唐山湾精细化海区大风特征初步分析

王畅，刘倩，龙强，王锋,2

（1.唐山市曹妃甸工业区气象局，河北唐山063200；2.唐山市气象局，河北唐山063000）



唐山湾精细化海区大风特征初步分析

王畅1，刘倩1，龙强1，王锋1,2

（1.唐山市曹妃甸工业区气象局，河北唐山063200；2.唐山市气象局，河北唐山063000）

摘要：根据唐山湾的特殊地理环境，将其分为西部、南部和东部3个海域，并选取3个沿岸站、2个海岛站和1个浮标站分别作为3个海域的代表站，对每个站点的大风日数、风速、年际和月际的变化特征进行对比分析。结果如下：南部海域出现≥6级的大风和极大风的天数最多，出现大风的概率与东部海域相当，均为西部海域的3倍左右；整个唐山湾海域大风具有典型的季节性变化特征，呈两峰两谷分布，5月和11月是出现大风最多的月份；3个海域的极大风速极值均在17.2 m/s以上（8级以上），7月16日急性型冷锋的出现使得嘴东站的极大风速达到31.2 m/s（11级）；唐山湾3个海域的≥6级大风年主导风向为NE-ENE，≥6级极大风年主导风向为ENE-E，所有大风几乎没有偏南的风向，即唐山湾6级以上大风均以偏北风为主。综合分析3个海域代表站的大风资料，可以精确的反映唐山湾海域大风的气候特征，更为各个海域的天气预报提供辅助工作。

关键词：唐山湾；大风；统计分析；气候特征

1　引言

唐山湾位于渤海湾北部，东经118°—119°、北纬大约38.5°—39°之间，东西长，南北窄，海岸线229 km。以曹妃甸岛为中点，形成西起芦汉开发区、东至滦河入海口的两大凹湾；两大凹湾之间，分别以南堡和京唐港为中点，又隔成两个小海湾。在突出的四点上建设港区、工业开发区和曹妃甸生态城，构成了唐山湾“四点一带”的格局[1]。目前唐山湾已建设港口物流、精品钢材、石化和海洋化工产业、先进装备制造业及滨海旅游等产业[2]。特别是被称为“黄金宝地”和“国家最大填海工程”的曹妃甸有矿石码头、工作船杂货码头，煤码头、钢铁码头、辅料码头、通用散杂货码头和原油接卸码头等10余个码头。如此多元化的经济模式对海况和气象条件有着更高的要求。由于受暖温带大陆性季风气候的影响，该地区一年四季均有大风天气发生，而大风是造成海难事故频发的重要原因之一[3]。那么根据唐山湾的地域特性分析大风特征，对经济的发展和精细化气象预报有着重要的意义。

唐山湾“四点一带”独特的地域特性是在曹妃甸新区出现之后才有的，曹妃甸新区是填海造地工程，该地区的自动站也是在这之后才建立起来的，目前还有没有对曹妃甸的研究分析工作，之前的研究领域大多集中于渤海海峡等海域。王日东等[4]对渤海海峡海岛站与沿岸站大风进行了对比分析，通过综合应用海岛站和沿岸站大风记录，更加准确反映渤海海峡大风的气候特征。郭俊建等[5]利用山东沿海12个精细化预报海区一年的实况代表站逐时大风资料，分析了每个海区在大风预报时的不同。辛宝恒和阎俊岳等[6-7]对产生黄、渤海大风的分布规律、海陆大风对比分析特征、影响系统等进行了论述。

准确的掌握唐山湾沿海大风的实况和气候特征，使当地政府能制定合理的保障机制来维护海上航运和生产的安全，尤为重要。由于曹妃甸的出现使得唐山湾形成两大凹湾，即可以将唐山湾以曹妃甸为中心分为东部海区、西部海区和南部海区3个海区，本文选取唐山湾6个具有代表性的自动站，着重分析唐山湾大风的规律性和气候特点，为预报提供重要的参考依据。

