“0601”號臺風控制下的廣東近岸浪特征

周水華，李遠芳,2，馮偉忠，吳迪生

（1. 國家海洋局南海預報中心，廣東 廣州 510300；2. 中國海洋大學環(huán)境工程學院，山東 青島 266003 ）

“0601”號臺風控制下的廣東近岸浪特征

周水華1，李遠芳1,2，馮偉忠1，吳迪生1

（1. 國家海洋局南海預報中心，廣東 廣州 510300；2. 中國海洋大學環(huán)境工程學院，山東 青島 266003 ）

利用0601號強臺風“珍珠”期間廣東省沿岸海洋站的波浪、風況等觀測資料，并采用SWAN(Simulating WAves Nearshore)波浪數學模型模擬了本次臺風期間災情最嚴重的汕頭—云澳海域的波況，分析了0601號臺風期間廣東省近岸的臺風浪特點。

臺風“珍珠”; 海浪; 海洋災害

1 臺風“珍珠”概況

0601號強臺風“珍珠”是2006年我國編號的首個熱帶氣旋，它于5月9日20時在西北太平洋貝勞群島附近由熱帶低壓發(fā)展成熱帶風暴，中心氣壓988 hPa，并以15 km/h的速度向WNW方向移動?！罢渲椤贝┻^菲律賓群島，于13日08時進入南海并加強為臺風，中心氣壓970 hPa，以20 km/h左右的速度繼續(xù)向WNW方向移動。從13日20時－15日02時“珍珠”以10 ～ 15 km/h的速度穩(wěn)定向正W方向移動，中心氣壓迅速下降，到15日02時中心氣壓為950 hPa，發(fā)展為強臺風等級。15日08時“珍珠”右轉90o，以15 km/h速度向偏N方向移動，強度維持在強臺風的等級，中心氣壓945 hPa，風力增大至45 m/s。17日02時，“珍珠”迅速向NNE方向移動，逐漸逼近粵東汕頭地區(qū)沿海，17日午夜到18日凌晨，惠東、揭陽、汕頭近海進入8級大風范圍內，并于18日凌晨2時15分在饒平縣、南澳島和汕頭澄海區(qū)交界的沿海地區(qū)登陸，登陸時中心氣壓960 hPa，臺風中心附近最大風速35 m/s，從進入南海到登陸前連續(xù)近5天中心風力都大于12級。珍珠登陸后，移速進一步加快，并沿福建省沿岸向NE而行，其中心經過廈門、泉州、莆田、福州，中心強度逐漸減弱，于18日17時，在福建省寧德附近減弱為低氣壓至消失。與以往的臺風相比較，“珍珠”具有路徑奇、強度強、范圍廣等顯著特點。圖 1為“珍珠”的路徑圖。

2 方 法

本文收集了“0601”臺風期間廣東省沿岸云澳、遮浪、珠海、大萬山、閘坡、硇洲以及珠江口大浮標在臺風期間的風、浪觀測資料，各海洋站的位置見圖1。另采用SWAN模式經三重嵌套模擬了受臺風災害最嚴重的汕頭－云澳海域的海浪場，結合風、浪觀測資料和臺風參數，綜合分析了臺風期間廣東省沿岸浪的特點。

SWAN模式是荷蘭發(fā)展的適用于海灣的第三代海浪模式，該模式在國內外已得到廣泛應用，在我國尹寶樹、徐福敏、李燕等人先后用 SWAN模式對渤海灣的臺風浪進行計算，如尹寶樹等根據渤海的實際情況對 SWAN模式中的風能增長模式進行改進[1]，徐福敏將WW3與SWAN模式的嵌套計算得到8114號臺風過程中長江口的臺風浪情況[2]。 沙文鈺等將該模式用于臺灣島鄰近海域、南海湛江港的臺風浪后報等[3,4]，關于SWAN模式的相關介紹見文獻[5]。本文海浪數值模擬采用大、中、小三重嵌套，大區(qū)計算區(qū)域為 99°－122°，0°－25°，空間分辨率為 6′ × 6′，中區(qū)計算區(qū)域為114°－122°，18°－25°，空間分辨率為 1′×1′，小區(qū)計算范圍為 116°30′－117°20′，23°05′－23°41′，空間分辨率為 0.2′×0.2′。中區(qū)和小區(qū)的計算范圍在圖 1有標識。海浪計算所需要的風場數據由采用改進的 Jelesnianski圓形風場計算得到，Jelesnianski圓形風場計算公式為：

