殷玉齊 侯一筠 , 馮興如 榮增瑞,

(1. 中國(guó)科學(xué)院海洋研究所 海洋環(huán)流與波動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 青島 266071; 2. 中國(guó)科學(xué)院海洋大科學(xué)研究中心 青島 266071;3. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋動(dòng)力過程與氣候功能實(shí)驗(yàn)室 青島 266237; 4. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 北京 100049;5. 中國(guó)海洋大學(xué) 青島 266100)

海浪災(zāi)害是海洋災(zāi)害的重要組成部分, 是各種海洋災(zāi)害中導(dǎo)致人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失的最主要致災(zāi)因素, 近年來對(duì)我國(guó)造成的經(jīng)濟(jì)損失也有整體上升的趨勢(shì)(彭冀等, 2013; 李碩等, 2017)。2000—2015 年的《中國(guó)海洋災(zāi)害公報(bào)》數(shù)據(jù)顯示, 由波浪災(zāi)害造成的死亡或失蹤人數(shù)占比例為 73.7%(陶愛峰等, 2018),已成為威脅中國(guó)近海民眾生命安全最為突出的海洋災(zāi)害。同時(shí), 災(zāi)害性海浪也是各種涉海工程規(guī)劃設(shè)計(jì)、海上交通運(yùn)輸、石油開采、漁業(yè)捕撈和近海海水養(yǎng)殖等生產(chǎn)過程必須考慮的動(dòng)力因素(鄧文君等,2007; 李碩等, 2017; 施斌等, 2020)。熱帶氣旋是引發(fā)災(zāi)害性海浪的重要因素, 在西北太平洋沿岸國(guó)家中,我國(guó)也是受熱帶氣旋襲擊最多的國(guó)家, 年平均登陸的臺(tái)風(fēng)個(gè)數(shù)約為9 個(gè), 登陸地主要集中在浙江、福建和廣東省(王毅等, 2009; 賈曉等, 2010)。進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間序列的災(zāi)害性海浪和熱帶氣旋資料分析, 對(duì)海岸帶規(guī)劃和工程防護(hù)、海浪的長(zhǎng)期預(yù)測(cè)以及防災(zāi)減災(zāi)等具有重要的指導(dǎo)意義。

通常意義上, 能夠在海上或者岸邊引起災(zāi)害損失的海浪就可以稱為災(zāi)害性海浪。現(xiàn)有研究對(duì)災(zāi)害性海浪并沒有明確統(tǒng)一的定義, 主要以波高、有效波高或者 1/10 大波波高作為指標(biāo), 將大于或等于 3 m(或者 4 m)的海浪定義為災(zāi)害性海浪(王華等, 2007; 張薇等, 2012; 王智峰等, 2013)?？傮w來說, 我國(guó)的黃渤海海域?yàn)?zāi)害性海浪次數(shù)相對(duì)較少, 且主要以寒潮浪和氣旋浪為主導(dǎo); 臺(tái)灣海峽處災(zāi)害性海浪年平均發(fā)生 6.1次, 臺(tái)灣省以東和呂宋海峽區(qū)域?yàn)?zāi)害性海浪年平均發(fā)生11 次; 南海災(zāi)害性海浪出現(xiàn)的頻率最大, 為14.1 次,也是受臺(tái)風(fēng)浪影響最嚴(yán)重的海區(qū)(許富詳, 1991; 1996;王祥濤等, 2000)。多年的衛(wèi)星高度計(jì)資料顯示, 南海災(zāi)害性海浪中臺(tái)風(fēng)浪明顯強(qiáng)于非臺(tái)風(fēng)浪, 監(jiān)測(cè)到的最大臺(tái)風(fēng)浪波高為12.47 m(王綠卿等, 2019)。

