我国风暴潮特征分析以及路径对增水影响

周妍　于潭　李婷　叶苏文　崔利民

【摘 要】风暴潮作为海洋灾害的主力军，其伤害与受重视程度日趋突显。文中以1989-2014年国家海洋局《海洋灾害公报》中出现的风暴潮灾害事件为基础，统计25年内风暴潮其类型、时间、空间的特征：表明主要为台风风暴潮；台风风暴潮常发于夏秋季东、南海；然温带风暴潮集中于黄渤海；时间跨度大，8月集中。利用频谱分析风暴潮的周期变化，结果多种，以26年、6.5年、8.6年、3年最集中。将风暴潮发生次数与厄尔尼诺指数对比，厄尔尼诺现象对风暴潮强度和次数有一定程度的影响。并分析次数、经济损失和厄尔尼诺指数之间的关系，指出厄尔尼诺年份会存在次数记录较少，但损失惨重的情况。并简要讲述了路径的因素对台风增水的范围影响。

【关键词】风暴潮；厄尔尼诺；灾害损失；台风飓风；增水

中图分类号： P731.23 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）15-0176-007

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.15.082

Characteristics of storm surge in China and its influence on water supply

ZHOU Yan1，3 YU Tan1，2* LI Ting1 YE Su-wen1 CUI Li-min2

（1.College of Marine Sciences， Shanghai Ocean University， Shanghai 201306， China； 2.Key Laboratory of Space Ocean Remote Sensing and Application，Beijing 100081， China； 3.College of hydrology and meteorology， Nanjing University of Information Science & Technology，Nanjing 210044）

【Abstract】As the main force of the marine disaster， the storm surge is becoming more and more serious. In this paper 1989-2014 by the State Oceanic Administration "marine disaster bulletin" in the event of storm surge disaster based on statistical characteristics within 25 years of storm surge type， time and space that mainly for typhoon storm surge； typhoon storm surge often occurred in the summer of East and the South China Sea； but temperate storm surge in yellow Bohai； time span， August. Frequency spectrum analysis of storm surge cycle changes， the results of a variety of 26 years， 6.5 years， 8.6 years， the most concentrated in the past 3 years. Compared with El Nino index， El Nino has a certain degree of influence on the intensity and frequency of storm surge. The relationship between the number of times， the economic loss and the El Nino index is analyzed， and it is pointed out that the El Nino years will have a few times， but the situation of heavy losses. And briefly describes the path of the factors affecting the scope of typhoon water.

【Key words】Storm surges； El Nino； Disaster losses； Typhoon； Surge

0 引言

伴隨着人类社会的快速发展和陆上资源的锐减与枯竭，越来越多的人开始着眼于海洋的开发与利用。与此同时，海洋类灾害尤其是风暴潮灾害日趋突显。由风暴引起的海水平面高度的异常升降情况统称为风暴潮[1]。异常海平面升降极易导致沿海灾害发生。2000-2009年海洋灾害中80%为风暴潮灾害[2]，下图体现了风暴潮所引发的连锁破坏效应。

海平面水位值会导致越浪，即浪潮高于海岸堤防，海水越过堤防涌入内部，损毁堤防的同时易发生洪灾；暴力事件[5]；堰塞湖洪灾[6，7]；渔业上的直接和间接损失[8]、海洋水产养殖损失[9]；张网作业的影响[10]；浪潮对停靠海港的渔船[11]打击。风暴潮水动力也会改变岸滩形态[12]，例如淤积量明显增多[13]，或者蚀退海岸出沟壑状海岸地貌[14]。

而在2009年的工业产值配额中，沿海的工农业总产值占全国总产值的3/5 [15]，11省市人均地区生产总值高于全国[16]。如若沿海省市发生严重的风暴潮灾害，势必波及我国经济生产发展的趋势。以其中的我国经济中心——上海为例。上海浦东的洋山深水港国家航运中心的建设和启用意义对沿海经济不言而喻，一旦出现暴潮灾害，严重打击整个东海的航运业[17]。

风暴增水对于海堤、码头等海岸工程的影响具双向性。9711号风暴潮[18]、1117 “纳沙”风暴潮[19]冲毁多处沙坝，但风暴潮强度的提高，老数据估算的校核水位也失去准确性[20]，高潮增水数据被考虑进海岸建设中，堤防得以加固和扩高。

故在人口膨胀和沿海发展的巨大背景下，对于风暴潮的基本认识、准确的预报和及时的预警防范中国沿海持续性发展的重要一步。

新纪元后风暴潮的损害逐年递增[15， 21]，发生时间有延长[15]。空间上，江浙沿海引起高潮比平均高潮位高2.5-3.6m[22]；广东多集中于3个地带[23]；海南岛四面受灾各不相同，以最易受台风攻击的东、北部受灾最重[24]。

风暴潮强度多与以下几个因素有关（图2）：台风的因素，如强度、风、路径、移速、降雨和結构，发生风暴潮的时间、地理位置等[18， 25-44]。

为了对风暴潮做出精准的灾情预警、评估，给政府制定救灾决策提供依据[4，45]，风暴潮预估在近几十年发展迅速。预报、评估分为经验和数值两种[3，46]。评估又分危险性评估、风险、脆弱性评估、损失评估[47]几大类，多与3S技术相结合[47]。也出现了PL05和CL05 [48]两个结果不同的评估方法；区分广义、狭义评估的区别、对广义评估机制指标的设定[49]。

