洪新，趙瑋，高志波，鄭東，侯查偉

（1.國(guó)家海洋局煙臺(tái)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，山東 煙臺(tái) 264006；2.中國(guó)海洋大學(xué)，山東 青島 266100）

熱帶氣旋最大風(fēng)速一般都超過(guò)30 m/s，強(qiáng)風(fēng)半徑一般都達(dá)到百公里，其帶來(lái)的狂風(fēng)、巨浪、暴雨和風(fēng)暴潮等惡劣天氣現(xiàn)象出現(xiàn)在距氣旋中心約幾百公里到幾千公里的環(huán)形范圍內(nèi)，所經(jīng)之處可造成巨大的損失，是沿海地區(qū)最嚴(yán)重的自然災(zāi)害。因此，對(duì)熱帶氣旋引起的海浪的準(zhǔn)確模擬和預(yù)報(bào)對(duì)防災(zāi)減災(zāi)有很重要的意義。Elachi 等（1977） 用合成孔徑雷達(dá)（SAR） 觀測(cè)數(shù)據(jù)首次研究了距熱帶氣旋Gloria（1976） 中心150 km 范圍內(nèi)的波向和波長(zhǎng)空間分布特征，發(fā)現(xiàn)熱帶氣旋的移動(dòng)速度會(huì)造成海浪空間非對(duì)稱(chēng)分布。且熱帶氣旋下的海浪分布特征也會(huì)受到先行涌的影響（Gonzalez et al， 1982；McLeish et al， 1983； Holt et al， 1986）。Young（1996） 分析了100 多個(gè)熱帶氣旋下衛(wèi)星觀測(cè)波高資料，證實(shí)了熱帶氣旋的最大風(fēng)速，最大風(fēng)速半徑以及移動(dòng)速度是影響熱帶氣旋下海浪波高分布的3個(gè)重要因素。Wright 等（2001） 發(fā)現(xiàn)局地風(fēng)浪會(huì)受到10 小時(shí)前熱帶氣旋的移動(dòng)的影響。Walsh 等（2002） 將大洋和登陸兩種情況下的海浪分布特征進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示熱帶氣旋最大風(fēng)速、最大風(fēng)速半徑、移動(dòng)速度和陣風(fēng)等因素會(huì)影響海浪平均要素分布特征，但是由于觀測(cè)條件的時(shí)空限制，這些研究并沒(méi)有定量地分析最大風(fēng)速，移動(dòng)速度和最大風(fēng)速半徑對(duì)熱帶氣旋下海浪平均要素的影響，關(guān)于不同狀態(tài)下海浪分布特征也沒(méi)有詳細(xì)地研究。

近年來(lái)，WAVEWATCH Ⅲ （簡(jiǎn)稱(chēng)WW3），SWAN 和WAM 等第三代海浪模式已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到國(guó)內(nèi)外熱帶氣旋下的海浪的研究和預(yù)報(bào)中（于衛(wèi)東 等，1997；陳希 等，2003a；陳希等，2003b；Tolman et al， 2005；蔣小平等，2007；Xu et al，2007；Zhou et al，2008；聞斌 等，2008；閆濤等，2009）。這些研究結(jié)果表明目前的第三代海浪模式可以較好的模擬熱帶氣旋下的海浪平均要素場(chǎng)。Moon 等（2003） 用WW3 海浪模式模擬了熱帶氣旋Bonnie 作用下的海浪要素和海浪方向譜，通過(guò)模式模擬的結(jié)果與機(jī)載掃描雷達(dá)高度計(jì)（SRA） 和浮標(biāo)觀測(cè)結(jié)果的對(duì)比可以看出，海浪平均要素和海浪方向譜在開(kāi)闊大洋上的模擬結(jié)果與浮標(biāo)觀測(cè)結(jié)果和SRA 觀測(cè)結(jié)果吻合的非常好。而用海浪模式的模擬結(jié)果由于輸入的熱帶氣旋風(fēng)場(chǎng)不同，與實(shí)際觀測(cè)結(jié)果仍會(huì)有所區(qū)別。實(shí)際上，熱帶氣旋風(fēng)場(chǎng)并不是由熱帶氣旋最大風(fēng)速、最大風(fēng)速半徑和移動(dòng)速度3 個(gè)特征決定的簡(jiǎn)單渦旋結(jié)構(gòu)，而是存在其他許多復(fù)雜結(jié)構(gòu)特征，比如，入流角度、熱帶氣旋表面風(fēng)場(chǎng)的非對(duì)稱(chēng)性和熱帶氣旋移動(dòng)時(shí)的加速、減速和轉(zhuǎn)向等。已有研究表明熱帶氣旋入流角度、風(fēng)場(chǎng)非對(duì)稱(chēng)性等風(fēng)場(chǎng)特征對(duì)浪平均要素和海浪譜有非常重要的影響（Zhao et al，2011；洪新等，2014）。Zhao 等（2011） 用WW3 海浪模式通過(guò)理想實(shí)驗(yàn)和熱帶氣旋Bonnie（1998） 的模擬實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)高風(fēng)速下拖曳系數(shù)更可能是隨著風(fēng)速增大而逐漸減小，并且會(huì)使有效波高和平均波長(zhǎng)量值減小，但不改變有效波高、平均波長(zhǎng)和海浪方向譜的空間分布特征，對(duì)平均波向影響甚微，可忽略，對(duì)有效波高等量值大小和空間分布特征的對(duì)比研究影響不大。因此，WW3 海浪模式可以較好的應(yīng)用到不同狀態(tài)熱帶氣旋下的海浪分布特征的對(duì)比研究中。本文設(shè)計(jì)了一系列理想實(shí)驗(yàn)，用WW3 海浪模式的模擬結(jié)果來(lái)定量的分析熱帶氣旋移動(dòng)速度、最大風(fēng)速半徑、強(qiáng)度、熱帶氣旋移動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)向?qū)Ρ砻婧＠藞?chǎng)分布特征的影響。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