2　资料说明

2.1测站与仪器

根据唐山湾海域的地理位置和各站大风的代表性情况，选取黑沿子、嘴东、海事码头3个沿岸站，龙岛、祥云岛2个海岛站和1个大浮标站进行统计分析，测站分布情况如图1所示。所有的自动站观测标准和精度都一致，均符合《地面气象观测规范》的要求[8]。风向采用360°方位，风速以m/s为单位，保留一位小数。

2.2资料选取

代表站的选取兼顾该站资料的代表性和稳定性，尽量选取海岛站、浮标站和岸基站。由于曹妃甸是填海造地，海事码头，龙岛，大浮标等建站时间比较晚，为了保持资料的月份连贯性和可用性，选取了2013年12月1日—2014年11月30日的逐日大风风向、风速资料。期间由于仪器故障、通讯中断等原因，资料偶有缺失，但不影响使用，总计365 d大风记录。本文提到的日统计是按照气象学上以北京时间20时为日界的标准进行统计。

根据唐山湾的地理位置和各站大风的代表性情况，选用黑沿子和嘴东2个站代表西部海域，海事码头和大浮标2个站代表南部海域，龙岛和祥云岛2个站代表东部海域，其中黑沿子、嘴东和海事码头为沿岸站，龙岛和祥云岛为海岛站，大浮标位于距曹妃甸5n mile的位置。

图1　自动站分布图

3　唐山湾海域大风统计

由于≥6级风产生灾害的几率明显增大，日常海上天气预报中预计未来将出现6级以上就要发布大风警报。文中定义日最大风≥6级即为一个最大风日，日极大风≥6级即为一个极大风日。最大风为10 min平均风速最大值的风，极大风指极大风速最大值的风[9]，对各站的大风特征进行统计分析，使之能更好的为预报提供帮助。6级风是指平均风速在10.8—13.8 m/s之间的大风，8级风是指平均风速在17.2—20.7 m/s之间的风[10]，规定≥6级风即为大风。

3.1各海域年大风日数

由表1可知：南部海域的两个代表站≥6级大风平均日数为58.2 d，比西部海域多37.7 d，比东部海域多3.2 d；南部海域的两个代表站≥6级极大风平均日数为149.5 d，比西部海域多50 d，比东部海域多13 d。南部海域每天出现≥6级大风的概率为15.9%，几乎是东部海域的3倍，与西部海域的差别不大。

表1　2013年12月—2014年11月各站大风日数统计（单位：d）

在≥6级最大风出现日数上，沿岸站中海事码头最多，黑沿子最少，海岛站中龙岛最多，且海岛站均比沿岸站多，最多相差74 d，浮标站比海岛站和沿岸站都要多。在≥6级大风出现日数上，沿岸站中海事码头最多，黑沿子最少，海岛站中龙岛比祥云岛多，且海岛站均比沿岸站多，最大相差21 d，同时龙岛比浮标多6 d。

分析表明：在出现≥6级大风或极大风日数上，海岛站均比沿岸站明显多。以大风日数最多的测站的大风代表唐山湾海域大风。唐山湾海域出现大风的概率为24.4%，即几乎4 d一次；唐山湾海域出现≥6级极大风概率为43.0%，即平均2.3 d一次。≥6级大风出现最多的测站是浮标站，位于唐山湾的南部海域；≥6级极大风日数出现较多的是龙岛，其次是浮标站和海事码头，分别代表南部海域和东部海域，这说明唐山湾南部海域和东部海域更易出现6级以上大风。

从图2、图3可以看出：唐山湾海域的大风具有明显的季节变化特性，5月和11月是两个明显的波峰，3月份开始随着冷暖空气交汇频繁，大风次数逐渐增多；9月份以后，随着冷空气的影响，大风日数再次增多；6—8月份为海风风力较弱的时段，大风次数也较少。

3.2各海域大风出现概率分布

由图4、图5可知：各月≥6级大风出现概率，东部海域最大，平均每月为15.2%，其中龙岛概率最高，达到22.1%，即平均4.5 d就有一次大风天气，5月份更是高达48.4%；南部海域的浮标站其次，平均每月为21.6%，但单月有7个月的概率超过25%；西部海域的黑沿子的平均每月概率最低，仅为1.63%。

