近50年滨海新区风暴潮及强增水个例分析（王万筠,殷海涛,赵玉洁）

摘要:滨海新区位于渤海湾湾顶,是风暴潮灾害的多发区和严重区,每次风暴潮发生都会造成巨大的经济损失。滨海新区一年12个月均有风暴潮发生,灾害多发生在盛夏台风活跃期和春、秋过度季节。文章统计了1956年至2005年50年间的风暴潮及强增水资料,按天气形势进行分型,统计了各型风暴潮发生的规律和特征,发现冷锋型是影响滨海新区风暴潮及强增水天气的主要天气系统。

关键词:滨海新区　风暴潮　特征　分析　分型

1　引言

风暴潮灾害是发生在滨海新区最为严重的一种自然灾害。滨海新区位于渤海湾湾顶,是风暴潮灾害的多发区和严重区。随着沿海经济的快速发展和基础设施的增加,其造成的经济损失也日益加重。“9216”台风减弱北上引起的风暴潮,造成近100km海堤漫水, 40处决口,天津沿海直接经济损失4亿元。风暴潮灾害对滨海新区沿海的安全、经济发展和人民生命财产构成了日益严重的威胁,因此,统计历史风暴潮个例资料,进而找出风暴潮的发生规律和特征对准确预报风暴潮有重要的意义。所谓风暴潮是由于剧烈的大气扰动,如强风和气压骤变(通常指台风和温带气旋等灾害性天气系统)导致海水异常升降,使受其影响的海区的潮位大大地超过平常潮位的现象。增水是指实况潮位与天文潮位的差值。

1. 1　所用资料:滨海新区的警戒水位是470cm,本文采用的是滨海新区的代表站塘沽验潮站的潮位观测资料。其中把最高潮位大于470cm 及最高潮位接近470cm增水大于60cm的天气过程选为风暴潮及强增水个例。本文在1956年至2005年这50年中,一共选取了75例风暴潮及强增水个例。

1. 2　统计方法:在仔细分析这75例后,参照资料,按天气形势将之分为二类,分别为: 冷锋型,台风(含热带风暴及热带低压)型,强孤立气旋型。又将冷锋型细分成两类,把影响系统是单纯冷锋的分为纯冷锋型,冷锋和低压共同影响的分为冷锋配合低压型。并对每型的风暴潮及强增水个例的出现时间、潮位表现、天气形势进行了分析。

2　风暴潮统计分析

2. 1　1956年～2005年风暴潮及强增水个例年分布规律

1956年～2005年风暴潮及强增水个例年分布如图1。在这50年期间,风暴潮或者强增水平均每年发生1. 58次。在统计做图中并没有发现发生次数随时间有明显增多的趋势,个例次数大体呈离散分布。有连续几年次数大于(或小于) 1. 58次的情况。1960年和2005 年是个例最多的两年,均为5次。而有的年份则没有个例。可见风暴潮或者强增水情况并不是渤海湾地区每年必然出现的。

2. 2　个例极值和平均值

由于选取个例时,兼顾了最高潮位,和最大增水两个方面。部分最大增水> 60cm的个例有最高潮位小于470cm 的情况,在计算平均最高潮位的时候,一律将潮位取为470cm,也就是将潮位高于本区警界水位的部分计为0。本文所计算的平均最高潮位实际上就等同于潮位高于警界水位的数值。

本文统计了三类个例极值和平均值(如表1) 。在全部75例中,最高潮位的最大值是587cm,是台风型个例。最大增水是236cm,是冷锋型个例。

三类个例中,台风型所引发的最高潮位的极值和平均值都是最大的,而冷锋型所引发的增水极值和平均值最大。三类中,孤立气旋要较弱于另两类。

2. 3　三类系统发生次数比重

在所有影响渤海湾的风暴潮或者强增水个例中,冷锋型占了65. 3% (如图2) 。其发生的频率远远大于另两种类型。台风型17例占22. 7% ,位居第二。最少的是强孤立气旋型,仅有9例,占12%。可见冷锋是引起渤海湾风暴潮及强增水的最主要的大气形势。

3　三类风暴潮天气特征分析

3. 1　冷锋型

此类风暴潮及强增水个例的共同点是,在地面图上都有一条比较明显的冷锋位于滨海新区上游,冷锋扫过渤海引起风暴潮及强增水。

3. 1. 1　冷锋型个例统计分析

本文统计的个例中冷锋个例是最多的一类,共49例。冷锋个例月分布图(图3)显示,冷锋型个例在全年的12个月中均有发生的先例。秋季(9月～1 1月)是最多发的季节,在49个个例中,有35个发生在秋季,占全年分布的71. 4%。其中有19个冷锋型个例发生在10月,是最常发生冷锋型个例的一个月。