為了研究熱帶氣旋移動(dòng)速度、最大風(fēng)速半徑、強(qiáng)度以及移動(dòng)過(guò)程中的轉(zhuǎn)向?qū)釒庑L(fēng)應(yīng)力下表面海浪場(chǎng)的影響，設(shè)計(jì)了4 組理想實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究，分別記為EXP.A、EXP.B、EXP.C、EXP.D（表1），熱帶氣旋風(fēng)場(chǎng)是通過(guò)一個(gè)熱帶氣旋風(fēng)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)參數(shù)模型計(jì)算獲得的風(fēng)向?yàn)榍芯€(xiàn)方向的軸對(duì)稱(chēng)風(fēng)場(chǎng)（Willoughby et al，2004），稱(chēng)為Willoughby 理想風(fēng)剖面，該模型是通過(guò)對(duì)美國(guó)大氣宇航局的熱帶氣旋研究中心和美國(guó)空軍研究中心航天器觀測(cè)得到的熱帶氣旋風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)集進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得出的一個(gè)統(tǒng)計(jì)模型，且通過(guò)對(duì)熱帶氣旋Mitch（1998），Hugo（1989），Edouard（1996），Erika（1997） 等風(fēng)剖面的模擬結(jié)果與實(shí)際風(fēng)場(chǎng)的對(duì)比顯示該熱帶氣旋統(tǒng)計(jì)模型能夠較好的模擬熱帶氣旋的風(fēng)場(chǎng)剖面（Willoughby et al，2005）。在此風(fēng)場(chǎng)基礎(chǔ)上加上由美國(guó)NOAA 的SLOSH 技術(shù)報(bào)告建立的入流角度統(tǒng)計(jì)模型計(jì)算獲得（Jelesnianski et al，1992）。根據(jù)各組實(shí)驗(yàn)的研究目的，分別選取不同的熱帶氣旋強(qiáng)度，移動(dòng)速度，最大風(fēng)速半徑和轉(zhuǎn)向角速度。在實(shí)驗(yàn)EXP.A中，用4 個(gè)移動(dòng)速度分別為0 m/s、2.5 m/s、5 m/s、7.5 m/s 的三級(jí)理想熱帶氣旋（薩菲爾-辛普森分級(jí)法，下同） 驗(yàn)證熱帶氣旋移動(dòng)速度對(duì)海浪空間分布特征的影響，這四個(gè)熱帶氣旋風(fēng)場(chǎng)是對(duì)稱(chēng)的，最大風(fēng)速半徑是50 km。實(shí)驗(yàn)EXP.B 用3 個(gè)具有不同最大風(fēng)速半徑的三級(jí)理想熱帶氣旋檢驗(yàn)最大風(fēng)速半徑對(duì)熱帶氣旋下表面海浪場(chǎng)的影響。在這組實(shí)驗(yàn)中，熱帶氣旋風(fēng)場(chǎng)是對(duì)稱(chēng)的，最大風(fēng)速均定為56 m/s，移動(dòng)速度為5 m/s，最大風(fēng)速半徑分別為20 km、50 km、80 km。實(shí)驗(yàn)EXP.C 用5 個(gè)強(qiáng)度分別為一到五級(jí)的熱帶氣旋研究熱帶氣旋強(qiáng)度對(duì)海浪的影響，這些熱帶氣旋的風(fēng)場(chǎng)是對(duì)稱(chēng)的，最大風(fēng)速半徑為50 km，移動(dòng)速度為5 m/s。在實(shí)驗(yàn)EXP.D中，用4 個(gè)以不同轉(zhuǎn)向角速度的三級(jí)熱帶氣旋來(lái)研究熱帶氣旋的轉(zhuǎn)向?qū)Ρ砻婧＠藞?chǎng)的影響。這組實(shí)驗(yàn)中，最大風(fēng)速半徑為50 km，最大風(fēng)速為56 m/s，移動(dòng)速度為5 m/s。

