沿海大风
气象学术语
沿海大风一直是仅次于碰撞的海上重大事故,尤其是冬半年(指从10月起至第二年3月)发生风灾的频率更高,这主要与大风形势的发生季节、强度、移动等有密切关系,必须引起海上作业的渔船警惕,对冬半年发生的大风形势注意多收传真天气图,多听岸台天气预报,及早做好预防工作,尽量减少风灾海事的发生。
概念
长期的天气预报实践表明,沿海大风都是在某些特定的天气形势下产生的。通常有两种情况:一种是天气系统本身发展造成的大风,如低压大风、冷锋后偏北大风、台风大风、雷暴大风、龙卷大风等;另一种是高、低压系统之间相互配置造成某一部位气压梯度较大而出现的大风,如高压后部的偏南大风。台风大风、雷暴大风、龙卷大风等主要发生在夏半年,尤其是夏季,基于夏半年风灾事故少,而且随着气象科技发展,诸如台风等一般渔船能提前收到警报并做好避风准备,这里不作具体分析。
根据舟山气象台提供的天气图,对以下几种影响我国近海地区的大风形势进行分析,需要渔船引起注意:
(1)低压大风。这类大风在春季出现最多,正在加深发展的低压(低压位于高空槽前且槽前有暖乎流)经常在我国北部或东部海区造成6级以上大风,大风可以是低压前部的偏东大风、中部的偏南大风或后部的偏北大风。
(2)冷锋后偏北大风。冬半年,当冷高压南下(即冷空气南下)时可出现很强的偏北大风,甚至寒潮大风,大风在冷锋后高压前部等压线密集的区域,这类大风春季最多,冬秋季次之,夏季最少。
(3)高压后部偏南大风。这是我国东部沿海地区常见的大风,偏南大风出现时地面形势多为东高西低型,东部的高压(通常为太平洋暖高压)稳定加强,西部低压加深发展(表现为高压后部有强烈暖平流),这类大风多在春夏季。
另外,对于在日本海附近作业的渔船还需要注意发生在日本近海的大风形势:冬春季产生于台湾东北海面上的低气压开始形成时中心气压往往并不低(即低压不强),边向东北方向移动边发展,到达日本南部海面迅速加深(中心气压下降),常伴有10级以上大风,随后移速加快,大风范围不断扩大,天气十分恶劣,航行于日本近海的船舶往往由于对此类低压的迅速加强估计不足而发生海事;同样,产生于黄海、东海的低压移至日本海后也会迅速加深引起强劲的西南风,通常称日本海低压:若发生于黄海的低压进入日本海并迅速发展同时发生于东海的低压朝日本南部沿岸移动,两个低压接近并在北海道以东加深时常可达台风强度,又称之为双低压。因此,冬春季在日本海航行的渔船应特别警惕此类大风形势,以避免海事发生。
浙江沿海大风的天气气候特征
海上大风是浙江沿海常见的气象灾害之一,它会给海上航运、渔业生产、近海养殖和军事活动等带来严重影响或危害,甚至对人民群众的生命带来威胁。由于我国东南沿海毗邻太平洋,海区辽阔跨越东亚季风区。而海洋气象实测资料相对稀少,所以几十年来岛屿站的气象观测资料相当宝贵,常用来代表浙江沿海海面的一些气候特征。因此,这些站的大风特征对了解浙江沿海海区的状况有一定实际意义。
资料处理
浙江沿海自北而南分布的岛屿上建着许多海洋气象站,选取了浙江沿海不同纬度的嵊泅、嵊山、大陈、北麂和南麂5个站点,作为研究沿海风场变化的代表站点,这些站离岸的距离、海拔高度和地理状况都不同,这些岛屿站积累了多年连续的风力观测资料,作为参考来分别代表各海区的气候概况,表1给出了台站的名字、位置和代表海区的名称。
在此规定出现日极大风速大于等于7级为一个大风日,风向按照16方位来统计。根据浙江省海洋预报责任海区的划分,将浙江沿海海域划分为浙江北部与浙江中南部2个海区:浙江北部海区,北起长江口崇明岛,南到浙江石浦,即125°E以西,31—29°N的海域;浙江中南部海区,北起浙江石浦,南到浙江苍南,即125°E以西,29—27°N的海域(见表2)。