我國(guó)災(zāi)害性海浪存在顯著的季節(jié)變化, 11 月份最多, 4、5 月份最少。其中, 臺(tái)風(fēng)浪多發(fā)于7—10 月的臺(tái)風(fēng)季節(jié), 寒潮浪主要發(fā)生在冬半年, 氣旋浪主要發(fā)生在 10 月份至次年 3 月份(許富祥, 1996; 張薇等,2012; 彭冀等, 2013; 潘曉東等, 2016)。另外, 災(zāi)害性海浪(有效波高≥4 m)的發(fā)生次數(shù)也具有顯著的年際變化, 其中災(zāi)害性臺(tái)風(fēng)浪出現(xiàn)次數(shù)呈現(xiàn)較好的 5 a 左右的變化周期(邢闖等, 2013)。災(zāi)害性海浪發(fā)生天數(shù)與副熱帶高壓面積指數(shù)年距平有較密切的關(guān)系, 基本呈反位相變化; 與副高西伸脊點(diǎn)位置有較密切的關(guān)系, 基本呈同位相變化(高志華等, 1995)。浙江和福建海域長(zhǎng)達(dá) 20 a 的數(shù)值模式結(jié)果顯示: 福建北部海岸帶臺(tái)風(fēng)浪有效波高極值和持續(xù)時(shí)間有顯著增長(zhǎng)的趨勢(shì), 且ENSO 信號(hào)與臺(tái)風(fēng)浪的持續(xù)時(shí)間有較好的相關(guān)性(馮興如等, 2018)。

受益于衛(wèi)星測(cè)量技術(shù)和精度的提高, 衛(wèi)星遙測(cè)的海面波高數(shù)據(jù)被廣泛應(yīng)用于中大尺度海域波浪的研究(Alves et al, 2003; Vinoth et al, 2011; 周水華等,2013; 王綠卿等, 2019)。然而, 對(duì)近岸海域來說, 衛(wèi)星觀測(cè)準(zhǔn)確度不足, 現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)(尤其是長(zhǎng)期觀測(cè)、高海況下觀測(cè))缺乏, 前人多是結(jié)合海洋數(shù)值模型和短期的觀測(cè)資料開展海浪特征研究(管長(zhǎng)龍, 2000;Moon et al, 2003; Wang et al, 2008; 王智峰等, 2013);同時(shí), 前人研究主要關(guān)注沿岸的災(zāi)害性海浪的特征和機(jī)理, 對(duì)于引發(fā)災(zāi)害性海浪的熱帶氣旋統(tǒng)計(jì)特征研究不足。受熱帶氣旋移動(dòng)路徑特征的影響, 其導(dǎo)致的海浪典型受災(zāi)區(qū)域集中在我國(guó)東南沿海; 對(duì)于特定的海濱城市而言, 不同特征的熱帶氣旋(比如移動(dòng)路徑和強(qiáng)度)引起的海浪特征存在顯著差異(Young,2003; 邱桔斐, 2005; 陳劍橋, 2018)。因此, 統(tǒng)計(jì)分析引發(fā)災(zāi)害性海浪的熱帶氣旋的特征, 對(duì)城市的海岸帶規(guī)劃和防災(zāi)減災(zāi)具有重要的參考價(jià)值。

汕尾市位于南海北部沿海, 常住人口 300 多萬人; 全市海岸線長(zhǎng)455 km, 居全省第二位; 海島數(shù)量881 個(gè), 居全省第一位, 是南海優(yōu)良漁場(chǎng); 在沿海開發(fā)了紅海灣遮浪半島旅游區(qū), 屬于國(guó)家 4A 級(jí)景區(qū)。然而, 汕尾市是廣東省內(nèi)臺(tái)風(fēng)登陸次數(shù)排名第三的地級(jí)市, 受海浪災(zāi)害影響非常頻繁; 汕尾市屬于高脆弱性的城市, 臺(tái)風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為 4 級(jí)(張悅等,2017)。針對(duì)災(zāi)害性海浪的觀測(cè)原始記錄十分有限, 而汕尾市遮浪觀測(cè)站擁有 30 多年的海浪觀測(cè)記錄, 數(shù)據(jù)尤其珍貴。本文基于影響汕尾的熱帶氣旋過程期間的白天的海浪觀測(cè)數(shù)據(jù), 聚焦于引發(fā)災(zāi)害性海浪的熱帶氣旋事件, 并對(duì)這些熱帶氣旋的生成地、移動(dòng)路徑和強(qiáng)度進(jìn)行細(xì)致分析, 研究引發(fā)汕尾市海域?yàn)?zāi)害性海浪的熱帶氣旋的主要特征和移動(dòng)路徑, 旨在為災(zāi)害性海浪的預(yù)警報(bào)和防災(zāi)減災(zāi)提供參考。

