苏北浅滩辐射沙洲高低潮时误差特征分析及成因探讨

邬惠明，徐常三，高鑫鑫，吉会峰（国家海洋局南通海洋环境监测中心站，江苏　南通　226002）



苏北浅滩辐射沙洲高低潮时误差特征分析及成因探讨

邬惠明，徐常三，高鑫鑫，吉会峰
（国家海洋局南通海洋环境监测中心站，江苏南通226002）

摘要：根据地处苏北浅滩辐射沙洲的洋口港海洋站2011年1月至2013年12月共3年的验潮资料，计算了高低潮时实况与对应的天文潮高低潮时的误差，分析误差的月际分布、提前或滞后量分布等特征，并对引起高低潮时误差的原因进行了初步探讨。分析表明：苏北浅滩辐射沙洲高低潮时误差具有明显的月际分布，且呈准正态分布；受天气系统影响时，辐射沙洲高低潮时误差最高可超过1 h，需要引起海洋环境预警报和涉海作业等人员的足够重视。

关键词：辐射沙洲；洋口港；高低潮时；误差分析

众所周知，潮汐预报以及由此而衍生的风暴潮警报是海洋预报和海洋灾害应急预警报的主要内容，其主要的预报信息包括潮高及高低潮时等预警报信息。

在以往的潮汐预报及相关研究中，主要涉及潮高、风暴增水等方面的研究，较少涉及有关高低潮时准确与否的研究，且在实际预报中，对于高低潮时的预报往往采用天文潮的高低潮时，并认为高低潮时误差在半小时之内是在正常范围内的（吴德安等，2004）。但是在不少情况下，人们更加关心高低潮时的预报，并必须基于高低潮时进行生产作业的安排。如，苏北浅滩辐射沙洲地处黄海南部，是举世闻名的条斑紫菜养殖海域。条斑紫菜的生长特点是每日需要生长在海水中超过4 h，但又必须有足够的时间离开水面接收通风、阳光，生长条件较为苛刻（唐箭飞，2010）。

每年的9月至翌年的4月是条斑紫菜养殖季节。作业人员利用养殖海域的低潮间隙，乘坐拖拉机前往养殖区域进行梳理架子、收割等劳作，涨潮时便返回。紫菜养殖区没有验潮设施，因此紫菜养殖人员往往只能凭借经验，结合邻近渔港的潮汐表判断紫菜作业区潮汐涨落的时间安排作业时间段及工作量。由于地形、气象等诸多原因，导致实际出现的高低潮时与经验预判不一致，即涨落潮时间会出现提前或滞后。如发生提前涨潮现象时，滩涂上的马腰（注：“马腰”是当地对辐射沙洲沟槽的俗称）的水位迅速上涨，当马腰的水位达到一定高度时，满载作业人员和生产物资的拖拉机容易歇火。一旦歇火，人员往往来不及撤离，疯涨的潮水会迅速吞噬作业人员，导致海难事故的发生。据记载，2007年4月15晚8点45分，如东县长沙镇何灶村养殖场从事紫菜生产护场作业的21名人员，遭遇异常涨潮，遇难人员共计19人。“4·15”海难事故发生的浅滩区域马腰较多，在事发的滩涂与海岸间有多处水深为1～2 m的马腰，在事发时潮水受风影响涨潮时间略有提前，到涨潮中间时，由于海流流速较大，涨水速度较快。提前将马腰淹没，阻挡了人员撤退的路线。

另据统计，2001-2013年共发生较大或重大的滩涂生产海难事故6起（指死亡或失踪3人以上的海难事故），累计死亡63人，其中不少事故就跟实际高低潮时出现时间与预计的有误差有关，教训极其惨痛。

基于条斑紫菜是广大人民群众十分喜爱的海产品，也是南通市出口创汇的拳头产品之一。南通市政府将紫菜养殖作为当地的支柱产业之一（顾汉忠等，2008），其养殖规模和产量占全国条斑紫菜的80%以上，历史上又多次发生因为高低潮时误差而引发的重大海难事故，因此分析研究苏北浅滩辐射沙洲高低潮时异常现象，对于提高即将投入业务化试运行的南通海洋预报减灾示范区潮汐预报产品的准确性具有较强的现实意义。

本文根据地处苏北浅滩辐射沙洲的洋口港海洋站连续3年的验潮资料，对高低潮时误差进行初步的统计和分析，希冀给海洋环境预警报和海上从业人员，特别是苏北浅滩辐射沙洲紫菜养殖管理人员和作业人员提供参考依据。