大风特征分析
(1)合成风的空间分布
为了更加清晰地了解海陆风力的平均分布状况,笔者选用了1968--1996年秋冬季(11月至翌年3月)NCEP的合成风资料,统计出风速的分布。
从图1中可见,在海上从124°E30°N开始到120°E23°N有一条东北西南走向的大风核带,这个大风核带的平均风速达6.5m/s多,与所有岛屿站的年平均风速为6.8m/s相近。但海上风力并不是一直向外递增,在25°—30°N的外海,即125°—126°E以外风力是递减的。
在沿海区域大风的密集梯度几乎和海岸平行,向内陆快速递减,各岛屿站在图1中的分布看,浙江的大陈、南麂站处于大风核的边缘地带,浙江的北麂站处于大风核迅速减小的边缘地带,其他各站均处于大风核迅速减小的密集梯度地带。所以必须明确每一个站的代表性是不一样的。
(2)各级大风频率及风向分布
以嵊泗站代表浙北沿海,统计结果表明浙北沿海平均每年出现8级以上大风119d,9级以上大风51d,10级以上大风14d。偏北大风略多于偏南大风,偏西大风很少。在各级大风中,以NNW—NNE大风最多,SSE—S大风次之。在8级风中NNW—NNE向大风占40%,SSE—S向大风占35%;在9级风中NNW—NNE向大风占39%,SSE—S向大风占37%;在10级风中NNw—NNE向大风占36%,SSE—S向大风占19%。
以大陈站代表浙中南,统计结果表明浙中南沿海平均每年出现8级以上大风103d,9级以上大风33d,10级以上大风9d。偏北大风占了绝大多数,偏西大风几乎没有。在各级大风中,以N—NNE大风最多,SSW--SW大风次之。在8级风中N—NNE向大风占75%;在9级风中N—NNE向大风占65%;在10级风中N—NNE向大风占47%。
造成海上大风的天气系统
造成海上大风的天气系统有热带气旋、冷空气、低气压和倒槽等,热带气旋影响相对简单,在这里着重讨论冷空气、低气压和倒槽三种天气系统的影响。
(1)冷空气
冬半年北方冷空气南下东移,由冷高压带来的冷空气南下是造成东海区冬半年沿海大风的主要影响天气系统,一般风力都可以达到6—8级,强冷空气或寒潮可达到9级以上。冷空气大风又可分为中路、东路、西路三个类型。中路型有三种情况:二槽一脊、一槽一脊及平直环流。东路型除横槽加深外,东亚低槽加深也可导致冷空气南下路径偏东。西路型多为一脊一槽型,高空呈西北气流或新疆有高压脊发展。
(2)低气压
低气压的生成与发展,东移人海,往往诱导北方冷空气快速南下,形成密集的气压梯度,风力较强,同时伴随着南大风转北大风过程,历年来重大的海损事故多由这一系统造成,由于低气压发生发展的位置不同,有黄渤海低压,江淮低压,东海低压等称谓,黄渤海低压在冬、春季的12—3月较多,也有在4—5月份的,北大风的风力更大,可达9级以上。渔船避风都存在着转港问题,时机掌握不好,极易产生碰撞翻沉事故。其中以1959年4月11日的长江口低压进入吕泗洋洋面后发展加深,出现东到东北强大风,风力达8—10级,阵风11级以上,渔船损失惨重,沉船278条,死亡1479人,成为建国以来最为严重的一次海损事故,即“吕泗洋事故”。
(3)倒槽
由江西倒槽东移人海或东海沿海发展起来的倒槽,若与大陆南下的冷高压相结合,形成密集的气压梯度,偏北大风加强,有时风向略偏东,此类风一般风力为6—7级,阵风8级,若与外海北上的台风相结合,风力可达7—8级,阵风9—10级,多数为偏北大风,少数为偏东大风。
研究结论
综合以上分析可以发现,浙江沿海大风具有一下气候特征:
(1)浙江省沿海的大风发生频率较高,年平均大风日数在88—171d,各海区的平均在125—130d,全年约有有1/3日数为大风日;浙北沿海大风El数要略多于浙中南沿海。
(2)从大风El数月际分布可以看出,大风主要集中在秋冬季(每年11月至翌年3月),其次是夏季(每年的7—9月)。各站累年各月最大风速的极值都在7—9月,且最大风速基本在12级(32.6m/s)以上,这与热带气旋的活动影响有密切关系。
(3)在大风的风向分布中,浙北沿海偏北大风略多于偏南大风,各占1/2左右,以NNW—NNE大风最多,SSE--S大风次之;浙中南沿海偏北大风占了绝大多数,约占3/4左右,以N—NNE大风最多,SSW—SW大风次之。
(4)大风的分布在海上存在一条东北西南走向的大风核带,在沿海区域大风的梯度几乎和海岸平行,呈从沿海向内陆快速递减的态势。
(5)浙江沿海大风的季风特征明显,浙江沿海冬半年大风多为冷空气大风,春季及初夏大风多为低压、倒槽引起,夏季大风主要是受热带气旋影响产生,浙中南沿海尤为明显。
中国沿海大风阵风系数特征分析
现阶段对大风灾害的研究主要集中于某工程点某重现期设计风速的取值计算上,对中国沿海8级及以上大风的阵风系数探讨很少。气象行业定义最大阵风风速与最大10min平均风速之比为阵风系数。考虑到8级及以上大风对工程设计影响较大,为此本文利用中国沿海五个气象站近三十年的大风日资料来分析沿海大风的阵风系数特征。
根据中国沿海气象站的分布情况,现选取山东成山头气象站、江苏南京气象站、福建厦门气象站、广东汕尾气象站、海南海口气象站共五个气象站作为资料来源。从北端处于温带季风气候的成山头气象站到处于热带季风气候的海口气象站,从在宽阔低地上的南京气象站到在沿海小山丘上的厦门气象站,从距离海岸线有一定距离的南京气象站到直面广袤海洋的汕尾气象站,总的来说选取较为合理,可以作为本次研究的参考站。
沿海大风基本特征
从五个气象站共30年的逐日风力数据中选出有效大风日(风力数据未缺测且日极大风速≥17.2m/s)共3774个,其中成山头、南京、厦门、汕尾、海口分别是2674个、159个、553个、183个、205个。这3774个有效大风日数据来自中国气象科学数据共享服务网,可靠性高。
对沿海这五个气象站,大风年际分布有一定差异。五个气象站1991~2000年年平均大风日数都比1981~1990年要少,下降幅度最小的是汕尾站仅8.9%,下降幅度最大的是海口站达74.6%。成山头站与海口站2000~2010年大风日数相比于1991~2000年都略有上升,其余三站则有所减少,南京、厦门、汕尾三站分别减少62%、61%、42%。
对这五个气象站,大风年内分布不同。成山头站大风主要在冬季,夏季较少,其余四站则是夏季相对较多。汕尾、南京两站都以7月份大风日数占比最大,分别占到了25%和20%。海口站则以10月份大风日数占比相对最大,约为20%。厦门站逐月大风日数分布相对最为平缓,峰值在8月,占比约15%。
在五个气象站的大风中,风力等级集中于八九级,8级大风占比都超过了50%,而南京站更是超过了80%。12级及以上大风海口与汕尾两站都超过了3%,而成山头站为1.0%,南京站则无12级及以上大风。
阵风系数特征
(1)不分风力等级的统计特征
将3774组大风日数据组的极大风速与最大10min平均风速算比值,得到该大风日的阵风系数,以字母R表示。每一个数据组得到一个R值,再将R值由小到大进行排序,以0.1为分区区间,R值分布比例如图2所示。