1 數(shù)據(jù)說明

1.1 海浪波高數(shù)據(jù)

本文使用的是汕尾市遮浪觀測(cè)站波浪觀測(cè)數(shù)據(jù),站點(diǎn)位于 115°34′E, 22°39′N。海浪數(shù)據(jù)由人工觀測(cè)獲取: 在常規(guī)情況下, 使用岸用光學(xué)測(cè)波儀觀測(cè)海浪; 在大浪或儀器故障等情況下, 目測(cè)海浪, 并直接估計(jì)出波高。詳細(xì)的觀測(cè)規(guī)范和計(jì)算方法見《海濱觀測(cè)規(guī)范: 第 3 章 海浪》(國(guó)家海洋局, 科學(xué)出版社, 1987 年出版)。觀測(cè)時(shí)間1986—2016 年, 共搜集到 210 個(gè)熱帶氣旋過程期間的海浪觀測(cè)數(shù)據(jù), 包括1/10 大波波高、有效波高, 精度為0.1 m; 觀測(cè)時(shí)間為白天的 8:00、11:00、14:00 和 17:00; 2009 年以前, 僅對(duì)1/10 大波波高進(jìn)行觀測(cè); 2009 年以后, 增加了有效波高的觀測(cè)。

1.2 熱帶氣旋數(shù)據(jù)

本文使用的是中國(guó)氣象局熱帶氣旋資料中心(Ying et al, 2014)發(fā)布的熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集,包括熱帶氣旋的中心位置、時(shí)間、強(qiáng)度等級(jí)、中心最低氣壓、2 min 平均近中心最大風(fēng)速, 時(shí)間間隔為6 h。在使用前, 去除了未被編號(hào)和命名的熱帶氣旋過程。

熱帶氣旋的強(qiáng)度等級(jí)劃分遵循《熱帶氣旋等級(jí)》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 19201—2006), 以其底層中心附近最大平均風(fēng)速為標(biāo)準(zhǔn)(正點(diǎn)前 2 min 至正點(diǎn)內(nèi)的平均風(fēng)速)。數(shù)據(jù)采用的熱帶氣旋等級(jí)強(qiáng)度具體定義為: 0 級(jí)-弱于熱帶低壓, 1 級(jí)-熱帶低壓(10.8—17.1 m/s), 2 級(jí)-熱帶風(fēng)暴(17.2—24.4 m/s), 3 級(jí)-強(qiáng)熱帶風(fēng)暴(24.5—32.6 m/s), 4 級(jí)-臺(tái)風(fēng)(32.7—41.4 m/s), 5 級(jí)-強(qiáng)臺(tái)風(fēng)(41.5—50.9 m/s), 6 級(jí)-超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)(≥51.0 m/s)。

2 結(jié)果

2.1 引發(fā)災(zāi)害性海浪的熱帶氣旋提取

首先, 由于觀測(cè)數(shù)據(jù)中 1/10 大波波高的樣本數(shù)量遠(yuǎn)多于有效過高, 因此, 本文中將1/10 大波波高≥4 m 的海浪定義為災(zāi)害性海浪。然后, 統(tǒng)計(jì)210 個(gè)熱帶氣旋過程期間海浪的 1/10 大波波高最大值, 提取出了引發(fā)災(zāi)害性海浪的 31 個(gè)熱帶氣旋過程, 它們的移動(dòng)路徑如圖1 所示。利用熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集,計(jì)算了 31 個(gè)熱帶氣旋的移動(dòng)路徑距離觀測(cè)站的最短距離: 平均值為196.8 km, 標(biāo)準(zhǔn)差為144.9 km, 最小值為7.6 km, 最大值為509.4 km。在圖1 中對(duì)1/10 大波波高≥4 m 時(shí)的熱帶氣旋位置進(jìn)行了標(biāo)注(綠點(diǎn), 熱帶氣旋位置為 6 h 間隔), 可以看出, 出現(xiàn)災(zāi)害性海浪時(shí),熱帶氣旋主要位于觀測(cè)站點(diǎn)的西側(cè)(115.57°E 以西)。