本實(shí)驗(yàn)中選取東西方向3 500 km 和南北方向2 000 km 的矩形等深大洋作為研究區(qū)域，為方便起見(jiàn)，我們把水深定為常數(shù)5 000 m，并認(rèn)為熱帶氣旋自東向西移動(dòng)。風(fēng)場(chǎng)的時(shí)間分辨率為600 s，空間分辨率為9 km×9 km。WW3 模式的空間分辨率為9 km×9 km，譜分辨率為48 個(gè)方向（7.5°），25個(gè)頻段（從0.041 8～0.41），風(fēng)能輸入時(shí)間間隔為600 s，海浪要素平均參數(shù)輸出時(shí)間步長(zhǎng)為3 600 s。模式共運(yùn)行72 h，在下面的討論中只對(duì)第72 h 熱帶氣旋達(dá)到成熟階段的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

表 1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2 結(jié)果與討論

2.1 熱帶氣旋移動(dòng)速度的影響

2.1.1 對(duì)有效波高的影響

圖1 對(duì)比了實(shí)驗(yàn)EXP.A 中不同移動(dòng)速度下有效波高的分布特征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示熱帶氣旋移動(dòng)速度會(huì)導(dǎo)致有效波高場(chǎng)呈現(xiàn)空間非對(duì)稱(chēng)分布。隨著移動(dòng)速度增大，有效波高在熱帶氣旋中心右側(cè)象限內(nèi)增高而在左側(cè)象限內(nèi)降低。模擬結(jié)果與觀測(cè)結(jié)果相同。當(dāng)移動(dòng)速度增大到7.5 m/s 時(shí)，距氣旋中心1 000 km 范圍內(nèi)的有效波高在右前象限增大了72 %，在左后象限降低了6.5%。最大有效波高也會(huì)隨著熱帶氣旋移動(dòng)速度增大而增高，最大有效波高的位置會(huì)向前移動(dòng)。這可以由King 等（1978）提出的并經(jīng)過(guò)其他科學(xué)家詳細(xì)論述的共振理論來(lái)解釋?zhuān)╕oung，1988；Bowyer et al，2000；Moon et al，2003）。熱帶氣旋移動(dòng)方向右側(cè)的風(fēng)速大于左側(cè)風(fēng)速，并且氣旋移動(dòng)方向右側(cè)波傳播方向與氣旋移動(dòng)方向相同，受到延長(zhǎng)的風(fēng)應(yīng)力作用，當(dāng)熱帶氣旋移動(dòng)速度增大到與主導(dǎo)波的群速度相當(dāng)時(shí)，熱帶氣旋在先前位置生成的涌浪與局地風(fēng)生成的涌浪就會(huì)發(fā)生共振。相反地，熱帶氣旋左側(cè)象限的波主要為局地生成的風(fēng)浪，由于波的傳播方向與熱帶氣旋移動(dòng)方向相反而受到的風(fēng)應(yīng)力減小，因此有效波高隨移動(dòng)速度增加而減小。

值得注意的是，隨著熱帶氣旋移動(dòng)速度增大，有效波高在左側(cè)象限內(nèi)剛開(kāi)始是降低的，但當(dāng)移動(dòng)速度增大到5 m/s 時(shí)左前象限內(nèi)有效波高開(kāi)始增高，當(dāng)移動(dòng)速度增大到7.5 m/s 時(shí)左后象限內(nèi)有效波高開(kāi)始增高，左前象限內(nèi)有效波高比靜止熱帶氣旋的有效波高要高了4.3%。在剛開(kāi)始移動(dòng)速度比較小時(shí)，局地風(fēng)生成的風(fēng)浪的有效波高降低是由于波的傳播方向與風(fēng)暴移動(dòng)方向相反受到風(fēng)應(yīng)力作用時(shí)間減短。但是，當(dāng)移動(dòng)速度增大時(shí)，風(fēng)暴移動(dòng)方向右側(cè)在“近似共振”條件下生成的波會(huì)隨著氣旋的移動(dòng)傳到左側(cè)象限，進(jìn)而先前位置生成的涌浪與局地風(fēng)生成的風(fēng)浪發(fā)生共振使有效波高增高。

2.1.2 對(duì)平均波向的影響

熱帶氣旋下海浪平均波向也會(huì)隨著移動(dòng)速度的增加而發(fā)生較大的變化，尤其在左側(cè)象限（圖1）。右前象限的平均波向會(huì)有輕微的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)移動(dòng)速度增大到7.5 m/s 時(shí)，平均波向旋轉(zhuǎn)10°，主導(dǎo)波沿著熱帶氣旋移動(dòng)方向傳播。左前象限內(nèi)波的平均波向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)移動(dòng)速度增大到7.5 m/s 時(shí)，平均波向旋轉(zhuǎn)60°～100°。在右后象限，平均波向隨移動(dòng)速度增大而逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)移動(dòng)速度增大到7.5 m/s 時(shí)，平均波向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)30°～120°。在左后象限，平均波向在距氣旋中心300 km 范圍內(nèi)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，其他范圍順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度甚至達(dá)到180°在右后象限，當(dāng)移動(dòng)速度達(dá)到7.5 m/s 時(shí)，平均波向在距氣旋中心300 km 范圍內(nèi)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°～180°，在距氣旋中心300 km 范圍外順時(shí)針旋轉(zhuǎn)120°～180°。

