中国近海2022年灾害性海浪分析及2023年预测

吴淑萍，王娟娟,3*，邢闯，李本霞

（1.国家海洋环境预报中心，北京100081；2.国家海洋环境预报中心自然资源部海洋灾害预报技术重点实验室，北京100081；3.河海大学海岸灾害及防护教育部重点实验室，江苏南京210098）

0 引言

海浪灾害是海洋灾害的重要组成部分，是各种海洋灾害中导致人员死亡或失踪的最主要致灾因素，是各种涉海工程设计、施工和运维工作必须考虑的动力因素，是中国海洋安全与保障工作必须面对的自然灾害。

我国是海洋大国，同时也是海洋灾害损失巨大的沿海国家。根据《中国海洋灾害公报》的数据，2000—2022 年我国海洋灾害导致的人员死亡（含失踪）共2 814 人，其中由于海浪灾害造成的为1 917人，占比68.1%[1]，可见海浪灾害在我国海洋灾害中对民众生命安全的威胁最大。近年来，多项研究集中对我国东海、南海、黄海、渤海等近海海域的海浪特征、变化趋势及影响因素等方面进行了深入研究，其中，运用遥感、数字模型、观测台站等手段开展了精细化海浪观测和数值模拟工作，并对比分析了历史灾害海浪特征，为近海海浪灾害预报和防灾减灾提供了有效支撑。我国近海的灾害性海浪主要分为冷空气浪和气旋浪、台风浪[2]。本文采用欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）的全球气候第五代大气再分析资料ERA5（Fifth Generation ECMWF Atmospheric Reanalysis）以及基于《中国海洋灾害公报》的统计数据进行分析，开展中国近海2022 年灾害性海浪分析及2023年预测。

1 数据和方法

采用ERA5 再分析资料[3]进行中国近海的灾害性海浪分析。ERA5 是由ECMWF 开发的再分析产品的最新版本，ECMWF 是一个包括34 个国家支持的国际性组织，是当今全球一流的国际性天气海洋预报研究和业务机构。ERA5 取代了先前成功的ERA40 和ERA-Interim 再分析资料，逐小时同化了大量的高度计观测有效波高（Hs），目前已经在国际上得到广泛使用和认可，其海浪有效波高资料的精度也已经得到了充分有效的验证[4]。ERA5 可以提供1940年以来全球大气、陆地表面和海浪的全面高分辨率再分析资料。目前官网可下载的海浪产品的水平分辨率为0.5°，风速产品为0.25°，时间分辨率为1 h。

灾害性海浪过程和天数的提取方法按照Hs ≥4 m 的阈值进行。对每个空间网格点的逐时有效波高资料，在同一个天气系统影响下，Hs ≥4 m出现至少一个时次，即定义为一次灾害性海浪过程；当天Hs ≥4 m 出现至少一个时次，即累积一次灾害性海浪天数。

下文中提到的多年指1979—2022 年，常年指1991—2020年。

海浪灾害资料主要参考历年的《中国海洋灾害公报》中关于海浪导致的死亡（含失踪）人数和直接经济损失的数据。

2 2022年中国近海灾害性海浪概况

表1 为近10 a 及多年平均和常年平均的中国近海灾害性海浪过程次数统计结果。2022 年我国近海海域共发生灾害性海浪过程36次，其中台风浪12次，冷空气浪和气旋浪24 次；灾害性海浪过程次数与近10 a（37.1 次）持平，但少于多年平均值42 次和常年平均值40次。

表1 近10 a灾害性海浪过程次数统计表Tab.1 Statistical table of the number of disastrous wave processes in the last 10 years

表2 为近10 a及多年平均和常年平均的中国近海灾害性海浪过程出现天数统计结果。2022 年我国近海的灾害性海浪累计出现天数为207 d，为近5 a 来最多，且多于多年平均值（190 d）和常年平均值（195 d）。灾害性冷空气浪和气旋浪出现了139 d，占总数的67 %，显著多于多年平均值（101 d）和常年平均值（103 d），灾害性台风浪出现了68 d，显著低于多年平均值（89 d）和常年平均值（92 d）。

表2 近10 a灾害性海浪累计出现天数统计表Tab.2 Statistical table of accumulated occurrence days of disastrous waves in the last 10 years

2022年中国近海的灾害性海浪有如下特点：

①总体特征

表3为近10 a及多年平均和常年平均的各海区灾害性海浪出现天数的统计情况。总体来看，2022年我国近海各海区灾害性海浪累计出现天数多于多年平均值或与之持平，其中灾害性冷空气浪和气旋浪累计出现天数明显多于多年平均值，灾害性台风浪累计出现天数为近10 a 最少，且明显少于多年平均值。

表3 近10 a我国近海各海区灾害性海浪出现天数Tab.3 Number of occurrence days of disastrous waves in various coastal areas of China in the last 10 years

②灾害性海浪过程次数偏少

2022年我国近海灾害性海浪过程为36次，较常年偏少4 次，与近10 a（37.1 次）持平，这主要是由于灾害性台风浪偏少（12 次，较近10 a 平均偏少3 次）导致，冷空气和气旋浪次数持平（24次）。