圖1 在汕尾市海域引發(fā)災(zāi)害性海浪的熱帶氣旋路徑圖Fig.1 Tracks of tropical cyclone that induced disastrous waves in Shanwei City, Guangdong, South China

210 個(gè)熱帶氣旋過程中, 有些熱帶氣旋的路徑距離觀測(cè)站點(diǎn)較遠(yuǎn), 對(duì)站點(diǎn)無影響, 不應(yīng)參與本文后續(xù)的統(tǒng)計(jì)分析。由于上述31 個(gè)熱帶氣旋路徑距離觀測(cè)臺(tái)站的最遠(yuǎn)距離為 509.4 km, 本研究假設(shè)能夠引發(fā)災(zāi)害性海浪的熱帶氣旋基本均會(huì)途經(jīng)此距離內(nèi)。因此, 本文以觀測(cè)站點(diǎn)為中心, 以 510 km 為半徑畫圓(圖1 紅色圓圈, 后文統(tǒng)稱“紅圈海域”), 統(tǒng)計(jì)210 個(gè)過程中所有途經(jīng)紅圈海域的熱帶氣旋過程,共計(jì) 150 個(gè), 如圖 2a。同時(shí), 利用熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集, 同樣統(tǒng)計(jì)了途經(jīng)此紅圈海域的所有熱帶氣旋過程, 共計(jì) 180 個(gè)。因此, 在觀測(cè)站點(diǎn)漏掉了30 個(gè)熱帶氣旋過程的海浪觀測(cè), 熱帶氣旋路徑見圖2b。首先, 這些熱帶氣旋大多數(shù)是途經(jīng)紅圈海域的南部和東部邊緣區(qū)域, 距離觀測(cè)站點(diǎn)較遠(yuǎn); 而引發(fā)災(zāi)害性海浪的熱帶氣旋主要集中在圓圈范圍的西半部分, 這是由于熱帶氣旋主要在其行進(jìn)方向的右側(cè)沿岸海域引發(fā)較強(qiáng)的海浪。其次, 從熱帶氣旋分布的年份和月份來看(圖 3a, 3b), 缺測(cè)的 30 個(gè)熱帶氣旋過程分布相對(duì)較為均勻?；谝陨蟽牲c(diǎn), 我們認(rèn)為, 缺測(cè)的熱帶氣旋過程對(duì)分析引發(fā)災(zāi)害性海浪的熱帶氣旋長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)特征影響較小。

圖2 臺(tái)站觀測(cè)數(shù)據(jù)中熱帶氣旋移動(dòng)路徑圖Fig.2 Tracks of tropical cyclone recorded in ocean station

圖3 途經(jīng)紅圈海域的熱帶氣旋數(shù)量的分布(a, b)以及150 個(gè)熱帶氣旋期間的1/10 大波波高(c)和有效波高(d)最大值Fig.3 Yearly (a) and monthly (b) distribution of tropical cyclone arrived into the red circle, and maximums of 1/10 wave height (c) and significant wave height (d) of the 150 tropical cyclones.

途經(jīng)紅圈海域的熱帶氣旋數(shù)量存在顯著的年際變化(圖3a 中虛線): 年平均數(shù)量為5.8 個(gè), 1994 年和2013 年影響觀測(cè)臺(tái)站的熱帶氣旋數(shù)量均達(dá)到9 個(gè), 而1997 年僅有 2 個(gè)熱帶氣旋過程進(jìn)入此區(qū)域。在季節(jié)上, 熱帶氣旋集中在7、8 和9 月份到來, 6 月份和10月份的臺(tái)風(fēng)數(shù)量顯著減少。150 個(gè)熱帶氣旋過程中,臺(tái)站觀測(cè)的海浪1/10 大波波高的最大值見圖3c。從2009 年開始, 觀測(cè)站點(diǎn)記錄了36 次熱帶氣旋過程的海浪有效波高, 共 1014 個(gè)有效觀測(cè)記錄; 基于這些有效波高和對(duì)應(yīng)時(shí)刻的1/10 大波波高數(shù)據(jù)(圖4), 擬合了二者的線性換算公式:

其中, H1/10表示1/10 大波波高, H1/3表示有效波高。對(duì)150 個(gè)熱帶氣旋過程的有效波高進(jìn)行了換算, 統(tǒng)計(jì)了每個(gè)熱帶氣旋過程的海浪有效波高的最大值(圖 3d)。如前所述, 31 個(gè)熱帶氣旋過程引起了≥4 m 的1/10 大波波高; 1/10大波波高最大值的平均值為5.05 m, 標(biāo)準(zhǔn)差為1.14 m, 最大值為7.5 m; 對(duì)應(yīng)的有效波高最大值的平均值為4.07 m, 標(biāo)準(zhǔn)差為0.93 m, 最大值為6.04 m。

2.2 引發(fā)災(zāi)害性海浪熱帶氣旋的特征分析

2.2.1 移動(dòng)路徑 在研究站點(diǎn)引發(fā)災(zāi)害性海浪的31 個(gè)熱帶氣旋過程中, 有26 個(gè)熱帶氣旋(占比83.9%)生成于121°E 以東的西太平洋海域, 僅有5 個(gè)熱帶氣旋(占比 16.1%)生成于 121°E 以西的中國(guó)南海海域(表 1)。從圖 1 可以看出, 來自西太平洋的熱帶氣旋的移動(dòng)路徑相對(duì)較集中, 主要途經(jīng)呂宋海峽附近進(jìn)入南海。途經(jīng)呂宋海峽(16°—22°N)的熱帶氣旋總數(shù)為 25 個(gè), 其中 22 個(gè)熱帶氣旋途經(jīng) 16°—20°N 之間,是最為重要的通道。

圖4 臺(tái)站觀測(cè)的1/10 大波波高與有效波高的對(duì)應(yīng)關(guān)系(散點(diǎn))及其擬合曲線(黑線)Fig.4 The fitting curve between the 1/10 wave height and significant wave height

表1 熱帶氣旋數(shù)量分區(qū)統(tǒng)計(jì)Tab.1 Numbers of tropical cyclone in different regions

與紅圈海域有海浪觀測(cè)的熱帶氣旋數(shù)量相比,引發(fā)災(zāi)害性海浪的熱帶氣旋數(shù)量占總數(shù)的20.7%, 占生成于121°E 以東的熱帶氣旋數(shù)量的23.2%, 占生成于西太平洋且途經(jīng)呂宋海峽的熱帶氣旋數(shù)量的34.3%; 值得注意的是, 在臺(tái)站觀測(cè)中, 生成于西太平洋且途經(jīng)呂宋海峽南段(16°—20°N)進(jìn)入研究區(qū)域的熱帶氣旋, 37.9%的熱帶氣旋引發(fā)了災(zāi)害性海浪;其概率是呂宋海峽北段(20°—22°N, 20%)的接近 2倍。與現(xiàn)實(shí)中所有生成于西太平洋且途經(jīng)呂宋海峽的熱帶氣旋數(shù)量相比, 能夠在觀測(cè)站點(diǎn)引發(fā)災(zāi)害性海浪的熱帶氣旋數(shù)量占總數(shù)的24.3%; 其中途經(jīng)海峽南段的熱帶氣旋有26.2%可以引發(fā)災(zāi)害性海浪, 途經(jīng)海峽北段的則僅有15.8%可以引發(fā)災(zāi)害性海浪。

2.2.2 強(qiáng)度 引發(fā)災(zāi)害性海浪的31 個(gè)熱帶氣旋的強(qiáng)度如圖5a 所示。當(dāng)觀測(cè)站點(diǎn)的海浪1/10 大波波高達(dá)到最大值時(shí), 熱帶氣旋強(qiáng)度等級(jí)的平均值為 3.35,最大等級(jí)為5 級(jí), 最小等級(jí)為2 級(jí)。31 個(gè)熱帶氣旋移動(dòng)過程中的最強(qiáng)等級(jí)的平均值為4.26, 最大等級(jí)為6級(jí), 最小等級(jí)為2 級(jí)。對(duì)于生成于南海海域的熱帶氣旋, 總體來說, 強(qiáng)度等級(jí)要≥3 級(jí)才可以在觀測(cè)站引起災(zāi)害性海浪。此外, 有3 個(gè)熱帶氣旋過程的最強(qiáng)等級(jí)僅為2 級(jí), 它們生成于西太平洋海域, 途經(jīng)呂宋海峽抵達(dá)研究海域(圖 6a)。在它們引發(fā)災(zāi)害性海浪時(shí),熱帶氣旋在觀測(cè)站西側(cè)偏南的位置, 距離分別為120.1、352.6 和133.3 km, 相對(duì)較近。

