張國慶，韓 露，徐 斌，王元葉

(上海河口海岸科學(xué)研究中心，上海 201201)

影響東海海域的臺風(fēng)主要有兩類[1-2]:1)由于太平洋次表層偏暖，生成于西北太平洋(150°E以西)的臺風(fēng)，易于向西北移動，過境東海，甚至登陸沿岸，造成直接影響；2)由于西太平洋次表層處于冷狀態(tài)，季風(fēng)槽位置偏南，臺風(fēng)生成于150°E以東海域，移動路徑易于在130°E附近向東北偏轉(zhuǎn)，在東海海域形成長周期涌浪，造成間接影響。第2類臺風(fēng)是長江口附近水域最為多發(fā)的臺風(fēng)類型，該類臺風(fēng)易產(chǎn)生較大波能[3]。受東側(cè)過境臺風(fēng)的風(fēng)速和風(fēng)向變化影響，長江口附近水域波高及波周期明顯增大[4]。孫亞珍等[5]指出臺風(fēng)自東側(cè)過境期間波浪以混合浪為主，且以涌浪為主的混合浪；陳曉斌等[6]模擬出臺風(fēng)中心距觀測點不同的距離范圍內(nèi)時，混合浪中風(fēng)浪、涌浪的占比不同，在長江口附近水域表現(xiàn)為臺風(fēng)中心距觀測點600～1 000 km時涌浪作為先行波最先顯現(xiàn)，200～600 km范圍內(nèi)主要以風(fēng)浪為主。受限于長江口正面登陸臺風(fēng)的實測資料較少，以往成果主要集中在東側(cè)過境臺風(fēng)對長江口附近水域的影響。

本文基于上海河口海岸科學(xué)研究中心自主搭建的“長江口水文、泥沙、波浪自動監(jiān)測系統(tǒng)”觀測得到的風(fēng)速風(fēng)向、波浪、潮位、流速、流向等現(xiàn)場資料(圖1、表1)，重點分析正面登陸臺風(fēng)過境期間對長江口水域風(fēng)速和風(fēng)向、有效波高與有效波周期、增水及垂直于航道軸線的橫向流速分量的影響，并研究不同潮位、不同波高背景下，長江口口門處橫向流速變化特征，探討東側(cè)過境臺風(fēng)與正面登陸臺風(fēng)對長江口的不同影響，為后續(xù)臺風(fēng)影響下水體背景含沙量變化提供動力依據(jù)，為深入研究航道浮泥生成及驟淤形成機理提供參考。

圖1 觀測站點位置

表1 各站點觀測要素

1 2018年登陸臺風(fēng)

初步統(tǒng)計，長江口12.5 m深水航道開通以來的2010—2018年，累計遭受臺風(fēng)侵襲近30次，多發(fā)生在年內(nèi)7—9月。2018年，影響長江口的臺風(fēng)累計6次，分別為“安比”“云雀” “摩羯”“溫比亞”“蘇力”“康妮”。其中“安比”“云雀”“溫比亞”分別登陸上海崇明、金山及浦東新區(qū)。

1949年至今，上海先后遭遇9種臺風(fēng)登陸，登陸風(fēng)速介于15～40 ms，登陸地點分布在金山、奉賢、浦東及崇明等沿海區(qū)域，其中多數(shù)是在浙江中北部登陸以后北上再經(jīng)過杭州灣登陸上海，而從海上西行直接登陸上海的臺風(fēng)較為少見。2018年，直接登陸上海的臺風(fēng)累計達3次，其登陸頻次之高、發(fā)生間隔之短均達歷史之最，見表2。

表2 1949年以來登陸長江口臺風(fēng)及相關(guān)參數(shù)

注：數(shù)據(jù)來源于溫州臺風(fēng)網(wǎng)(http:www.wztf121.com);2014年以前的臺風(fēng)已無法追溯其官方中文名稱。

1.1 10號臺風(fēng)“安比”

“安比”生成于東側(cè)太平洋洋面，影響時段為2018-07-18—2018-07-24，2018-07-20T08:00時發(fā)展為強熱帶風(fēng)暴；2018-07-22T12:30登陸上海崇明東部，風(fēng)力10級、風(fēng)速28 ms、中心氣壓98.0 kPa；登陸后中心風(fēng)力減弱，隨后北上，直至消亡。期間，長江口站風(fēng)速、風(fēng)向資料顯示風(fēng)力在6級以上持續(xù)時段主要是2018-07-21—2018-07-23；短時最大風(fēng)速為31.1 ms(2018-07-22T07:50)，短時強風(fēng)向為東北向，見圖2。

圖2 “安比”登陸期間長江口站風(fēng)速、風(fēng)向玫瑰圖及矢量圖

1.2 12號臺風(fēng)“云雀”

“云雀”生成于東側(cè)太平洋洋面，影響時段為2018-07-25—2018-08-03，于2018-07-26T02:00發(fā)展為強熱帶風(fēng)暴；2018-08-03T11:00登陸上海金山西部，風(fēng)力9級、風(fēng)速23 ms、中心氣壓98.5 kPa；登陸后中心風(fēng)力減弱，直至消亡。期間，長江口站風(fēng)速風(fēng)向資料顯示風(fēng)速在6級以上持續(xù)時段主要是2018-08-02—2018-08-03；短時最大風(fēng)速為25.7 ms(2018-08-03T01:50)，短時強風(fēng)向為東北向，見圖3。

圖3 “云雀”登陸期間長江口站風(fēng)速、風(fēng)向玫瑰圖及矢量圖

1.3 18號臺風(fēng)“溫比亞”