③灾害性海浪出现天数偏多

2022 年各海区灾害性海浪累计出现天数为207 d，明显多于多年平均值，尤其在台湾海峡的累计出现天数较多年平均值偏多17%左右、黄海偏多21%左右、东海偏多9%左右。与常年平均值相比，黄海大部偏多4～6 d，东海南部、台湾海峡偏多8～10 d，南海北部、中部偏多7～9 d（见图1）。

图1 中国近海Hs ≥4 m海浪出现天数的常年平均（a）、2022年Hs ≥4 m出现天数（b）及其与常年平均的距平（c）Fig.1 Annual average number of occurrence days of waves with Hs ≥4 m in China offshore waters(a)，number of occurrence days with Hs ≥4 m in 2022(b)and their deviation(c)

2022年各海区冷空气浪和气旋浪的累计出现天数多于常年和多年均值。与2021年相比，2022年渤海冷空气浪和气旋浪的出现天数偏少，而黄海、东海、台湾海峡的天数则偏多。2022年各海区台风浪累计出现天数呈减少的趋势，比2021年少6 d，比2020年少22 d。与2021 年相比，2022 年台湾海峡台风浪出现天数偏多，渤海、黄海、南海基本持平，东海偏少。

④东海、台湾海峡和南海的海浪影响严重

图2 是基于ERA5 海浪再分析数据产品得到的中国近海Hs 年极值的常年平均、2022 年最大值及其与常年平均的距平。总体来看，东海、南海北部的年极值波高明显大于其他海域，其次是台湾海峡，渤海和黄海北部的Hs 年极值最小。2022年Hs 年极值分布类似，东海和南海北部最大，其次是台湾海峡，而且南海北部波高年极值增强明显。从图2c可以看出，与常年相比，2022 年Hs 年极值距平为渤海偏大0.5～0.7 m，东海北部、中部、南海北部偏大1～1.5 m，台湾海峡偏大1.0 m左右。

图2 中国近海Hs年极值的常年平均（a）、2022年极值（b）及其与常年平均的距平（c）Fig.2 Annual average(a)and 2022 maximum(b)of Hs in China offshore waters and their deviation(c)

从Hs 年极值和灾害性海浪过程出现天数、次数的综合分析来看，灾害性海浪过程对台湾海峡影响最严重（天数最多、强度较大），其次为东海、南海，对渤海的影响最小（天数最少，强度最小）。

⑤灾害性台风浪过程偏少

2022年中国近海的灾害性台风浪过程为12次，较常年偏少3 次，各海区灾害性台风浪累计出现天数为68 d，总体呈减少的趋势，为近10 a最少。尤其在东海，2022 年影响东海的灾害性台风浪累计天数为18 d，明显少于2020 年、2021 年和多年平均天数；影响东海、台湾海峡和南海的灾害性台风浪累计天数均少于多年平均值（见表3）。

3 2022年中国近海海浪灾情概况

2022 年沿海各省（自治区、直辖市）海浪灾害损失及主要海浪灾害过程和损失见表4、表5。2022年海浪灾害发生次数（5 次）为近10 a 最少。海浪灾害造成直接经济损失2 411.77万元，损失偏轻，较近10 a 平均（9 321.11 万元）少74%；死亡（含失踪）9人，较近10 a 平均（38 人）偏少76%。海浪灾害直接经济损失最多的省（自治区、直辖市）为浙江，直接经济损失达1 146.00 万元，占沿海海浪灾害总直接经济损失的48%；死亡（含失踪）人数最多的省（自治区、直辖市）为福建，死亡（含失踪）6 人，占沿海海浪灾害总死亡（含失踪）人数的67%。2022 年东海由于11 号超强台风“轩岚诺”的台风浪过程造成直接经济损失1 686.00 万元，约占全主要年海浪致损的70%。

表4 2022年沿海各省（自治区、直辖市）海浪灾害损失统计（引自《2022中国海洋灾害公报》）Tab.4 Statistics on losses caused by wave disasters in coastal provinces(autonomous regions,municipalities directly under the central government)in 2022(cite from“2022 Bulletin of China marine disaster”)

3 2022年灾害性海浪预测检验

表6、表7 为2022 年灾害性海浪过程出现次数和天数的预测结果与实况的对比。从表中可以看出，中国近海灾害性冷空气浪和气旋浪的出现次数与预测基本一致，但灾害性台风浪过程的预测次数明显偏多，这主要是由于2022 年的厄尔尼诺-南方涛动（El Niño-Southern Oscillation，ENSO）和热带气旋预测结论导致的。

表6 2022年灾害性海浪过程出现次数的预测检验Tab.6 Prediction and validation of the frequency of disastrous wave processes in 2022

表7 2022年各海区灾害性海浪过程出现天数的预测检验Tab.7 Prediction and validation of the number of occurrence days of disastrous wave processes in various seas in 2022