精准的预估需要更精确的模拟，国内外采用各种方式达到对风暴潮的最优化模拟。例如二维有限差分[50]模拟中国海的风暴潮；海面压力与风场的二维风暴潮波浪拟合[51]；三维风暴潮拟合[52]探究风暴潮变化与压力和风的关系；纳维斯托克方程控制的潮流拟合[53]；DHI MIKE 21（水动力模型）和ArcGIS（高程模拟地图）模型相结合[16， 54]模拟受灾范围；ADCIRC 环流预报模式[46， 55]；运用2种尺度模型对东海和上海地区的脆弱性评估和尺度效应研究[54]；沿海11个省市的SSVI脆弱性指数[16]模拟更大范围；堤防溃堤状态下的直接、间接经济情况[56]。

美国的SLOSH模拟器[46，57]常应用在风暴潮模拟上。1987年开始在中国潮灾中被使用[50]，并取得了一定的进展[58]。JMA（日本气象局）与WMO（世界气象组织）一同建设的网络平台信息淹没模拟（https：//tynwp-web.kishou.go.jp/），在13年菲律宾“海燕”台风风暴潮中首次使用[6]。

虽然预报发展快速，但其准确性依旧差异较大[38，59]。如上述提及的网络信息平台预测影响范围远小于实际的潮灾范围[7]。有研究指出，当出现2个以上的系统时，原始预测的偏差非常大[60]。所以，如何做到更准确的风暴潮预测，依旧是当今一个热门的话题和讨论。

1 数据资料和处理方法

1.1 经济、人员损失数据

国家海洋局在每年或者次年对全年度的海洋灾害进行数据统计，公报发表（下载浏览地址： http：//www.soa.gov.cn/zwgk/hygb/zghyzhgb/index.html，浏览于2016年2月19日）。 文中数据使用年份为1989-2014年。

但2004年公报缺失，取中国可持续发展信息网——《2004年海洋灾害公报》。（信息下载地址：http：//sdinfo.coi.gov.cn/hygb/hyzh/2004/2.htm ，浏览于2016年2月19日）。

1994、1996和2000年前台风名和序号编码、人员损失伤亡补充来源于台风论坛（http：//bbs.typhoon.gov.cn/，浏览于2016年4月5日）。

1.2 移动路径数据

浙江省水利信息管理中心管辖的台风路径实时发布系统，（http：//typhoon.zjwater.gov.cn/default.aspx，浏览于2016年2月23日）。路径的时间：2015年8月8日—8月10日、2015年9月28日—9月29日。可同期查看强度和气压数据。

日本气象厅台风路线图合集，（http：//www.data.jma.go.jp/fcd/yoho/typhoon/index.html，浏览于2016年4月9日）2015年，编号13和编号21。

1.3 风暴潮增水预警图

文中所用风暴潮预警示意图，主要来源于国家海洋预报台的官方微博（http：//weibo.com/nmefc？from=myfollow_all&is;_all=1）于2015年8月8日发布的1513“苏迪罗”风暴潮黄色警报图和2015年9月29日发布的1521号“杜鹃”风暴潮红色警报图。

1.4 厄尔尼诺指数

美国NOAA气候预测中心（CPC）每月海洋SST实时数值资料，ANOM代表修正值，大于0.5表征厄尔尼诺现象，小于-0.5为拉尼那现象。选择时间范围在1989-2014年，单月的SST和ANOM修正值。空间范围160°E—150°W，5°N—5°S的NINO4数据（下载地址：http：//www.cpc.ncep.noaa.gov/data/indices/ersst4.nino.mth.81-10.ascii，浏览于2016年4月15日）。

2 风暴潮的次生灾害特征及变化趋势

2.1 风暴潮发生类型、发生月份和常发地

2.1.1 风暴潮的主要类型

按照成因风暴潮主要分热、温带两大类。热带气旋，主要分为台风（飓风）与热带风暴引发的热带风暴潮，夏秋季，来势迅猛、破坏程度高[61]。温带风暴潮以温带气旋、强冷空气等为诱发原因，多发于春秋季，增水缓，幅度小，中纬沿海地区出现[61]。据1989-2014年的《海洋灾害公报》中有损失记录的风暴潮事件次数、经济损失情况（表1）

25年间，造成损失的温带风暴潮发生27起，热带风暴潮148起，热带风暴潮占总次数比为85%，温带风暴潮仅为15%。温带风暴潮的经济损失仅为68.03亿元，而热带风暴潮2991.56亿元，温带风暴潮的经济损失为热带的1/44。

据郭洪寿[15]的建议，依照水位与警戒水位等数据划分风暴潮等级，但因为潮位资料的缺失，我们直接采取以经济损失为准的评级来划分等级（表2）。将148起热带风暴潮事件分为轻、重、大、特大四个等级。