靜止的熱帶氣旋下波的傳播方向主要由局地風(fēng)浪決定。移動(dòng)的熱帶氣旋下波的傳播方向由局地風(fēng)生成的風(fēng)浪和先前位置生成的沿著風(fēng)暴移動(dòng)方向傳播的涌浪共同決定。熱帶氣旋右側(cè)的局地風(fēng)浪傳播方向與涌浪傳播方向同向，因此海浪場(chǎng)大部分范圍平均波向發(fā)生逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。風(fēng)暴左側(cè)的局地風(fēng)浪傳播方向與涌浪傳播方向反向，所以海浪場(chǎng)大部分范圍平均波向發(fā)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，甚至在左后象限旋轉(zhuǎn)180°。

圖1 熱帶氣旋移動(dòng)速度分別為（a） 0 m/s，（b） 2.5 m/s，（c） 5 m/s，（d） 7.5 m/s 時(shí)的有效波高（等值線(xiàn)，單位為m）和平均波向（矢量） 的分布特征

2.1.3 對(duì)平均波長(zhǎng)的影響

平均波長(zhǎng)隨熱帶氣旋移動(dòng)速度增大會(huì)呈現(xiàn)空間不對(duì)稱(chēng)分布（圖2）。靜止的熱帶氣旋平均波長(zhǎng)的空間分布是對(duì)稱(chēng)的，隨著熱帶氣旋移動(dòng)速度增大，氣旋移動(dòng)方向前兩個(gè)象限的主導(dǎo)波以波長(zhǎng)較長(zhǎng)的涌浪為主，平均波長(zhǎng)變長(zhǎng)。當(dāng)移動(dòng)速度增大到7.5 m/s時(shí)，平均波長(zhǎng)在右前象限增長(zhǎng)了200 m，在左前象限增長(zhǎng)了230～250 m。熱帶氣旋移動(dòng)方向后兩個(gè)象限的平均波長(zhǎng)變化比較復(fù)雜。右后象限，平均波長(zhǎng)除了在距氣旋中心100 km 半徑內(nèi)和氣旋正右側(cè)附近區(qū)域內(nèi)隨移動(dòng)速度增大而增長(zhǎng)，在其他范圍內(nèi)隨移動(dòng)速度增大而減小。左后象限，平均波長(zhǎng)隨移動(dòng)速度增大而減小。當(dāng)移動(dòng)速度增大到7.5 m/s 時(shí)，左后象限和右后象限的平均波長(zhǎng)開(kāi)始增長(zhǎng)，但是仍然比靜止熱帶氣旋下的平均波長(zhǎng)要短。右后象限平均波長(zhǎng)減小了20～100 m，在距氣旋中心100 km 半徑范圍內(nèi)平均波長(zhǎng)增大了200 m，在氣旋正右方附近平均波長(zhǎng)增大了100 m。在左后象限，平均波長(zhǎng)減小了20～150 m。

2.1.4 對(duì)波峰向的影響

熱帶氣旋移動(dòng)速度也會(huì)影響峰向的空間分布（圖2）。隨著移動(dòng)速度增大，右前象限的峰向沒(méi)有明顯變化。在右后象限峰向逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。峰向在左前象限發(fā)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。左后象限，峰向在距氣旋中心300 km 半徑范圍內(nèi)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，在其他區(qū)域順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。當(dāng)移動(dòng)速度增大到7.5 m/s 時(shí)，右后象限峰向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°～120°，左前象限峰向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。在左后象限，峰向在300 km 半徑范圍內(nèi)逆時(shí)針轉(zhuǎn)60°～120°，在其他范圍順時(shí)針旋轉(zhuǎn)80°～180°。熱帶氣旋移動(dòng)速度對(duì)峰向的影響原因與平均波向是相同的。

圖2 熱帶氣旋移動(dòng)速度分別為（a） 0 m/s，（b） 2.5 m/s，（c） 5 m/s，（d） 7.5 m/s 時(shí)的的平均波長(zhǎng)（等值線(xiàn)，單位是m）和峰向（矢量） 的空間分布特征

2.1.5 對(duì)平均周期的影響

熱帶氣旋的移動(dòng)速度也會(huì)影響平均周期的空間非對(duì)稱(chēng)分布（圖3）。隨著移動(dòng)速度的增加，左前和右前象限的平均周期增大，左后和右后象限的平均周期減小，非對(duì)稱(chēng)性增強(qiáng)。當(dāng)移動(dòng)速度繼續(xù)增大后，后兩個(gè)象限的平均周期逐漸增大。當(dāng)移動(dòng)速度增大到7.5 m/s 時(shí)，平均周期在右前象限增加了4～5 s，左前象限增加了5～6 s。當(dāng)移動(dòng)速度增大到5.0 m/s 時(shí)，平均周期在后兩個(gè)象限均減小了2～4 s。當(dāng)移動(dòng)速度增大到7.5 m/s 時(shí)，平均周期相比于移動(dòng)速度為5.0 m/s 時(shí)在右后和右后象限均增大了1～2 s。