“溫比亞”生成于東側(cè)太平洋洋面，影響時段為2018-08-15—2018-08-20，于2018-08-16T21:00發(fā)展為強熱帶風(fēng)暴；2018-08-17T04:00登陸上海浦東新區(qū)南部沿海，風(fēng)力10級、風(fēng)速25 ms、中心氣壓98.2 kPa；登陸后風(fēng)力略有衰減，向西挺進，直至消亡。期間，長江口站風(fēng)速風(fēng)向資料顯示風(fēng)速在6級以上持續(xù)時段主要是2018-08-16—2018-08-27；短時最大風(fēng)速為26.1 ms(2018-08-16T19:20)，短時強風(fēng)向為東北向，見圖4。

圖4 “溫比亞”登陸期間長江口站風(fēng)速、風(fēng)向玫瑰圖及矢量圖

2 登陸臺風(fēng)對河口產(chǎn)生的影響

2.1 波浪特征值變化

常態(tài)天氣下，長江口口門處波浪有效波高平均值介于0.61～0.95 m，有效波周期平均值在4.2～4.7 s，見圖5。非常態(tài)天氣下，波浪要素變化主要與臺風(fēng)中心風(fēng)力、中心移速等有關(guān)，隨著臺風(fēng)接近和到達長江口，風(fēng)浪達到最大值[7]。

注：統(tǒng)計時間為2014年11月—2015年10月，期間無明顯大風(fēng)過程。圖5 牛皮礁站有效波高與有效波周期頻率

2018年，臺風(fēng)“安比”“云雀”及“溫比亞”過境期間風(fēng)速大、風(fēng)力強，口門處有效波高明顯增大(圖6)，有效波高與風(fēng)速的時間變化具有一致性，即風(fēng)力增強，有效波高有所增大；風(fēng)力減弱，有效波高呈明顯衰減。值得注意的是，3次臺風(fēng)登陸后，有效波周期也隨之減小，與常態(tài)天氣下有效波周期平均值相當(dāng)，未出現(xiàn)東側(cè)過境臺風(fēng)轉(zhuǎn)向后的長周期涌浪[8]。由此可知，臺風(fēng)登陸前具有明顯的風(fēng)浪特征，且登陸后未形成長周期涌浪傳入長江口。

圖6 三大臺風(fēng)過境期間牛皮礁站最大風(fēng)速、有效波高、有效波周期逐時變化

2.2 水位變化

同時，臺風(fēng)“安比”“云雀”及“溫比亞”登陸前，均出現(xiàn)不同程度的增水，見圖7。其中，“安比”過境期間最大波高為5.46 m、對應(yīng)最大波周期12.5 s(2018-07-22T04:00)，“云雀”最大波高為4.51 m、對應(yīng)最大波周期9.5 s(2018-08-03T04:00)，“溫比亞”最大波高為5.10 m、對應(yīng)最大波周期10.0 s(2018-08-16T22:00)。相應(yīng)地，口內(nèi)北槽中站風(fēng)后最大增水分別為64、50和68 cm。最大增水出現(xiàn)時刻與最大波高出現(xiàn)時刻基本一致，最大波高基本均出現(xiàn)在登陸前1日的高潮時(圖9中的虛線框)。

圖7 北槽中站潮位變化

2.3 流速和流向變化

臺風(fēng)過境期間，長江口附近水域波高增大，水位抬升，同時口門處水動力場也發(fā)生變化。對牛皮礁浮標各層水體流速、流向進行正交分解，定義垂直航道方向為橫向，由南向北為正。圖8為臺風(fēng)“安比”和“溫比亞”登陸前后橫向流速分量變化過程。由圖8a)可知，“安比”登陸前后恰逢天文小潮，潮動力較弱；當(dāng)有效波高在2 m以下時，口門處由南向北橫向流速分量變化與漲潮過程一致，隨著潮位升高，橫向流速增大，橫向流速明顯受潮汐控制；當(dāng)有效波高達到2 m以上時，口門處由南向北的橫向流速受到明顯抑制，0.4H層以上(H為水深)水體橫向流速分量減小明顯。該現(xiàn)象在“溫比亞”過境期間也有所顯現(xiàn)，見圖8b)。

注：粗虛線框?qū)?yīng)時段內(nèi)有效波高在2 m以上；細虛線框?qū)?yīng)時段為漲潮過程。

圖8“安比”和“溫比亞”登陸前后橫向流速分量變化過程

謝軍等[9]基于三維潮流、泥沙數(shù)值模擬指出，受臺風(fēng)影響潮流特征與正常天氣下有所不同，且在漲潮期間比較明顯。然而，由于無實測波向資料，無法定量論證不同登陸位置對口門處橫向流速分量的影響。

3 結(jié)語

1)臺風(fēng)“安比”“云雀”“溫比亞”登陸期間，口門附近水域水動力條件發(fā)生變化，具體表現(xiàn)為：

①臺風(fēng)登陸前有效波高與有效波周期達到最大，登陸后有效波周期減小至常態(tài)天氣水平，未出現(xiàn)長周期涌浪。

②臺風(fēng)導(dǎo)致河口水域增水明顯，最大增水出現(xiàn)時刻與最大波高出現(xiàn)時刻基本一致，均為登陸前高潮時。

③臺風(fēng)登陸前，有效波高在2 m以下時，口門處橫向流速分量與潮汐變化過程一致，漲潮期間，存在明顯的由南向北的橫向流速分量；當(dāng)有效波高達到2 m以上時，口門處由南向北的橫向流速分量受到明顯抑制。

2)下階段，將在現(xiàn)有結(jié)果基礎(chǔ)上，重點分析臺風(fēng)對水體不同深度處懸沙含沙量的影響，探討臺風(fēng)是如何改變水體背景含沙量，總結(jié)臺風(fēng)影響下表層懸沙與近底高濃度泥沙的不同輸移路徑，為長江口12.5 m深水航道驟淤研究提供參考。