對(duì)于生成于西太平洋且途經(jīng)呂宋海峽的熱帶氣旋來說, 它們?cè)谡麄€(gè)移動(dòng)過程中的最強(qiáng)等級(jí)的平均值為 4.44, 途經(jīng)呂宋海峽處的強(qiáng)度等級(jí)平均值為3.44(圖 5b)。而且, 有 6 個(gè)熱帶氣旋在途經(jīng)呂宋海峽時(shí)強(qiáng)度等級(jí)僅為1 級(jí), 有3 個(gè)熱帶氣旋在途經(jīng)呂宋海峽時(shí)強(qiáng)度等級(jí)為2 級(jí)。由此可見, 由于熱帶氣旋在移動(dòng)過程中, 受到大氣環(huán)流和海溫的影響, 可能存在顯著的增強(qiáng)和減弱, 因此, 在途經(jīng)呂宋海峽處的強(qiáng)度等級(jí)并不能作為判斷其是否能在觀測(cè)站點(diǎn)引發(fā)災(zāi)害性海浪的標(biāo)準(zhǔn)。

圖5 引發(fā)災(zāi)害性海浪的31 個(gè)熱帶氣旋(a)以及生成于西太平洋且途經(jīng)呂宋海峽的25 個(gè)熱帶氣旋(b)的強(qiáng)度等級(jí)Fig.5 Intensity of tropical cyclone that induced disastrous wave(a) and intensity of those generated in the western Pacific and passed through the Luzon Strait region (b)

2.2.3 月份分布 31 次災(zāi)害性海浪事件發(fā)生的月份也呈現(xiàn)出顯著的年變化: 主要發(fā)生在夏季(圖 7),與抵達(dá)紅圈海域的熱帶氣旋數(shù)量的年變化較為相似(圖 3b)。值得注意的是, 6 月份抵達(dá)紅圈海域的熱帶氣旋數(shù)量約為 7—9 月份的 50%左右, 而對(duì)于災(zāi)害性海浪事件來說, 6 月份發(fā)生的次數(shù)與7—9 月份基本一致。6 月份引發(fā)災(zāi)害性海浪的熱帶氣旋共有7 次, 有5 個(gè)生成于太平洋海域, 有2 個(gè)生成于南海的海南島東部海域(圖6b)。由于月份較早, 太平洋海域的5 個(gè)熱帶氣旋均生成于12°N 以南。

圖6 引發(fā)災(zāi)害性海浪的31 個(gè)熱帶氣旋中最強(qiáng)等級(jí)為2 級(jí)的熱帶氣旋移動(dòng)路徑(a)和發(fā)生于6 月的熱帶氣旋移動(dòng)路徑(b)Fig.6 Tracks of tropical cyclone that induced disastrous wave whose largest intensity was two(a) and tracks of tropical cyclone that induced disastrous wave and arrived in June(b)

圖7 災(zāi)害性海浪事件發(fā)生次數(shù)的月份分布Fig.7 Monthly distribution of disastrous wave events