2.2 最大風(fēng)速半徑的影響

熱帶氣旋最大風(fēng)速半徑是影響熱帶氣旋下海浪場(chǎng)分布特征的一個(gè)重要因素。最大風(fēng)速半徑增大不僅會(huì)增加風(fēng)時(shí)，也會(huì)增大風(fēng)區(qū)，風(fēng)能量輸入增加，海浪的有效波高、平均波長(zhǎng)平均周期都會(huì)增大。

2.2.1 對(duì)有效波高的影響

EXP.B 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明有效波高隨著最大風(fēng)速半徑增大而增高，最大有效波高的位置由右前象限向右后象限移動(dòng)，有效波高場(chǎng)的空間非對(duì)稱(chēng)軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)（圖4）。最大風(fēng)速半徑為20 km 時(shí)，最大有效波高位于右前象限，當(dāng)最大風(fēng)速半徑增大到80 km 時(shí)，最大有效波高移動(dòng)到右后象限，并且增大了13.6%。對(duì)4 個(gè)象限內(nèi)1 000 km 半徑內(nèi)有效波高分別求平均，得到有效波高在右前象限增高了31.14%，在右后象限增高了32.62%，在左前象限增高了21.8%，在左后象限增高了44.89%。

2.2.2 對(duì)平均波向的影響

圖3 熱帶氣旋移動(dòng)速度分別為（a） 0 m/s，（b） 2.5 m/s，（c） 5 m/s，（d） 7.5 m/s 時(shí)的的平均周期（單位是s） 的空間分布特征（十字線(xiàn)中心代表熱帶氣旋中心，箭頭代表熱帶氣旋移動(dòng)方向）

隨著最大風(fēng)速半徑增大，右前象限的平均波向沒(méi)有變化；在左前象限，平均波向在氣旋中心前100 km，左300 km 的矩形區(qū)域內(nèi)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，其他范圍波傳播方向沒(méi)有明顯變化；右后象限平均波向在距氣旋中心400 km 半徑范圍內(nèi)不變，在400 km半徑外輕微的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；在左后象限，平均波向向著局地風(fēng)向發(fā)生順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)（圖4）。當(dāng)最大風(fēng)速半徑增大到80 km 時(shí)，平均波向在右后象限順時(shí)針旋轉(zhuǎn)5°～15°，在左前象限逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)10°～60°，在左后象限順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度大于10°，甚至達(dá)到180°。平均波向的變化主要是因?yàn)樽畲箫L(fēng)速半徑增大，風(fēng)應(yīng)力增加，局地風(fēng)浪成長(zhǎng)，平均波向向著風(fēng)浪的傳播方向發(fā)生順時(shí)針或者逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

2.2.3 對(duì)平均波長(zhǎng)的影響

平均波長(zhǎng)除了在左前象限距氣旋中心前100 km矩形區(qū)域內(nèi)隨最大風(fēng)速半徑增大而減小之外，在其他區(qū)域均隨著最大風(fēng)速半徑增大逐漸增長(zhǎng)（圖5）。當(dāng)最大風(fēng)速半徑為80 km 時(shí)，平均波長(zhǎng)在右前象限增大50～90 m，在右后象限增大30～90 m，在左后象限增大了10～70 m，在左前象限距風(fēng)暴中心前100 km 的矩形區(qū)域內(nèi)平均波長(zhǎng)減小0～80 m，在其他區(qū)域增大0～90 m。在左前象限內(nèi)平均波長(zhǎng)之所以會(huì)減小，是因?yàn)樵谶@一區(qū)域內(nèi)由于風(fēng)應(yīng)力的增加，波長(zhǎng)較短的局地風(fēng)浪成長(zhǎng)為主導(dǎo)波，而主導(dǎo)波中涌浪部分減弱，使波長(zhǎng)減小。

圖4 最大風(fēng)速半徑分別為（a） 20 km，（b） 50 km，（c） 80 km 時(shí)的有效波高（等值線(xiàn)，單位為m） 和平均波向（矢量） 的分布特征（圖中信息代表的意義與圖1 相同）

2.2.4 對(duì)峰向的影響

最大風(fēng)速半徑對(duì)峰向的影響與平均波向類(lèi)似（圖5）。隨著最大風(fēng)速半徑增大，峰向在氣旋右前象限沒(méi)有變化；在左前象限距氣旋中心前100 km左300 km 的范圍內(nèi)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，其他區(qū)域峰向不變；在右后象限峰向發(fā)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；在左后象限峰向發(fā)生順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，甚至反向。當(dāng)最大風(fēng)速半徑為80 km 時(shí)，左前象限峰向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)0°～120°，右后象限順時(shí)針旋轉(zhuǎn)0°～100°，在左后象限向著局地風(fēng)的方向順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)0°～180°。

圖5 最大風(fēng)速半徑分別為（a） 20 km，（b） 50 km，（c） 80 km 時(shí)的平均波長(zhǎng)（等值線(xiàn)，單位為m） 和峰向（矢量） 的分布特征（圖中信息代表的意義與圖2 相同）

2.2.5 對(duì)平均周期的影響

隨著最大風(fēng)速半徑增大，各個(gè)象限的平均周期均有所增大（圖6）。當(dāng)最大風(fēng)速半徑增大到80 km時(shí)，右前象限的平均周期增大了2 s，左前象限的平均周期增大了1 s，右后象限的平均周期增大了2 s，左后象限平均周期增大了3 s。

