個別觀測站（如沙港頭站）位于電廠溫排水口附近，海表水溫受溫排水影響較大，1 d之內的溫差有時在40℃～50℃，且明顯比周圍觀測站要高。這些海表水溫數據可被很好地應用于溫排水的研究，但不適用于大面海洋環境和赤潮的預報。

此外，個別觀測站受巖石和水熱學性質差異以及自身布設情況的影響，觀測的海表水溫數據與其他觀測站在變化規律上有所不同。如，作為海島觀測站的坎門站，1960—2009年共有807%的月平均水溫呈現20時與14時持平或略高的特征，二者的差值基本在-03℃～05℃，其觀測數據同樣不適宜作為大面海洋環境和赤潮預報的參考。

除赤潮災害外，低溫災害也是與海表水溫有密切關系的海洋災害，其對海水養殖業同樣可造成不同程度的損失。但由于低溫災害具有偶發性，同時對于海表水溫變化與養殖魚類生命周期的關聯性研究尚有不足，加之養殖區附近并沒有布設相應的觀測站開展海表水溫觀測，現有的海表水溫數據無法對低溫災害進行有效的分析和預報。

2對策建議

21提高觀測數據質量

由于海洋觀測站具有位置固定、建設投資少和受惡劣天氣影響小的特點[8]，海洋預報和海洋防災減災對其觀測數據的需求日益迫切，提高觀測數據質量以促進其應用是關鍵所在。

海洋觀測站應嚴格把控觀測數據的填報過程，同時采用科學的分析方法對觀測數據進行校核和檢驗：對于水溫、潮位、氣溫和氣壓等連續性觀測的海洋要素，采取相關性檢驗以剔除異常值;用分布擬合的方法檢驗數據的平穩性和確定異常值，如可利用潮位在正常情況下隨時間規律變化的特性，擬合補全其缺漏數據或判斷其異常值。

海洋觀測要素的變化情況不僅應符合其自身變化規律，而且應符合區域變化規律。如，2016年7月13-16日南麂站的海表水溫由280℃降至237℃，降幅高達43℃;南麂站是受外界影響較小的海島觀測站，該降溫情況在夏季高溫天氣影響下極為異常，此時就需要與附近海域觀測站的觀測數據進行對比，從而判斷其可靠性和發生原因。

22緊密結合當地海洋預報和海洋防災減災工作需求

溫州市和臺州市依山傍海，地形以山地丘陵為主，境內平原以海積平原為主，遍布二市東部沿海。同時，二市沿海地區經濟發達、人口聚集、海洋產業密布，且每年均遭受不同程度的海洋災害，是當地防災減災的重點區域。海洋觀測工作應緊密結合二市沿海地區海洋災害的主要特征和防災減災的重點需求，在條件允許的情況下開展潮位、波浪和水溫觀測。

（1）根據浙江省沿海地區各岸段的4色警戒潮位，在溫州市和臺州市沿海地區各岸段開展潮位觀測，便于與水文觀測站的觀測數據對比，為今后被納入常規潮位預報工作奠定基礎，同時為臺風風暴潮精細化預報和防災減災提供翔實的依據。

（2）開展沿海地區波浪觀測，彌補目前觀測數據短缺的不足，為溫州市和臺州市的海上交通、漁船作業和海上平臺等提供精細化波浪預報，保障航行和生產安全。

（3）在溫州市和臺州市的赤潮多發區域開展海表水溫觀測，跟蹤監測赤潮發生、發展和消亡各時期的水溫變化，從而掌握赤潮動態，減少赤潮對海水養殖的損害?？紤]到近年來低溫災害對溫州市和臺州市海水養殖的影響，有選擇性地在部分養殖區開展海表水溫觀測和凍害研究，不僅有利于減少災害損失，而且有利于完善海洋預報和海洋防災減災體系。

23開展重點目標保障預報工作

隨著海洋經濟的快速發展，電廠、碼頭和大型圍填海等各種涉海工程相繼建設和投入生產。海洋環境變化會對涉海工程施工和營運的安全產生較大影響，重點目標保障預報工作應運而生。

觀測是預報的基礎和前提[9]。目前許多涉海工程的選址與海洋觀測站相距甚遠，海洋觀測工作無法滿足保障預報的業務需求。因此，應在涉海工程及其鄰近海域布設海洋觀測站，對主要海洋要素進行階段性或連續性觀測，不僅有利于重點目標保障預報工作的有效開展，而且對現有海洋觀測體系是強有力的補充，可彌補海洋觀測站分布稀疏和不均勻[9]的現狀，豐富區域海洋觀測數據。

24加強海洋觀測宣傳教育

海洋觀測是社會公益事業，是保障沿海地區經濟持續和健康發展的有利措施。目前我國在海洋觀測宣傳教育方面還存在諸多不足：基礎教育在非沿海地區幾乎未有涉及，在絕大多數沿海地區也僅作為特色教育開展，導致青少年海洋意識淡薄，對海洋觀測了解較少;海洋觀測知識的社會普及率和傳播率低，教育形式的多樣性也亟待提升[10]。因此，應從學校和社會2個方面加強海洋觀測和海洋防災減災的宣傳教育，通過開放參觀海洋觀測設施等活動，采用互聯網等媒介擴大宣傳教育力度，促進全民參與，不斷提高全社會尤其是沿海地區公眾對海洋觀測的認知水平，同時自覺保護海上浮標和近岸測波儀等海洋觀測設施。

參考文獻

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