1　数据来源

本文分析数据来源于洋口港海洋站2011-2013年的验潮实况资料以及国家海洋信息中心出版的洋口港天文潮。洋口港海洋站位于江苏省如东县洋口港太阳岛南码头，处于古长江入海口和烂沙洋深槽潮汐通道（何华春等，2005），其自然水深在-17 m以上，宽2.2～2.4 km，航道两侧有天然沙洲掩护，且地处强潮流海域，水道、沙洲方向一致，航道顺直，底质稳定，直通外海，贯通太平洋。洋口港海洋站为全自动海洋观测站，2009年6月建成，同年7月正式投入运行。观测要素为：风、气压、气温、湿度、能见度、降水、潮位、表层海水温盐。该站运行稳定，数据质量可靠，图1为洋口港的地理位置示意图。

图1　洋口港地理位置示意图

2　统计方法

统计采用洋口港海洋站实际测到的高低潮时与对应的天文潮（国家海洋信息中心，2010-2012）高低潮时进行比较，得到高低潮时误差的结果。其中，实测高低潮时减去对应的天文潮高低潮时之差为负值，表明高低潮时提前，反之则为滞后；若差值为0，表明高低潮时无误差。

3　统计分析

3.1高、低潮时误差

经统计，2011-2013年期间，洋口港验潮站共测到4218个高潮或低潮（注：2011-2013年洋口港应测高低潮时4 236个，实测高低潮时4 218个，高低潮数据获取率99.6%）。其中高潮时共2 110个，低潮时共2 108个。

4218个高潮或低潮数据中，出现提前现象的共计1 632个，占38.69%；滞后2 401个，占56.92%；一致的则为185个，占4.39%。

3年期间平均高低潮时误差为7.53 min；1 632个提前高低潮时中，平均提前时间为7.87 min，最大提前时间达64 min；2 401个滞后高低潮时中，平均滞后时间7.87 min，最大滞后时间37 min。表1为各月份洋口港高低潮时差月际分布。

从表2可以看出，绝大多数高低潮时误差不超过15 min。表明高低潮时基本上与天文高低潮时是比较吻合的。但也存在个例，高、低潮时误差超过15 min乃至30 min以上。个别情况下甚至超过1 h。表2为高低潮时误差的分段统计。

2110个实测高潮时中，比天文高潮提前的次数有678次，占32.13%；与天文高潮一致的次数有96次，占4.55%；比天文高潮滞后1 336次，占63.32%。高潮时最长提前时间达64 min，最长滞后时间为37 min。（图2）

表1　2011-2013年洋口港高、低潮时实况与天文潮误差统计

表2　2011-2013年洋口港高、低潮时实况与天文潮误差分段统计

图2　高、低潮时误差分布

2108次实测低潮时中，比天文低潮时提前的次数出现954个，占45.26%；与天文低潮时一致的次数出现89个，占4.22%；比天文低潮时滞后的次数出现1065个，占50.52%。低潮时最长提前时间为50min，最长滞后时间为27min（图2）。

对高、低潮提前和滞后时间超过15 min的情况进行统计，从表3可以看出提前15 min以上次数在8月份出现最多，高潮提前出现12次，低潮提前出现38次；高潮滞后15 min以上次数在3月份出现最多，出现35次，低潮滞后15 min以上次数在2月份出现最多，出现30次。

3.2月际分布

将误差按月统计时，发现月际分布特征明显。从表4、图3（a）中可以看出，高潮时滞后次数分布特点明显：年初月份和年底月份较多，6-9月相对较少；与之相反，高潮时提前次数夏天较多，而年初月份与年末月份相对较少。高潮时提前次数与滞后次数存在明显的反位相现象。

从表4、图3（b）可以看出，低潮时滞后次数分布特点也较为明显，年初月份和年底月份次数较多，6-9月相对较少，8月处于低谷；低潮时提前次数6-9月较多，8月出现峰值，而年初月份与年末月份相对较少。与高潮时误差类似，低潮时提前次数与滞后次数存在较明显的反位相现象。