圖1 0106號臺風“珍珠”路徑圖與波浪測站位置Fig.1 Path of the Typhoon ‘Pearl’ and wave observing station

3 模型計算驗證

為保證模式的計算結果可信，采用珠江口大浮標觀測的風速資料和云澳站的波浪觀測資料分別對風場計算結果和海浪計算結果進行驗證，驗證效果見圖2和圖3。計算值與觀測值基本接近，認為數值模擬的臺風浪場基本可代表“0601”號臺風期間的海浪情況。

4 結果分析

4.1 數值模擬結果分析

模擬顯示在大風的持續(xù)作用下，南海海面波高持續(xù)成長，以至在臺風中心大浪區(qū)出現10.0 m?? 注：若無特殊說明，本文浪高均指有效波高左右的狂浪，從14日臺風中心進入南海中部開始至18日凌晨臺風登陸，南海海域持續(xù)受到4.0 m以上巨浪影響。且隨著臺風中心北移，臺風大浪區(qū)也逐漸北移，圖4為SWAN模式后報的17日16時的南海北部浪場圖，該浪場圖顯示臺風中心到粵東海域后，中心浪高大于8.0 m，珠江口－云澳的粵東海面均出現3.0 m 以上大浪。臺風期間珠江口外浮標記錄到的最大有效波高近5.0 m，同時刻最大波高近8.0m。

隨著臺風中心北移，在涌浪和風浪的共同作用下，珠江口－云澳的粵東沿岸浪高逐漸增大，遮浪海洋站和云澳海洋站都觀測到到3.0 m以上的大浪。遮浪站最大波高7.5 m，且連續(xù)6小時有效波高大于4 m，形成災害性海浪過程。云澳站實測海浪小于遮浪站，最大波高為5.0 m，當地海洋站工作者推斷由于臺風中心在18日凌晨到達南澳島，云澳站17日晚間到18日凌晨的最大波高應達7.0 ～ 8.0 m，17日18時－18日3時云澳觀測站有效波高在4.0 m以上。圖5為SWAN模式后報的云澳海域17日16時的波浪場，該圖顯示南澳島近岸浪高4.0 ～ 5.0 m，南澳島南部30 m水深處浪高達7.0 m。從實測的波浪觀測值和臺風浪后報計算結果可以推斷，臺風‘珍珠’導致了粵東汕尾－汕頭－饒平一帶形成災害性海浪，巨浪給粵東沿岸造成嚴重海洋災害，尤以汕頭－饒平帶最為嚴重。到 18日凌晨臺風登陸后，中心風力銳減，海面波高隨之迅速回落，到18日8時云澳站實測有效波高僅為2.0 m。

從數模的總體結果來看，0601臺風期間廣東省沿岸具有浪大，持續(xù)時間長的特點，且浪高增長慢，減弱快。從空間分布來看，位于臺風8級大風圈內的珠江口和粵東海域浪高顯著大于粵西。

圖2 浮標站風速驗證效果圖Fig. 2 Wind velocity verification of Buyo

圖 3 云澳站浪高驗證效果圖 Fig. 3 Significance wave heigh verification of Yunao

圖4 SWAN模式后報的南海浪場圖（時間：2006-5-17 16：00）Fig. 4 Wave in the South China Sea simulated by SWAN (time： 2006-5-17 16：00)

圖5 SWAN模式后報云澳灣浪場圖（時間：2006-5-17 16：00）Fig. 5 Wave in Yun’ao coast simulated by SWAN(time： 2006-5-17 16：00)