各月≥6级极大风出现概率，南部海域最大，平均每月为40.9%，几乎平均不到3 d就出现一次≥6级极大风天气；各站中龙岛站的概率最高，平均每月为44.7%，且单月有10个月的极大风出现概率超过25%，5月份更是高达74.2%。意味着不到1.5 d就出现一次≥6级极大风；西部海域的黑沿子最低，平均每月为24.5%，单月有4个月的极大风超过25%。

图2　2013年12月—2014年11月各站出现≥6级最大风日数

图3　2013年12月—2014年11月各站出现≥6级极大风日数

图4　2013年12月—2014年11月各站出现≥6级风概率示意图

图5　2013年12月—2014年11月各站出现≥6级极大风概率示意图

从各月的情况来看，3—5月和9—12月≥6级大风和极大风出现的概率较高，≥6级大风单月最高概率是龙岛的48.4%，出现在5月；≥6级极大风月平均概率最小为黑沿子的24.5%，其他各站均超过25%，其中浮标站和龙岛都超过40%，龙岛更是5个单月概率超过50%。6—8月≥6级大风和极大风出现的概率均较低，≥6级大风出现的概率基本都在10%以下，≥6级极大风除了嘴东和龙岛，单月概率均在25%以下；1—2月≥6级大风除了浮标站和2月的龙岛站，各站的单月概率均在20%以下，黑沿子更是没有出现过一次大风天气；≥6级极大风西部海域出现的概率均在20%以下，南部和东部海域出现的概率仍然较高。

3.3各海域风速极值分布

表2中最大风风速为2013年12月—2014年11 月10 min平均风速的最大值，极大风为各时刻极大风速的最大值。由表2可知：西部海域出现最大风风速为20.7 m/s，为风力8级，出现在2014年7月16日的黑沿子；南部海域出现最大风风速为23.1 m/s，为风力9级，出现在2014年11月30日的大浮标；东部海域出现最大风风速为19.8 m/s，为风力8级，出现在2014年11月30日的龙岛。大浮标和嘴东间最大风相差最大，为4.8 m/s。

西部海域出现极大风风速为31.2 m/s，为风力11级，出现在2014年7月16日16:00（北京时），该时间也是黑沿子出现极大风风速的时间，其他测站在该天16:00左右均出现8级及以上西北大风，但是当天其他时段风力均较小，在3—4级左右，综合考虑是急性型冷锋，就是在强盛的西北急流作用下，急行性干冷锋快速东移南下，斜压不稳定大气位能向动能的剧烈转换，加上高空动量下传，造成突发性冷空气大风过程。南部海域出现极大风风速为28.5 m/s，为风力11级，出现在2014年11月30日的大浮标；东部海域出现极大风风速为27.1 m/s，为风力10级，出现在2014年11月30日的龙岛。造成11 月30日过程极大风速的是一次寒潮过程，这也是引起唐山湾海域大风的最主要天气形势之一。

表2　2013年12月—2014年11月各站风速(单位：m/s)

表3　2013年12月—2014年11月各站10 min平均风速≥6级的大风的平均风速(单位：m/s)

表4　2013年12月—2014年11月各站极大风速≥6级的大风的平均风速(单位：m/s)

3.4各海域年大风风速分布

表3、4为2013年12月—2014年11月各站≥6级大风的平均风速统计表，其中“—”表示该月没有出现≥6级的大风。

由表3可知，黑沿子秋冬季（即9—11月和12—2月）无6级以上大风，这是因为该站偏北方向上有高约20 m的建筑物，根据本地气候特点，该建筑物很可能是造成黒沿子站秋冬季无6级以上大风的原因。此外，春夏季节其他相关风向上有6级以上大风出现，也说明了该建筑物对秋冬季大风的影响。

由表3、4可知：出现≥6级大风的平均风速，西部海域平均风速为12.58 m/s，当天其中黑沿子最大为12.98 m/s，如果除去7月16日由于急性型冷锋造成的瞬时大风，西部海域平均风速为11.81 m/s；南部海域平均风速为12.54 m/s，其中浮标站最大为12.66 m/s；东部海域平均风速为12.27 m/s，其中龙岛最大为12.59 m/s。出现≥6级极大风的平均风速，西部海域平均风速为13.31 m/s，其中嘴东最大为13.54 m/s；南部海域平均风速为13.40 m/s，其中浮标站最大为13.48 m/s；东部海域平均风速为13.27 m/s，其中龙岛最大为13.59 m/s。