表3　2011-2013年洋口港高、低潮时误差超过15 min统计

表4　高、低潮时实况与天文潮误差月际分布统计

图3　高（a）、低（b）潮时实况与天文潮误差月际分布统计

3.3分布律拟合

从图2，不难看出高低潮时出现误差的次数分布与正态分布（参见公式1）较为类似。

式中：μ为平均值，σ则为均方差。

根据统计原理，服从标准正态分布时，落在-σ至σ的比例达到68.3%；落在-2σ至2σ的比例达到95.44%；落在-3σ至3σ的比例达到99.74%。

从高潮时误差中，计算出平均值μ=2.94，均方差σ=8.78，2σ=17.56，3σ=26.34。

进一步计算落在上述区间的百分比，发现高潮时误差分布与正态分布十分接近（表5），可视为准正态分布。图4（a）为高潮时误差分布与拟合的正态分布密度曲线，十分吻合。

与高潮时计算方法雷同，计算出低潮误差平均值为-0.06，均方差10.14，2σ=20.28，3σ=30.42。

进一步计算落在上述区间的百分比，发现低潮时误差分布与正态分布同样十分接近（表5），可视为准正态分布。图4（b）为低潮时误差分布与拟合的正态分布密度曲线。

表5　高、低潮时实况与天文潮误差分布区间

图4　洋口港高潮时（a）、低潮时（b）误差分布与拟合的正态分布密度曲线图

4　成因探讨

前已提及在日常预报中，一般采用天文潮的高低潮时间作为高低潮预报时间，且在30 min之内往往是被默认为正常范围。因此，本文着重探讨高、低潮时误差达到30 min及以上的情形。

经统计，2011年1月至2013年12月洋口港高潮时提前或滞后超过30 min累计8个，其中提前5个，滞后3个。从表6看出，当洋口港高潮时误差提前或滞后达到或超过30 min时，往往受到某种天气系统的影响，如热带气旋或锋面气旋等。2011年1月至2013年12月洋口港低潮时提前或滞后误差超过30 min累计14个，其中出现提前情况有14个，无滞后30 min情况发生。从表6看出，当洋口港低潮时误差提前达到或超过30min时，也受到某种天气系统的影响，如冷空气、热带气旋或两者共同影响等。

从表6中不难发现，无论高潮时误差还是低潮时误差，往往与某种天气系统有关联。而天气系统影响时往往伴随着大风。为什么同样受到天气系统影响，有时提前有时却滞后呢？进一步分析，认为高低潮时提前或滞后与潮流特性、地形也有关系。

表6　洋口港高、低潮时误差统计（达到或超过30 min）

对洋口港验潮站2012年逐时潮位资料进行调和分析（侍茂崇，2005），得到洋口港M2、S2、N2、K2、K1、O1、P1、Q1、M4、MS4、M6、Sa、SSa等13个主要分潮的调和常数如表7。

计算结果：（Hk1+ H01）/HM2= 0.15，（Hk1+ H01）/ （HM2+ HS2）= 0.10；由此判别洋口港海洋站为半日潮港，一天之内出现两次高潮和两次低潮，且两次高低潮高度不相等。同时，洋口港太阴1/4日分潮与主要太阴半日分潮振幅之比= 0.015，说明受一定的浅水效应影响。由此判定，洋口港海域潮汐性质为非正规浅海半日潮类型。

前已提到洋口港进出航道为烂沙洋，航道为东南-西北走向（图1）。虽然烂沙洋的潮流性质本质上为旋转流，但受地形影响，烂沙洋的潮流性质往复流的特点更加明显。根据长江水利委员会长江口水文资源勘测局2003年的水文测验，烂沙洋航道区域属规则的半日潮流海区，潮流呈往复流性质。

以2011年8月7日为例。查阅该日天文潮，预计高潮时为5∶21和17∶47，低潮时为11∶14和次日凌晨00∶05（图5）。

表7　洋口港的调和常数

图5　洋口港2011年8月7日天文潮曲线图

受到1109号热带气旋“梅花”的影响，洋口港附近海域有大风出现。风力全天维持在7-9级，但随着“梅花”的北上，洋口港附近烂沙洋的风向在不断的变化。全天的风向由凌晨的北北东逐渐转为西北，下午涨潮时风向转为西北，与烂沙洋的走向吻合。因此出现了涨潮流与风海流“碰头”的情形，从而造成高潮时提前现象的发生。该日傍晚的预报高潮时间为17∶47，但实际高潮出现时间为16∶43，整整提前64min。而同在该日，凌晨的预报高潮时间为05∶21，虽然凌晨时风力也达到7级，但风向为北北东方向，与烂沙洋航道走向有一定的夹角，加上风力逊于下午涨潮时的风力（见表8），因此高潮出现的提前时间为31 min，比傍晚出现的高潮时提前时间缩短了33 min。