2.3 熱帶氣旋強(qiáng)度的影響

2.3.1 對(duì)有效波高的影響

在實(shí)驗(yàn)EXP.C 中，當(dāng)熱帶氣旋強(qiáng)度增強(qiáng)時(shí)，最大風(fēng)速增大，波成長(zhǎng)的時(shí)間和傳播的速度都會(huì)增大，有效波高增高，最大有效波高增大，但是對(duì)有效波高場(chǎng)的非對(duì)稱(chēng)性沒(méi)有顯著地影響（圖7）。當(dāng)強(qiáng)度增強(qiáng)到五級(jí)時(shí)，最大有效波高是一級(jí)熱帶氣旋下最大有效波高的2.3 倍。通過(guò)求1 000 km 半徑內(nèi)有效波高的平均得到有效波高在右前象限增高70.82%，在左前象限增高51.68%，在右后象限增大63.61%，在左后象限增大91%。

2.3.2 對(duì)平均波向的影響

圖6 最大風(fēng)速半徑分別為（a） 20 km，（b） 50 km，（c） 80 km 時(shí)的平均周期（單位為s） 的分布特征（圖中信息代表的意義與圖3 相同）

熱帶氣旋的強(qiáng)度越強(qiáng)，平均波向的變化越顯著（圖7）。在右前象限，當(dāng)強(qiáng)度增強(qiáng)到五級(jí)時(shí)，平均波向才開(kāi)始有輕微的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為0°～10°。在左前象限，平均波向在距氣旋中心前100 km左300 km 范圍內(nèi)隨著強(qiáng)度增強(qiáng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)強(qiáng)度增強(qiáng)到五級(jí)時(shí)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)0°～60°，在其他區(qū)域沒(méi)有明顯變化。在右后象限，平均波向在強(qiáng)度增強(qiáng)到三級(jí)開(kāi)始順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)強(qiáng)度增強(qiáng)到五級(jí)時(shí)，平均波向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)10°～90°。在左后象限，由于風(fēng)浪逐漸成長(zhǎng)為主導(dǎo)波，平均波向發(fā)生順時(shí)針或逆時(shí)針的旋轉(zhuǎn)。當(dāng)強(qiáng)度增強(qiáng)到五級(jí)時(shí)，平均波向旋轉(zhuǎn)角度均大于10°，某些區(qū)域甚至反向。平均波向隨熱帶氣旋強(qiáng)度的變化表明，當(dāng)熱帶氣旋強(qiáng)度比較弱時(shí)波的傳播方向主要由移動(dòng)速度決定，隨著強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，波的傳播方向由移動(dòng)速度和與氣旋中心的距離共同決定，當(dāng)熱帶氣旋很強(qiáng)時(shí)，移動(dòng)速度對(duì)波的傳播方向影響減弱，而距氣旋中心的距離起決定作用。

圖7 熱帶氣旋強(qiáng)度分別為（a） 一級(jí)，（b） 二級(jí)，（c） 三級(jí)，（d） 四級(jí)，（e） 五級(jí)時(shí)有效波高（等值線(xiàn)，單位為m） 和平均波向（矢量） 的分布特征對(duì)比（圖中各項(xiàng)所代表的意義與圖1 相同）

2.3.3 對(duì)平均波長(zhǎng)的影響

隨著熱帶氣旋強(qiáng)度增強(qiáng)，最大風(fēng)速增大，波成長(zhǎng)的時(shí)間和傳播速度增大，局地風(fēng)浪和涌浪的波長(zhǎng)均變長(zhǎng)。因此，平均波長(zhǎng)隨著熱帶氣旋強(qiáng)度增強(qiáng)而增大（圖8），除了在左前象限距氣旋中心前100 km左300 km 的范圍內(nèi)主導(dǎo)波由波長(zhǎng)較長(zhǎng)的涌浪變?yōu)椴ㄩL(zhǎng)相對(duì)較短的風(fēng)浪，從而使平均波長(zhǎng)減小。當(dāng)熱帶氣旋強(qiáng)度為五級(jí)時(shí)，平均波長(zhǎng)在右前象限增長(zhǎng)130～240 m；在左前象限距離氣旋中心前100 km 左300 km 的范圍內(nèi)平均波長(zhǎng)減小0～10 m，其他區(qū)域增長(zhǎng)0～250 m；平均波長(zhǎng)在右后象限增長(zhǎng)50～180 m；在左后象限平均波長(zhǎng)增長(zhǎng)50～160 m。