从单站来分析，在4月和5月各站均有≥6级风出现，最大风速差出现在4月的龙岛和黑沿子之间为1.15 m/s，在各站均有≥6级极大风出现的月份中，最大风速差出现在2月的龙岛和黑沿子之间为1.94 m/s；无论是≥6级风还是极大风，各站中平均风速最低的均为祥云岛。

综上分析：无论是≥6级风还是极大风，3个海域年平均风速最接近的为南部海域和东部海域，且均比西部海域要大。浮标和龙岛分别是南部海域和东部海域平均风速最大的站。

图6　各站≥6级大风四季平均风速变化　

图7　各站≥6级极大风四季平均风速变化表

图8　2013年12月—2014年11月西部海域≥6级大风风向频率

3.5各海域大风风速季节变化

由图6、图7可以分析：从季节的分布看，≥6级大风和极大风，各站秋季的平均风速都是全年最高的，冬季的平均风速最低；≥6级大风，黑沿子在秋季和冬季基本无大风天气，春季和夏季的平均风速与其他各站差别不大，3个海域的代表站的全年≥6级大风平均风速基本都在12 m/s左右；≥6级极大风，3个海域的春季和秋季的变化趋势基本一致，西部海域的夏季极大风平均风速比南部海域和东部海域都要高。

3.6各海域大风风向分布特征

由图8、图9和图10可知：年≥6级大风风向，西部海域总体主导风向是NNE，占该海域总数的73.2%；南部海域总体主导风向为NW，占该海域总数的26.4%，ENE次之，占该海域总数的25.4%；东部海域总体主导风向是ENE，占该海域总数的40.1%。综上可知：≥6级大风年主导风向以NE-ENE为主导，ENE出现次数较多，南部海域和东部海域总体最为接近。

图9　2013年12月—2014年11月南部海域≥6级大风风向频率

图10　2013年12月—2014年11月东部海域≥6级大风风向频率

图11　2013年12月—2014年11月西部海域≥6级极大风风向频率

由图11、图12和图13可知：年≥6级极大风风向，西部海域总体主导风向为E，占该海域总数的31.6%，其次为WNW，占25.9%；南部海域总体主导风向为EW-ENE，ENE出现的最多，占该海域总数的18.7%；东部海域总体主导风向为ENE-E，其中E出现的较多，占该海域总数的23.3%。综上可知：≥6级极大风年主导风向ENE-E，南部海域和东部海域总体比较相近，西部海域以偏东风为主。

分析表明：唐山湾3个海域中，无论是≥6级大风还是极大风，南部海域和东部海域的主导风向比较接近，结合西部海域可以精确的反映出整个唐山湾海域的主导风向。16个风向方位中，主要出现NW、NNE、WNW、NW、ENE、E和NE7个方位，几乎没有偏南方向的大风，那么可以说明唐山湾出现≥6级大风和≥6级极大风的风向以偏北风为主。

图12　2013年12月—2014年11月南部海域≥6级极大风风向频率

图13　2013年12月—2014年11月东部海域≥6级极大风风向频率

4　结论

通过2013年12月—2014年11月唐山湾3个海域6个代表站的大风资料统计分析发现：

（1）在≥6级大风和极大风的日数上，南部海域最多，几乎是东部海域的3倍，西部海域其次；从单站的角度分析，各站中浮标站最多，3个海域的海岛站均比沿岸站要多；综合分析唐山湾海域出现大风的概率为24.4%，而且南部海域和东部海域更容易出现大风；

（2）整个唐山湾的大风发生日数具有明显的季节性特征，总体呈两峰两谷的形势，并且5月和11月的发生日数最多；

（3）从各站单月的大风发生概率考虑，东部海域的龙岛发生概率最高，5月大风发生概率达48.4%，几乎两天就发生一次大风天气；

（4）各海域的风速极值均在17.2m/s以上，即8级以上风力；3个海域的年大风平均风速南部海域最大，西部海域其次，浮标站和龙岛分别是南部海域和东部海域平均风速最大的站；