由图2可知,成山头站R值最为集中,区间[1.2,1.3]、[1.3,1.4]分别占比达38%、30%,而在[1.6,4.0]区间占比还不到4%。南京站出现较为明显的双峰现象,区间[1.5,1.6]为最高峰值达17%,还有一个高峰值在区间[1.8,1.9]中。厦门与汕尾站R值分布百分比曲线非常相似,两站的R值最大百分比都在区间[1.7,1.8]中,且都为16%,厦门、汕尾站在区间[1.4,2.0]中都为79%,可见在中国东南部沿海阵风系数非常相似。海口站R值区间最为分散,除区间[1.7,1.8]、[1.9,2.0]占比等于10%外,其余各个相隔0.1的分布区间占比都小于10%,由此可见中国南部沿海的阵风系数分布并不集中。
五个气象站平均R值除了厦门与汕尾两站较为接近外,其余三站都有一定差异,从成山头站的1.325到海口站的2.098,从中国沿海由北往南逐渐增大。五个气象站的最小R值都在1.4以下,其中以成山头站最小R值1.041为最小;五个气象站的最大R值都在2.5以上,其中以海口站最大R值3.788为最大。
(2)区分风力等级的统计特征
对于这五个气象站的8级大风,最小R值变化范围为1.061~1.327,成山头站最小,海口站最大。9级大风最小R值变化范围为1.041~1.393,可见8级大风和9级大风的最小R值区间范围基本一致。10级及以上大风,最小R值变化范围为1.056~1.567,成山头站最小,海口站最大。综合各站不同风力等级的最小R值,最大R值大体上随着风力等级的逐步增大而上升。
对于五个气象站8~9级大风的最大R值,变化范围为2.467~3.520,低值、高值分别在南京站和厦门站。10级及以上大风,最大R值变化范围为1.643~3.789,南京站最小,海口站最大。综合各站不同风力等级的最大R值,除12级及以上大风外,最大R值随着风力等级的逐步增大而下降。
五个气象站不同大风等级的平均R值如图3所示。由图3可知,对于8级与9级这两个大风等级,在中国沿海越往南,平均R值就越大。对于10级与11级这两个大风等级,除个别气象站外,也是越往中国沿海南部,平均R值越大。12级及以上大风除了南京未出现外也是由北往南逐步增加。总的来说,在不同风力等级情况下,中国沿海大风的阵风系数平均值基本呈现由北往南逐步增加的特性。
(3)考虑大风成因的统计特征
五个气象站3774组大风日数中因热带气旋影响而形成大风的占11%,其中汕尾站55%的大风是因热带气旋的影响,占比最大,而成山头站却仅有1%的大风是由于热带气旋影响而成,占比最小,考虑大风成因的阵风系数平均值统计表如表3。
从表3可知,除成山头站外,其余四站受热带气旋影响形成的大风的阵风系数均值略小于未受气旋影响形成的大风的阵风系数均值。同时,不论是否受热带气旋的影响,阵风系数均值都呈现沿中国海岸由北往南逐渐增加的特性。
研究结论
经过对中国沿海五个气象站3774个大风日数据进行分析,可知阵风系数的最小值都在1.4以下,最大值都在2.5以上,平均值沿中国沿海呈现由北往南逐渐增大的特征。对于中国沿海大风,不同风力等级的阵风系数平均值也基本由北往南逐步增加。一般受热带气旋影响形成的大风的阵风系数均值会略小于未受热带气旋影响形成的大风的阵风系数均值。
以上结论为进一步研究中国沿海大风特性提供了参考。但是中国沿海地域辽阔,地形条件、气候条件都有一定的差异,而本文仅引用了五个沿海气象站的三十年大风资料,资料的有限性使得结论的可靠程度还有待进一步验证。
最新修订时间:2022-08-25 16:45
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参考资料