進(jìn)一步對(duì)比分析6—9 月份途經(jīng)紅色圓圈區(qū)域的熱帶氣旋(圖8)后發(fā)現(xiàn), 相對(duì)于7—9 月份, 6 月份的熱帶氣旋的生成緯度相對(duì)較低, 位置相對(duì)靠西。另外, 6月份從西太平洋來的熱帶氣旋均在臺(tái)灣島以南進(jìn)入研究海域, 且絕大部分途經(jīng)菲律賓北部; 而 7—9 月份的熱帶氣旋的移動(dòng)路徑有整體北移的趨勢(shì), 途經(jīng)呂宋海峽北部或穿越臺(tái)灣島上空進(jìn)入研究海域的熱帶氣旋顯著增多。雖然7—9 月份熱帶氣旋數(shù)量增加,但移動(dòng)路徑的差異使得許多熱帶氣旋途經(jīng)汕尾市以東海域, 降低了引發(fā)災(zāi)害性海浪的概率。熱帶氣旋一般是沿著西太平洋副熱帶高壓的邊緣移動(dòng), 造成移動(dòng)路徑北移的原因是副熱帶高壓的季節(jié)性移動(dòng): 5—8月, 副熱帶高壓整體呈現(xiàn)出向北、向東移動(dòng); 從9 月開始向南、向西移動(dòng)。

3 討論

需要注意的是, 觀測(cè)站點(diǎn)僅在白天的 8:00、11:00、14:00 和 17:00 四個(gè)時(shí)刻有海浪觀測(cè)數(shù)據(jù), 這種觀測(cè)方式會(huì)漏掉一些晚上發(fā)生的災(zāi)害性海浪事件。由于采樣樣本大, 時(shí)間覆蓋范圍廣, 所以我們認(rèn)為僅有白天的觀測(cè)對(duì)熱帶氣旋強(qiáng)度、空間分布和移動(dòng)路徑特征的分析影響較小, 但還是會(huì)影響移動(dòng)路徑的概率統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

下面, 我們將在紅圈海域內(nèi)統(tǒng)計(jì)全天的熱帶氣旋的累計(jì)存在情況。首先, 將熱帶氣旋路徑從原先的6 h 間隔插值到對(duì)應(yīng)臺(tái)站海浪觀測(cè)時(shí)刻的3 h 間隔上,統(tǒng)計(jì)150 個(gè)熱帶氣旋在途經(jīng)紅圈海域時(shí)的位置, 如圖9a 所示。在紅圈海域, 每個(gè)時(shí)刻(2:00—23:00, 每3 h)累計(jì)存在熱帶氣旋的位置數(shù)量和平均近中心最大風(fēng)速顯示(圖 9b): 全天熱帶氣旋的數(shù)量變化不大, 8:00—17:00(白天時(shí)段)的累計(jì)存在位置總數(shù)為 1245,20:00—5:00(夜晚時(shí)段)的累計(jì)存在位置總數(shù)為 1274;近中心最大風(fēng)速均在 25—26.2 m/s 范圍內(nèi), 差別很小。如僅統(tǒng)計(jì)觀測(cè)站點(diǎn)西側(cè)(115.57°E 以西)的熱帶氣旋位置, 熱帶氣旋在白天時(shí)段和夜晚時(shí)段出現(xiàn)的數(shù)量和強(qiáng)度差異也很小。因此, 熱帶氣旋在白天和夜晚的出現(xiàn)概率基本相同, 據(jù)此估算, 現(xiàn)實(shí)中(包含夜晚)熱帶氣旋引發(fā)災(zāi)害性海浪的概率最大將會(huì)加倍: 途經(jīng)呂宋海峽(16°—22°N)且途經(jīng)研究海域的熱帶氣旋在觀測(cè)站點(diǎn)引發(fā)災(zāi)害性海浪的概率約為 35%—70%;途經(jīng)呂宋海峽(16°—22°N)的熱帶氣旋在觀測(cè)站點(diǎn)引發(fā)災(zāi)害性海浪的概率約為25%—50%。

4 結(jié)論

基于31 a (1986—2016 年)汕尾市海域的210 次熱帶氣旋影響期間白天的海浪臺(tái)站觀測(cè)數(shù)據(jù), 本文定義并提取了31 次災(zāi)害性海浪事件(1/10 大波波高≥4 m),海浪 1/10 大波波高最大值的平均值為 5.05 m, 標(biāo)準(zhǔn)差為 1.14 m, 最大值為 7.5 m, 對(duì)應(yīng)的有效波高最大值的平均值為 4.07 m。當(dāng)海浪 1/10 大波波高達(dá)到最大值時(shí), 熱帶氣旋強(qiáng)度等級(jí)的平均值為 3.35, 最大等級(jí)為5 級(jí), 最小等級(jí)為2 級(jí)。在引發(fā)災(zāi)害性海浪時(shí), 熱帶氣旋主要位于觀測(cè)站點(diǎn)的西側(cè)(115.57°E 以西)。