2.3.4 對(duì)峰向的影響

熱帶氣旋強(qiáng)度對(duì)峰向的影響與平均波向類(lèi)似（圖8）。在右前象限，當(dāng)強(qiáng)度增強(qiáng)到四級(jí)時(shí)峰向開(kāi)始在氣旋右側(cè)很小的范圍內(nèi)輕微地順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，強(qiáng)度增強(qiáng)到五級(jí)時(shí)峰向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)0°～10°。在左前象限，強(qiáng)度增強(qiáng)到三級(jí)時(shí)氣旋左側(cè)很小范圍內(nèi)峰向發(fā)生逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。當(dāng)強(qiáng)度增強(qiáng)到五級(jí)時(shí)，在氣旋中心前100 km 以左范圍內(nèi)峰向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)0°～30°。在右后象限，峰向隨強(qiáng)度增強(qiáng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)強(qiáng)度為五級(jí)時(shí)，峰向旋轉(zhuǎn)10°～100°。在左后象限，峰向隨強(qiáng)度增強(qiáng)發(fā)生順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，強(qiáng)度越強(qiáng)旋轉(zhuǎn)角度越大，當(dāng)強(qiáng)度增強(qiáng)到三級(jí)以后會(huì)在某些區(qū)域出現(xiàn)反向的情況。

2.3.5 對(duì)平均周期的影響

隨著熱帶氣旋強(qiáng)度增強(qiáng)，平均周期在各個(gè)象限內(nèi)均有所增大（圖9）。當(dāng)熱帶氣旋強(qiáng)度增大到五級(jí)時(shí)，平均周期在右前象限增大了4 s，在左前象限增大了2～3 s，在右后象限增大了3～4 s，在左后象限增大了4～5 s。

圖8 熱帶氣旋強(qiáng)度分別為（a） 一級(jí)，（b） 二級(jí)，（c） 三級(jí)，（d） 四級(jí)，（e） 五級(jí)的平均周長(zhǎng)（等值線(xiàn)，單位是m） 和峰向（矢量） 的分布特征對(duì)比（其他均與圖2 相同）

2.4 熱帶氣旋轉(zhuǎn)向的影響

2.4.1 對(duì)有效波高的影響

由于地轉(zhuǎn)偏向力的作用，真實(shí)的熱帶氣旋并不是沿著直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的，而是在移動(dòng)過(guò)程中向右偏轉(zhuǎn)（北半球）。實(shí)驗(yàn)EXP.D 中，有效波高在不同轉(zhuǎn)向角速度下的空間分布特征的對(duì)比顯示熱帶氣旋的轉(zhuǎn)向會(huì)影響有效波高場(chǎng)的非對(duì)稱(chēng)性，有效波高除了在右后象限隨著轉(zhuǎn)向角速度增大而減小外，在其他象限內(nèi)均增加，但是最大有效波高并沒(méi)有明顯的變化（圖10）。當(dāng)轉(zhuǎn)向角速度增大到1.2°/h 時(shí)，距氣旋中心1 000 km 半徑內(nèi)的平均有效波高在右前象限增高2.09%，在左前象限增高20.57%，在左后象限增大2.13%，在右后象限減小8.05%。隨著轉(zhuǎn)向角速度增大，有效波高場(chǎng)的非對(duì)稱(chēng)性增強(qiáng)，非對(duì)稱(chēng)軸逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，最大有效波高位置向前移動(dòng)，但是仍然在右后象限。當(dāng)轉(zhuǎn)向角速度增大到1.2°/h 時(shí)，有效波高場(chǎng)的非對(duì)稱(chēng)軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)大約35°。

2.4.2 對(duì)平均波向的影響

熱帶氣旋移動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)向?qū)τ仪跋笙藓妥笄跋笙薜钠骄ㄏ驔](méi)有大的影響，但是會(huì)使右后象限和左后象限的平均波向輕微的順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)（圖10）。這是因?yàn)樵谇皟蓚€(gè)象限內(nèi)作為主導(dǎo)波的涌浪傳播方向不隨熱帶氣旋的轉(zhuǎn)向而改變。在右前象限仍是沿著熱帶氣旋的移動(dòng)方向傳播，在左前象限沿著熱帶氣旋移動(dòng)方向左偏20°～50°方向傳播。在右后象限和左后象限，隨著熱帶氣旋右偏角速度增大，局地風(fēng)向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，風(fēng)浪的傳播方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，而涌浪傳播方向不變，因此，平均波向輕微的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)向角速度為1.2°/h 時(shí)，平均波向在右后象限順時(shí)針旋轉(zhuǎn)10°左右，在左后象限順時(shí)針旋轉(zhuǎn)10°～20°。

2.4.3 對(duì)平均波長(zhǎng)的影響

平均波長(zhǎng)隨著熱帶氣旋轉(zhuǎn)向角速度增大而減短，除了在左后象限（圖11）。這是因?yàn)楫?dāng)熱帶氣旋轉(zhuǎn)向時(shí)，風(fēng)時(shí)減短，風(fēng)浪成長(zhǎng)時(shí)間變短。在右后象限內(nèi)當(dāng)轉(zhuǎn)向角速度增到1.2°/h 時(shí)，平均波長(zhǎng)在右前象限減短了30 m，在左前象限減短20～40 m，右后象限減短了20～40 m，左后象限增長(zhǎng)了0～100 m。