49个个例中引发最高潮位的个例发生在2003年10月1 1日,最高潮位554cm,增水178cm。而产生最大增水的个例是1960年11月21日,最高潮位465cm,增水236cm。平均最高潮位是470 + 17.1Cm,平均最大增水为129. 9cm。

冷锋型个例不但多,而且能引发非常大的增水,平均增水超过120cm。最多发生在10月至11 月,此时华北地区冷暖空气频繁交汇,大风强增水灾害频繁,是我们密切关注的一类。“10. 11”渤海特大温带风暴潮灾害就是冷锋型风暴潮。

我们将49例冷锋个例分成两类[2] 。单纯由于冷锋影响,一共36例,是纯冷锋型。另一类,是冷锋影响的同时,有低压或强倒槽影响渤海湾,特别是低压或倒槽顶部的东北风影响渤海明显,一共有13例,是冷锋配合低压型。两类平均值相比,冷锋配合低压型的平均最高潮位和平均增水值都大于纯冷锋型。

3. 1. 2　冷锋配合低压型典型个例天气形势分析

此类个例其地面气压场的一般特点是,渤海中南部和黄海北部处于北方冷高压的南缘,南方低压或气旋的北缘。

我们选取了1991年8月25日的过程分析,此次过程并没有非常大的增水和最高潮位,但是地面形势清晰。此次过程,山东半岛有一个明显的闭合低压,贝湖以东有冷高压,中心气压1 030Pa。天津地区处于冷高压的东南侧,低压的西北侧,等压线密集,气压梯度很大,渤海海面一致为东北大风。

而大部分的过程,在地面图上不一定可以明确的画出闭合的低压,更多的情况是一个明显的倒槽系统。倒槽的顶部北伸影响渤海海面。比较严重的2003年10月11日的过程就是这样的情况。此次过程最高潮位达到554cm,增水178cm。

3. 1. 3　纯冷锋型典型个例天气形势分析

当西伯利亚或蒙古等地的冷高压东移南下,而我国南方又无明显的低压活动与之配合时,地面图上只有一条横向冷锋掠过渤海,造成渤海偏东大风,致使渤海西岸(渤海湾沿岸)和西南岸(黄河三角洲)发生风暴潮。

1960年11月21日的过程是一个典型的纯冷锋引发强增水个例。增水达到236cm。地面图如图4:在蒙古国有一强冷高压,中心气压1 050Pa,范围很大,控制整个蒙古及我国北方大部。长江以北没有活动明显的低压系统,活跃的低压系统偏南。有一条明显的冷锋由北向南掠过渤海,渤海海面的偏东大风明显。

还应该注意到的是,冷空气采取的是东移南下的路径,属于冷空气由东北同流影响天津的天气类型,与冷空气由西北路径影响天津地区产生西北大风的天气形势不同。高空500Pa环流形势较平。有利于冷空气东移,以偏东路径影响天津。(灾害)

3. 2　台风型

台风(含热带风暴和热带低压)风暴潮,多见于夏秋季节。其特点是:来势猛、速度快、强度大、破坏力强。凡是有台风影响的海洋国家、沿海地区均有台风风暴潮发生。此类个例共同特点是台风(含热带风暴和热带低压)北上后的低压系统影响渤海湾,从而引起风暴潮及强增水现象。

3. 2. 1　台风个例统计分析

本文统计到的影响渤海湾的台风个例一共29例,其中产生风暴潮或者强增水的个例有17例。比例为58. 6%。可见台风北上后,产生风暴潮的可能性是比较大的。仔细分析了这17例后看到,其中引发最高潮位的个例发生在1992年8月28日,最高潮位587cm,增水150cm。而产生最大增水的个例是非常有名的“9711”号台风, 1997年8月19日,最高潮位554cm,增水199cm。这17例的平均最高潮位是470 + 32. 4cm,平均最大增水为99. 7cm。

台风北上影响渤海湾多发在夏季( 7 月～9月) 。仔细统计后发现, 7月最早的一个发生在1994年,日期是7月12日, 9月最晚的一个是2004 年,日期是9月15日。可见台风影响渤海湾的风暴潮或者强增水的个例集中在7月中旬至9月中旬这一段时间。其中超过一半的个例发生在8月,并且两次最严重的个例都是发生在8月。

3. 2. 2　台风型典型个例天气形势分析

9711台风,由于其强度强、范围广,所经海域均产生狂风暴雨、巨浪和风暴潮天气,对沿海地区人民生命财产造成巨大损失。塘沽潮位高达554cm,最大增水199cm,天沣沿海直接经济损失1. 3亿元[ 3 ] 。此个例具有非常典型的台风引发风暴潮天气形势。