圖8 在研究區(qū)域內(nèi)發(fā)生于6 月份(a)、7 月份(b)、8 月份(c)、9 月份(d)的熱帶氣旋移動(dòng)路徑Fig.8 Tracks of tropical cyclone arrived in June (a), July (b), August (c) and September (d)

圖9 150 個(gè)熱帶氣旋途經(jīng)紅圈海域時(shí)的位置散點(diǎn)圖(a, 每3 h)以及一天中每個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的累計(jì)散點(diǎn)的數(shù)量和熱帶氣旋平均近中心最大風(fēng)速(b)Fig.9 Locations of the 150 tropical cyclones in red circle (a, every 3 h) and number of points in Fig.9a and mean wind speed every 3 h (b)

引發(fā)災(zāi)害性海浪的31 個(gè)熱帶氣旋過程中, 有26個(gè)熱帶氣旋(占比83.9%)生成于 121°E 以東的西太平洋海域, 僅有5 個(gè)熱帶氣旋(占比16.1%)生成于121°E以西的中國(guó)南海海域。對(duì)于生成于南海的熱帶氣旋,總體來說, 強(qiáng)度等級(jí)要≥3 級(jí)才可以在觀測(cè)站引起災(zāi)害性海浪。來自西太平洋的熱帶氣旋的移動(dòng)路徑相對(duì)較集中, 途經(jīng)呂宋海峽(16°—22°N)的熱帶氣旋總數(shù)為 25 個(gè), 其中 22 個(gè)熱帶氣旋途經(jīng) 16°—20°N 之間,是最為重要的通道。由于觀測(cè)站僅記錄了白天時(shí)段的海浪數(shù)據(jù), 但研究海域內(nèi)熱帶氣旋在白天和夜晚的發(fā)生概率和強(qiáng)度基本相同, 本文據(jù)此進(jìn)行定量估算:途經(jīng)呂宋海峽(16°—22°N)的熱帶氣旋在觀測(cè)站點(diǎn)引發(fā)災(zāi)害性海浪的概率約為25%—50%。此外, 熱帶氣旋在經(jīng)過呂宋海峽后, 強(qiáng)度等級(jí)可能發(fā)生較大變化,所以呂宋海峽處的強(qiáng)度等級(jí)并不能作為判斷其是否能在觀測(cè)站點(diǎn)引發(fā)災(zāi)害性海浪的標(biāo)準(zhǔn)。

以遮浪站為中心, 以510 km 為半徑的研究海域,所有途經(jīng)此范圍的熱帶氣旋集中在7、8 和9 月份到來, 6 月份和10 月份到來的數(shù)量顯著減少; 熱帶氣旋數(shù)量也存在顯著的年際變化, 尤其是在1996 年之后,數(shù)量有較為明顯的增加趨勢(shì)。引發(fā)災(zāi)害性海浪的 31次事件對(duì)應(yīng)的月份也呈現(xiàn)出較為相似的季節(jié)變化,但值得注意的是, 雖然6 月份到來的熱帶氣旋數(shù)量相對(duì)較少, 但引發(fā)災(zāi)害性海浪的概率約為 7—9 月份的兩倍, 其原因是西太平洋副熱帶高壓的季節(jié)性移動(dòng)對(duì)熱帶氣旋移動(dòng)路徑的影響。

本文針對(duì)汕尾市海域, 提取了引發(fā)災(zāi)害性海浪的熱帶氣旋事件, 歸納了熱帶氣旋的生成地、強(qiáng)度和移動(dòng)路徑特征, 為汕尾市災(zāi)害性海浪的預(yù)警報(bào)和防災(zāi)減災(zāi)提供了重要參考。

致謝本文使用的遮浪觀測(cè)站波浪觀測(cè)數(shù)據(jù)是由國(guó)家海洋信息中心提供; 使用的熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集由中國(guó)氣象局熱帶氣旋資料中心提供, 可通過https://tcdata.typhoon.org.cn 下載。