（5）各站中秋季的大风年平均风速是最高的，3个海域≥6级极大风的在春季和秋季的变化趋势一致，夏季时西部海域比南部海域和东部海域的平均风速要大；

（6）3个海域≥6级大风年主导风向为NE-ENE，≥6级极大风年主导风向为ENE-E，几乎没有偏南风向的大风，即整个唐山湾的大风年主导风向为偏北风。

本文利用6个代表站一年的大风资料对唐山湾3个海域进行统计分析，准确的反映该海域大风的特性，但是由于曹妃甸为填海造地工程，各测站建立的时间不长，资料时间也相对较短，得到的结论有定的局限性。

参考文献：

[1]尹延鸿.曹妃甸浅滩潮道保护意义及曹妃甸新老填海规划对比分析[J].现代地质, 2009, 23(2): 200-209.

[2]尹延鸿.对河北唐山曹妃甸浅滩大面积填海的思考[J].海洋地质动态, 2007, 23(3): 1-10.

[3]黄少军,薛䶮波,石磊,等.渤海海峡客滚船海难事故与大风事件关系分析[J].气象与环境学报, 2006, 22(3): 30-32.

[4]王日东,姜俊玲,郭卫华,等.渤海海峡海岛站与沿岸站大风对比分析[J].海洋预报, 2010, 27(2): 22-29.

[5]郭俊建,孙莎莎.山东沿海精细化海区大风特征分析[J].海洋预报, 2014, 31(4): 41-46.

[6]辛宝恒.黄海渤海大风概论[M].北京:气象出版社, 1989.

[7]阎俊岳,陈乾金,张秀芝,等.中国近海气候[M].北京:科学出版社, 1993.

[8]中央气象局.地面气象观测规范[M].北京:气象出版社, 1979, 21-27.

[9]高瑞华,王式功,张孝峰,等.渤海海峡大风的气候特征分析[J].海洋预报, 2008, 25(3): 7-15.

[10]朱乾根,林锦瑞,寿绍文,等.天气学原理与方法[M]. 4版.北京:气象出版社, 2007.

Preliminary analysis of strong wind over the fine sea area of Tangshan Bay

WANG Chang1, LIU Qian1, LONG Qiang1, WANG Feng1,2
（1.Caofeidian Meteorological Bureau, Tangshan 063200 China; 2. Tangshan Meteorological Bureau, Tangshan 063200 China）

Abstract：According to the special geographical environment of Tangshan Bay, it is divided into three areas, western, southern and Eastern. Three coastal stations, two island stations and a buoy station are selected as representatives of the three areas. Each site on windy days, wind speed, inter annual and monthly variation characteristics of comparative are analyzed. The results are as follows: the southern areas have most day times that appearing≥6 level wind and extreme wind. The probability of occurrence strong wind in the southern areas is similar with that in the eastern areas, which is both about 3 times than that in the Western areas. The great gale in Tangshan Gulf has typical seasonal variation characteristics, with two peaks and two valleys distribution. Majority of the great gale happened in May and November. The extreme wind speed in the three sea areas are more than 17.2 m/s (more than level 8), and the maximum wind speed reaches about 31.2 m/s (Level 11) in Zuidong Station in 16th July due to the acute of the cold front. The dominant wind direction of≥6 level wind is NE-ENE over Tangshan Bay, while the wind direction of≥6 extreme wind is ENE-E, and wind direction of≥6 wind are dominated by northerly winds over Tangshan Bay. Comprehensive analysis of the wind data from representative stations in the three areas, it can accurately reflect the climate characteristics in Tangshan Bay, and provide a supplementary work for the weather forecast in all areas.

Key words：Tangshan bay; strong wind; statistical analysis; climate characteristics

作者简介：王畅（1987-），男，助理工程师，硕士，从事海洋气象和气象信息技术研究工作。E-mail：806025504@qq.com

基金项目：国家自然科学基金项目（61375030）。

收稿日期：2015-07-09

中图分类号：P732

文献标识码：A

文章编号：1003-0239（2016）01-0011-08