2.4.4 對(duì)峰向的影響

熱帶氣旋的轉(zhuǎn)向?qū)τ仪跋笙藓妥笄跋笙薜姆逑驔](méi)有顯著的影響，右后象限和左后象限的風(fēng)向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)（圖11），原因與平均波向的變化相同。當(dāng)轉(zhuǎn)向角速度增大到1.2°/h 時(shí)，風(fēng)向在右后象限順時(shí)針旋轉(zhuǎn)10°左右，在左后象限順時(shí)針旋轉(zhuǎn)10°～20°。

圖9 熱帶氣旋強(qiáng)度分別為（a） 一級(jí)，（b） 二級(jí)，（c） 三級(jí)，（d） 四級(jí)，（e） 五級(jí)的平均周期（單位s） 的分布特征對(duì)比（其他均與圖3 相同）

圖10 熱帶氣旋轉(zhuǎn)向角速度分別為 （a） 0°/h，（b） 0.4°/h，（c） 0.8°/h，（d） 1.2°/h 時(shí)有效波高（等值線(xiàn)，單位為m） 和平均波長(zhǎng)（矢量） 的分布特征（其他均與圖1 相同）

圖11 熱帶氣旋轉(zhuǎn)向角速度分別為（a） 0°/h，（b） 0.4°/h，（c） 0.8°/h，（d） 1.2°/h 時(shí)平均波長(zhǎng)（等值線(xiàn)，單位為m） 和波峰方向（矢量） 的分布特征（其他均與圖2 相同）

2.4.5 對(duì)平均周期的影響

熱帶氣旋的轉(zhuǎn)向?qū)ζ骄芷谝灿杏绊?，隨著熱帶氣旋轉(zhuǎn)向角速度的增加，平均周期在各個(gè)象限內(nèi)均有所減小，但減小不是十分明顯（圖12）。當(dāng)轉(zhuǎn)向角速度增大到1.2°/h 時(shí)，平均周期在右前象限和右后象限減小了1 s，在左前象限和左后象限內(nèi)減小了1～2 s。

3 結(jié)論

設(shè)計(jì)了4 組理想數(shù)值實(shí)驗(yàn)，用WW3 海浪模式模擬了不同移動(dòng)速度、最大風(fēng)速、不同強(qiáng)度和轉(zhuǎn)向角速度下的海浪場(chǎng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為理想條件下的理論值，實(shí)際熱帶氣旋風(fēng)場(chǎng)復(fù)雜多變，移動(dòng)過(guò)程中強(qiáng)度、移動(dòng)速度、最大風(fēng)速半徑、移動(dòng)方向均處于變化中，因此實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際熱帶氣旋海浪場(chǎng)是有差別的，文中從理論角度定量地分析驗(yàn)證了熱帶氣旋移動(dòng)速度、最大風(fēng)速半徑、熱帶氣旋強(qiáng)度以及熱帶氣旋的轉(zhuǎn)向?qū)＠朔植继卣鞯挠绊憽?/p>

理想實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明熱帶氣旋的移動(dòng)速度對(duì)海浪的空間非對(duì)稱(chēng)分布有很重要的作用。熱帶氣旋的移動(dòng)速度使有效波高、平均波長(zhǎng)、平均周期在右前象限增大而在左后象限減小。隨著移動(dòng)速度增加，平均波向和波峰方向會(huì)向著熱帶氣旋的移動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)，在左后象限波浪甚至反向傳播。當(dāng)移動(dòng)速度很大時(shí)，主導(dǎo)波為低頻的長(zhǎng)波涌浪，傳播方向由熱帶氣旋的移動(dòng)方向決定。

熱帶氣旋的最大風(fēng)速半徑和強(qiáng)度會(huì)使各個(gè)象限的有效波高、平均波長(zhǎng)、平均周期增大，最大有效波高增大，且最大風(fēng)速半徑會(huì)改變有效波高場(chǎng)的空間非對(duì)稱(chēng)性。隨著最大風(fēng)速半徑增大和強(qiáng)度的增強(qiáng)，風(fēng)應(yīng)力增強(qiáng)，風(fēng)浪逐漸成長(zhǎng)，涌浪逐漸減弱，左后象限和右后象限的平均波向和波峰方向會(huì)有顯著地變化。隨著最大風(fēng)速半徑增大，最大有效波高的位置向著右后方向移動(dòng)。

圖12 熱帶氣旋轉(zhuǎn)向角速度分別為（a） 0°/h，（b） 0.4°/h，（c） 0.8°/h，（d） 1.2°/h 時(shí)平均周期（單位為s） 的分布特征（其他均與圖3 相同）

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明熱帶氣旋的轉(zhuǎn)向會(huì)影響有效波高場(chǎng)的非對(duì)稱(chēng)性，有效波高除了在右后象限隨著轉(zhuǎn)向角度增大而減小外，在其他象限內(nèi)均增加，最大有效波高并沒(méi)有明顯的變化，但是最大有效波高的位置向右前象限移動(dòng)，有效波高場(chǎng)的非對(duì)稱(chēng)軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。隨著熱帶氣旋轉(zhuǎn)向角速度增大，除了左后象限以外各象限內(nèi)平均波長(zhǎng)均減短，平均周期在各個(gè)象限內(nèi)均有輕微減小。平均波向和波峰方向在右后象限和左后象限發(fā)生輕微的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

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