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渤海西岸风暴潮预报方法研究

王月宾  
【摘要】: 渤海西岸是风暴潮灾害多发区,建国以来共发生严重的风暴潮灾害7次,仅二十世纪九十年代以来就发生5次,发生频次明显增加,强度和灾害损失也越来越大,直接威胁人民群众的生命财产安全,成为影响沿海经济发展的重要灾害。因此,加强风暴潮预报的研究,预防和减轻风暴潮灾害,促进经济发展具有非常重要的现实意义。 本文利用气象科学和海洋水文科学相结合的方法,应用1951~2004年《台风年鉴》和黄骅港等验潮站观测的1985年至2004年20年的风向、风速、逐时潮位等资料,对发生在渤海西岸的风暴潮进行统计分析,结果表明,台风和强冷空气配合气旋是造成渤海西岸风暴潮的主要天气系统,偏东大风增水和天文潮叠加是造成风暴潮的直接因素;风暴潮和天文潮汐都有半日潮现象。通过计算每日最大潮位的平均值,得出每日平均最高潮位和最高潮位出现的时间。利用多年气象资料和数值预报产品,应用完全预报方法研究影响渤海的台风和冷空气大风与增水的关系,建立渤海西岸风暴潮预报模型,通过台风或冷空气配合气旋影响时增水值的计算,结合天文潮汐资料,做出最高潮位预报。根据渤海西岸自然地理、防潮海堤建设和沿海经济布局情况以及当地警戒潮位来预测在不同潮位高度情况下的影响区域,提出防御措施。主要研究结果如下: (1)渤海西岸致灾风暴潮一般每隔5~7年发生一次,最大间隔13年,最小间隔2年,且发生强度、频率二十世纪九十年代以来明显加大。渤海西岸致灾风暴潮有台风和强冷空气配合气旋两种天气系统。 (2)七次风暴潮灾害都集中发生在农历上半月的初四、初五和下半月的十五、十六、十七,这时正值渤海西岸天文大潮期,天文潮汐在产生风暴潮中起到了非常大的作用。当天气系统影响与天文大潮叠加,潮位超过警戒潮位时,才发生风暴潮灾害。 (3)有风暴潮日和无风暴潮日的潮位日变化位相基本一致,都存在半日潮现象,即每天有两个高潮位和两个低潮位。前半日,有风暴潮日潮位上升较快,比天文潮汐早3小时左右,且高潮位维持时间较长,最高潮位较涨潮前高2-3米;而落潮相对缓慢,落潮后最低潮位较最高潮位低1-2米。后半日,有风暴潮时和无风暴潮时达到最高潮位时间相同,上升和下降幅度相当。无风暴潮时,最高潮位和最低潮位落差较大,一般为3米左右;有风暴潮时,最高潮位和最低潮位落差较小,一般为2米左右;有风暴潮日比无风暴潮日最高潮位高1米左右。分析风暴潮当日逐时风向资料发现,偏东风分量较大且维持时间较长时,产生的增水较大,而东风分量较小且维持时间较短时,产生的增水较小。 (4)台风是造成渤海湾风暴潮的主要天气系统,台风移向、路径、强度、持续时间对风暴潮的产生及其潮位高低起关键性的作用。根据统计分析,进入渤海的台风路径有三条,一是台风进入渤海后直接北上在东北平原登陆;二是台风进入渤海后西进在华北平原登陆;三是台风进入渤海后向东北方向移动在辽东半岛登陆。 (5)渤海西岸呈准南-北向,引起增水的主要风向为偏东风,而增水的量值主要与某一时段的平均风速和大风持续时间有关。贝加尔湖冷空气从偏东路径南下,与其南边强暖湿气流在38°N附近交汇对峙,形成东北高西南低的气压场形势。由于冷暖气团势力相当,致使冷锋维持20小时以上,造成渤海海峡长时间偏东大风天气,当与天文大潮叠加时,引发渤海风暴潮灾害。结合实况资料和各种预报产品,预报沿海平均风速,然后计算海面平均风速和平均东向风速,根据平均东向风速计算增水极值。 (6)通过对1965年以来发生在渤海西岸的风暴潮回报,预报值与实测值基本相当,最大误差18cm,最小误差2cm。表明此种方法对发生在渤海西岸的风暴潮潮位有较好的预报能力。预报时所用的资料都是黄骅港潮位资料及常规气缘资料,较为容易获取,适宜操作,是基层台站较实用的预报方法,具有较好的应用前景。 (7)应用中尺度数值预报模式(MM5)对预报风场进行细化,可以每小时输出一次结果,空间分辨率可以精确到20km以内。根据台风中心气压、中心风力、移动速度及移动路径,冷空气大风的风向、风力和持续时间,计算天气系统在渤海西岸造成的增水值。经过改进后,预报时间密度、空间密度和精度大为提高。


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