9711号台风于1997年8月10日在关岛以东洋面生成,生成后向西北偏西方向移动。于18日在浙江省温岭附近登陆,登陆后向西北偏北移动。进入安徽境内减弱为热带风暴并继续向偏北方向移动。20日15时由莱州湾进入渤海,穿过渤海湾后登陆辽宁,逐渐减弱消失。20日20时影响本区时,台风报显示,中心气压为990Pa,近中心最大风速23m / s。1997年8月20日20时地面图(图5)显示,台风低压与东北地区的高压,形成了西高东低的形势。台风低压中心在海面上的减压作用明显,海水自东向西堆积,并且在台风第一象限强东北风的作用下,塘沽增水明显,大于100cm的增水维持了长达6个小时。与当日天文高潮叠加,造成了这次554cm的最高潮位。

3. 3　强孤立气旋型

本文将没有明显冷高压和冷锋与之配合,并且不是台风减弱北上影响本区的温带气旋单独提出来,分为强孤立气旋型。主要是由内陆低压造成,黄河低压在缓慢东移中不断加强,或者江淮气旋发展,缓慢向东北方向移动入海。

3. 3. 1　强孤立气旋型个例统计分析

我们收集的三类风暴潮天气中,强孤立气旋型的个例最少,共有9例。强孤立气旋型个例月分布如表4。

其中引发最高潮位的个例发生在1989年6月8日,最高潮位493cm,增水82cm。而产生最大增水的个例是1962年9月16日,最高潮位483cm,增水113cm。这9例的平均最高潮位是470 + 8. 9cm,平均最大增水为80. 6cm。

3. 3. 2　强孤立气旋型典型个例天气形势分析

1989年6月8日是一次典型的强孤立气旋影响渤海湾。

此次地面图(图6)上,天津西北侧并没有明显的高压系统,也没有冷锋。冷空气相对而言离天津较远。而该气旋是由南方活跃的暖湿气流向北发展而来, 并不是台风登陆北上形成。500Pa 是槽,700Pa至850Pa都发展为闭合的气旋式环流。但是大多数个例在地面图上不能画出一个完整的闭合低压,大多数以倒槽的形式出现,和南方的暖湿系统连为一体。但是倒槽(或气旋)顶部的偏东风非常明显。气旋中心移至渤海海面后,与台风型个例有同样的减压作用。

4　结论

4. 1　滨海新区一年12个月均有风暴潮发生,风暴潮或者强增水平均每年发生1. 58次。没有发现发生次数随时间有明显增多的趋势,个例次数大体呈离散分布。有连续几年次数大于(或小于) 1. 58次的情况。

4. 2　按发生风暴潮时的天气形势将之分为三类,分别为:台风(含热带风暴及热带低压)型,强孤立气旋型,冷锋型。又将冷锋型细分成两类,把影响系统是单纯冷锋的分为纯冷锋型,冷锋和低压共同影响的分为冷锋配合低压型。

4. 3　各型都具有各自的典型天气特征。冷锋型个例的主要天气系统是冷锋。台风型个例的主要天气系统北上的台风(含热带风暴及热带低压) 。强孤立气旋型个例的主要天气系统是温带气旋。

4. 4　面对滨海新区日益频繁和严重的风暴潮灾害,在加强防潮工程措施的同时,做好滨海新区沿海灾害性风暴潮预报是十分必要的。我们在统计历史风暴潮及强增水个例过程中,发现的一些规律有助于更为全面深入的了解这种自然灾害,使今后的风暴潮预报更为及时准确。

参考文献

[1] 吴少华,王喜年.天津沿海风暴潮灾害概述及统计分析,海洋预报, 2002, 19 (1) : 29～35.

[2] 王喜年.关于温带风暴潮12003年11月20日在沧州举行的“10. 11”渤海特大温带风暴潮灾害研讨会上的发言.

[3] 许富祥. 天津沿海三次特大风暴潮灾害成因分析及预防对策.海洋预报, 2002, 19 (1) : 36～42.

[4] 段志华. 再析天津渤海沿岸风暴潮特性及防预减灾对策.海洋预报, 2002, 19 (1) : 43～50.

[5] 杨宝国. 中国沿海的风暴潮灾害及其防御对策.自然灾害学报, 1995, 5 (4) : 82～88.

[6] 许富祥. 海浪预报知识讲座. 海洋预报, 2001, 18 (3) : 69. 78.

作者简介:王万筠(1981-) ,女,天津人,助理工程师,主要从事天气预报工作。

来源：《天津航海》2007年第2期