所以我国为风暴潮的多发国家，潮灾灾情严重，灾情事件中以热带风暴潮为主。

2.1.2 风暴潮发生月份

根据风暴潮潮灾类型的特征，结合148起热带风暴潮的发生时间（图4）：

一般夏季风暴潮次数多发， 8月发生次数最高，為43次，以此为中心次数向两边递减。催动热带风暴潮的主要天气系统（热带气旋系统），多发期正值6-10月。所以时间上符合变化规律。

注意4月和11月非夏季期的风暴潮记录。一为2008年发生的0801号“浣熊”风暴潮（经济损失7.27亿元），一为2013年发生的1330号“海燕”风暴潮（经济损失2.66亿元），二者均为近10年的风暴潮事件。要注意风暴潮发生时间的延展性。

2.1.3 风暴潮的常发地

以受灾省市划分（图5），闽、粤、浙三省份为第一集团，也是特大潮灾多发地带；海南、广西为第二集团；第三集团为江苏、上海和山东；第四集团为天津和辽宁。而潮灾集中在沿海地带的特点也表露无遗。

若将上述省份以海域简单划分（图6）。东海、南海为我国主要的受灾海域。热带潮灾发生次数比率分别为48%和44%。黄渤海热带潮灾发生的概率仅为8%。图3.5显示黄渤海不易发热带风暴潮，集中在温带风暴潮，而海域也是我国温带风暴潮集中地带。所以黄渤海要注意温带风暴潮灾害。

潮灾发生的区域特点和副热带高压对台风路径的影响有关。一般，夏季西太平洋副热带高压和东亚大槽的共同影响，台风多选择北上、西行的路径，途径我国东、南海，易在东海和南海发生风暴潮。

2.2 风暴潮变化特征

2.2.1 次数变化

因厄尔尼诺指数取值为1-12月。所以横坐标年份实际指的是该年份的开始，横坐标的间断实则代表全年的厄尔尼诺变化。图中的次数以年统计，为方便我们将坐标错开排列。

判断在1991-1992、1994-1995、1997、2002、2004-2005、2006、2009年可能为厄尔尼诺年。1989、1998-2000、2007-2008、2010年为拉尼那年。

风暴潮次数和厄尔尼诺曲线在1989-1993、1996-1998、2001-2004、2013年段呈反比。在1993-1994、1999-2000和2012-2013为正比对应。所以说厄尔尼诺现象与次数多反比，不排除正比变化。

厄尔尼诺后的第二年，风暴潮次数会增加，如1995、2005、2007年。但仅2007年为拉尼那年，前二者为厄尔尼诺后次年，增加是否与拉尼那现象相关并不得知。

2.2.2 经济损失变化

比较经济损失柱状图（图11）：1997和2005年为损失最高两年，分别为308亿元和329.83亿元；1991和1998年为灾害损失最少的两年，前者为15.08亿元，后者为11亿元。最小值和最大值的差额为318.83亿元。

将经济损失、风暴潮次数叠放在一起（图12）。1997年间仅2次风暴潮袭击，但损失最高。而1995年损失较小，却有10次热带风暴潮袭击。

在大部分年份风暴潮次数变化与经济损失走势正比关系，如2005、2008年次数波峰对应着经济损失波峰。但在1994-1998、1999-2001、2003-2004、2006-2007、2009-2010年风暴潮次数变化与经济损失为反比。结合厄尔尼诺变化曲线，经济损失的高值集中在几个厄尔尼诺年（1992、1994、1997、1999、2003、2006），或者厄尔尼诺年之后次年（2005、2008）。1997、2006年为明显厄尔尼诺年，受其影响有次数降低、经济损失增加的情况。但也有在2009厄尔尼诺年经济损失低的情况。

3 路径偏移对增水范围影响

由绪论可知，引起风暴潮破坏程度的因素有很多。利用SLOSH模拟器拟定的三条直行台风路径，在新奥尔良沿岸增水示意图（图13-15）课表明热带气旋的走势影响了一定范围的增水区别。

且注意一点，两次台风引起的风暴潮增水数值上差异不大，但是1513的预警级别小于1521（两台风二次登陆福建附近海域的中心最低气压均在970kPa附近）。根据风暴潮预警级别的判定，源于与警戒水位的差值。因为警戒水位的判定差异，从而导致预警级别的不同。所以，从时间尺度上考虑，不同时期，强度相似的台风风暴潮增水强迫程度也会不同。

4 结论

（1）我国是个风暴潮的常发国家，风暴潮多为热带风暴潮，50%以上概率为特大潮灾。

（2）时间上，热带风暴潮（特大）多发于夏季；空间，东、南海多热带风暴潮；黄渤海要注意温带风暴潮。

（3）由于资料限制，周期的波动范围非常大，难以确定实际频率。厄尔尼诺现象与风暴潮次数多反比，不排除正相关。厄尔尼诺后次年易出现风暴潮次数增加，但增加是否与拉尼那有关，不可知。

（4）经济损失与次数在厄尔尼诺年受影响，负相关变化显著。

（5）台风风暴潮发生的路径对增水范围有影响。时间尺度上的顺序影响了增水强度强迫级别。

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