渤海、东海、南海灾害性海浪的出现天数预测值与实况相比明显偏多，黄海、台湾海峡灾害性海浪的出现天数预测值与实况相比偏少。

4 2023年灾害性海浪预测

4.1 预测依据

4.1.1 中国近海灾害性海浪发生次数的年际变化

图3 为中国近海1968—2022 年灾害性海浪过程发生次数的年际变化图，多年平均值为42 次，其中灾害性冷空气浪和气旋浪过程为27次，灾害性台风浪过程为15次。

图3 中国近海灾害性海浪过程出现次数的年际变化Fig.3 The interannual variation of the occurrence frequency of disastrous wave processes in China offshore waters

从资料分析可见，中国近海灾害性冷空气浪和气旋浪出现次数有明显的年际变化特征[5-8]。目前，中国近海灾害性冷空气和气旋浪处于活动偏弱时期，自2007 年以来的发生次数均小于多年平均值（26 次），2017 年到达低谷后，最近几年呈现平稳上升趋势。结合2022年的资料分析，灾害性冷空气浪和气旋浪出现次数处于平稳期，预计2023年我国近海灾害性冷空气和气旋浪次数与2022年持平，较常年（25次）偏少1次。

由图3 也可以看出，灾害性台风浪出现次数的年代际变化呈现出较好的周期性。从有记录以来灾害性台风浪基本维持5 a 左右的变化周期，从2010 年至今其变化周期有增大的趋势[9-11]，2021 年基本达到5 a 震荡周期的波谷处。根据变化规律预测，2023 年中国近海灾害性台风浪的出现次数比2022年将有所增加。

采用线性回归方法对2023年中国近海灾害性海浪过程出现次数、灾害性台风浪过程出现次数以及冷空气浪和气旋浪过程出现次数进行预测，预测结果显示灾害性海浪过程将出现39次，灾害性台风浪过程将出现15次，冷空气浪和气旋浪过程将出现24次。

（2）中国近海灾害性海浪出现天数的年际变化

图4为中国近海灾害性海浪出现天数的年际变化图。总体来看，中国近海灾害性海浪累计出现天数呈上升趋势。根据其变化趋势分析[12-13]，预计2023 年中国近海各海区灾害性海浪的出现天数比2022年将有所增加。

图4 中国近海灾害性海浪累计出现天数的年际变化Fig.4 The interannual variation of the number of the occurrence days of disastrous waves in China offshore waters

4.1.2 气候相似年分析

气候相似年分析对中国近海灾害性海浪尤其是灾害性台风浪过程的预测具有重要的指导意义。根据多年的气候资料分析，2023 年海温场特征相似年为2006 年、2009年、2012年、2018 年，其灾害性海浪过程出现次数统计见表8，出现天数统计见表9，相似年合成和2022 年距平的空间分布图见图5。综合可以看出，相似年灾害性台风浪的出现次数平均为17 次，较常年略偏多2 次，较2022 年偏多5 次，灾害性冷空气浪和气旋浪相似年平均为24次，较常年偏少1 次，与2022 年持平；相似年各海区灾害性海浪过程的出现天数均较常年偏多2～5 d。

图5 灾害性海浪出现天数的相似年平均（a）和2022年距平空间分布图（b）Fig.5 The similar annual mean distribution(a)and the deviation of 2022(b)of occurrence days of disastrous waves

表8 相似年灾害性海浪的出现次数Tab.8 Occurrence frequency of disastrous waves in similar years

表9 不同海区相似年灾害性海浪的出现天数Tab.9 Occurrence days of disastrous waves in similar years in various coastal areas

4.2 预测结果

根据中国近海灾害性海浪过程的年际变化特征及相似年分析、西北太平洋热带气旋分析及预测，结合采用线性回归方法的趋势预测结果，预计2023年中国近海将出现灾害性海浪过程39～42次，较2022 年增多，较常年略偏多。这其中，灾害性台风浪过程15～18 次，主要发生在东海、台湾海峡和南海，较常年略偏多，上海、长江口以北近海海域将发生1～2次灾害性台风浪过程；灾害性冷空气浪和气旋浪过程23～25次，与常年持平，主要影响渤海、黄海、东海、台湾海峡和南海。各海区灾害性海浪出现天数预测见表10。

表10 2023年各海区灾害性海浪出现天数预测Tab.10 Prediction of the number of occurrence days of disastrous waves in various seas in 2023

5 总结

通过本文的分析，得到结论如下：

①2022 年我国近海海域灾害性海浪过程出现次数偏少，主要由于灾害性台风浪偏少导致，冷空气和气旋浪次数与常年持平。

②2022 年，海浪灾害造成的直接经济损失总体偏轻，显著低于近10 a的平均值，直接经济损失为近10 a 平均值的26%，死亡（含失踪）人数为近10 a 平均值的53%。

③2022 年中国近海灾害性冷空气浪和气旋浪的出现次数预测与实况一致，但灾害性台风浪过程的预测次数明显偏多。

④根据灾害性海浪的年际变化规律及2023 年的气候预测，结合采用线性回归方法的趋势预测结果，预计2023 年中国近海将出现灾害性海浪过程39～42次，较2022年增多，较常年略偏多，其中灾害性台风浪过程15～18 次，主要发生在东海、台湾海峡和南海，较常年略偏多，灾害性冷空气浪和气旋浪过程23～25次，与常年持平。