又以2013年4月6日为例。查阅该日天文潮，高潮时为09∶15和21∶56，低潮时为03∶13和15∶44（图6）。

该日因受冷空气影响，洋口港海域凌晨到傍晚出现了7-8级的偏北风，傍晚起风力逐渐减小到5-6级。风向则由偏北，上午起逐渐转为西北（表9）。

凌晨时恰逢低潮落潮阶段，潮水顺烂沙洋而退，而此时受冷空气影响，烂沙洋有7-8级的偏北风，因此加速了退潮过程，导致低潮时提前的出现。该日预报低潮时03∶13，实际出现02∶39，提前34 min。

表8　2011年8月7日洋口港实测逐时风速风向

表9　2013年4月6日洋口港实测逐时风速风向

图6　洋口港2013年4月6日天文潮曲线图

5　结论

本文以洋口港3年的验潮实测资料为依据，初步探讨了辐射沙洲高低潮时与天文潮的误差特征，并得出以下一些结论。

（1）苏北浅滩辐射沙洲高低潮时误差具有明显的月际分布特征，各月均有可能发生高低潮时提前或滞后现象，但提前或滞后个数多少与月份相关：高潮时滞后次数年初月份和年底月份较明显，6-9月相对较少；高潮时提前次数夏季较多，而年初月份与年末月份相对较少。提前次数与滞后次数存在较明显的反位相现象。低潮时滞后次数年初月份和年底月份次数较多，6-9月相对较少，8月处于低谷；低潮时提前次数6-9月较多，8月出现峰值，而年初月份与年末月份相对较少。与高潮时类似，低潮时提前次数与滞后次数存在较明显的反位相现象。

（2）高、低潮时提前和滞后误差服从准正态分布。

（3）受天气系统影响时，辐射沙洲风力较大时高低潮时误差尤为明显，最高甚至可超过1 h，需要引起足够的重视。当风向与烂沙洋航道走向一致时，应关注大风阶段风向与涨潮或落潮的关系。东北、北或西北风时，若遇涨潮则往往出现高潮时提前，若遇退潮，则往往出现低潮时提前；反之东南、偏南大风时，若遇涨潮或退潮，则高、低潮时往往滞后。

参考文献

顾汉忠，施锋，2008.南通市条斑紫菜产业发展的现状和途径.海洋开发与管理，S1：84-86.

国家海洋信息中心，2010. 2011年潮汐表.北京：海洋出版社，1：367-369.

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国家海洋信息中心，2012. 2013年潮汐表.北京：海洋出版社，1：367-369.

何华春，邹欣庆，李海宇，2005.江苏岸外辐射沙脊群烂沙洋潮流通道稳定性研究.海洋科学，（1）：12-16.

侍茂崇，2005.物理海洋学.济南：山东教育出版社，1：60-120.

唐箭飞，2010.条斑紫菜养殖技术指要.水产养殖，31（12）：39-41.

吴德安，张忍顺，2004.江苏近岸高、低潮位变化规律探讨.海洋工程，22（4）：119-125.

（本文编辑：袁泽轶）

Research on high & low tide time error characteristics in the radial sand ridges area in North Jiangsu Province

WU Hui-ming，XU Chang-san，GAO Xin-xin，JI Hui-feng
（Nantong Marine Environmental Monitoring Center，SOA，Nantong 226002，China）

Abstract：Based on the real tide data from the ocean stations of the Yangkou Port in North Jiangsu Province from Jan. 2011 to Dec. 2013，this paper calculates the error characteristics of high &low tide，including error's monthly distribution，ahead and delay time between real tide and astronomical tide. The causes of high &low tide errors are also preliminarily discussed. The analysis indicates that the error's monthly distribution is obvious，and accords with the quasi-normal distribution. Affected by weather systems such as tropical cyclone，the maximum of ahead or delay time of high & low tide errors could exceed 1 hour，to which enough attention should be paid.

Keywords：radial sand ridges；Yangkou Port；high &low tide time；error analysis

中图分类号：P731.23

文献标识码：A

文章编号：1001-6932（2016）02-0163-07

Doi：10.11840/j.issn.1001-6392.2016.02.006

收稿日期：2015-03-13；

修订日期：2015-07-05

基金项目：江苏重点海域绿潮预测预报与漂移扩散模型研究及应用（MATHAB2014004）。

作者简介：邬惠明（1964-），男，高工，主要从事海洋防灾减灾研究。电子邮箱：whm@eastsea.gov.cn。

通讯作者：吉会峰，硕士研究生，助工。电子邮箱：zqjhf@163.com。