4.2岸站實測資料分析

圖6為根據整個臺風過程收集到的各海洋站的波浪觀測資料繪制的周期與波高散點圖，該圖顯示云澳站和遮浪站的浪高明顯大于同周期下的其它站點的波高，而硇洲站的周期明顯大于同波高下的其它站點的周期。該特征顯示這次臺風過程中以硇洲站為代表的粵西海域主要受涌浪的影響，以云澳站和遮浪站為代表的粵東海域主要受風浪的影響，珠江口海域也以風浪為主。

波高與風速的散點圖顯示除硇洲站外，其它各站多數浪高隨著風速的增大而增大（見圖7），風速與浪高呈線性相關。以距離臺風中心最近的遮浪站和云澳站與風速的相關性最好，相關系數分別達到（見圖8）0.91和 0.88，為高度相關，其它各站相關性小于中度相關（圖略）。遮浪站和云澳站浪高與風速的相關關系表達式如下：

圖6 周期與波高散點圖Fig. 6 Scatter distribution of wave period and wave height

圖 7 風速與波高散點 Fig. 7 Scatter distribution of wind velocity and wave height

圖8 波高與風速相關分析圖Fig. 8 Correlation analysis of wind velocity and wave height

海洋站風浪相關性的差異不僅因海洋站與臺風的相對位置有關，還與波浪觀測場有關，遮浪站西北方向波浪受阻，當刮西北風時，表現為涌浪，其它各向都為風浪，開闊度好，0601臺風期間浪向集中E－W向，西北向浪少出現，觀測場對本次波浪觀測質量的影響不大，因此波浪與風速的相關性好。

云澳波浪觀測點位于外青山上，海拔高度為30.1 m，海浪觀測坐北朝南視野開闊，觀測區(qū)水深10 m左右，海岸均為石頭，海底為礁石沙地質；測點東南方約1 000 m外有一小島（官嶼），在測點南1 000 m以內多巖石和暗礁。因此與遮浪站相比，該站波浪觀測開闊度稍差，對來自北、東北至東南方向的風（涌）浪有一定影響，0601臺風期間云澳站多NE－S向浪，受觀測場的影響，波浪與風速的相關性稍差于遮浪站。

各海洋站波高與風速的相關性分析再次佐證了風浪與風速有良好的相關性，臺風期間，對于距離臺風中心較近的海域，可采用具備良好代表性測站的風速與浪高的經驗相關關系式進行浪高預報。

5 小 結

本文根據實測波浪資料和臺風浪的模擬結果，分析了 0601臺風期間廣東省沿岸的海浪特征，得到以下幾個結論：

（1）0601臺風具有強度大、路徑奇、影響范圍大的特點，在臺風影響下，廣東省沿岸具有浪大，持續(xù)時間長的特點，且浪高增長慢，減弱快。從空間分布來看，位于臺風8級大風圈內的珠江口和粵東海域浪高顯著大于粵西，導致粵東沿海出現不同程度的臺風浪災害，以汕頭－云澳海域最為嚴重。

（2）0601期間，粵西以涌浪為主，珠江口以風浪為主，粵東海域風浪性質最為明顯，臺風期，風浪浪高與風速的成線性相關，相關性良好，尤以距臺風中心最近的云澳站和遮浪站最明顯。

（3）臺風期間風浪的相關程度除受到波浪觀測場與臺風的相對位置影響之外，還受觀測場的開闊度等觀測條件限制，對受臺風風浪影響海域，可選擇具備良好代表性測站的風速與浪高的經驗相關關系式進行浪高預報。

[1] YIN Baoshu, YANG Dezhou, SHA Rina, et al. Improvement of different source function expressions in SWAN model for the Bohai Sea [J]. Progress in Natural Science, 2005, 15(8)： 720-724.

[2] Xu Fu-min, Perrie W, Zhang Jun-lun, et al. Simulation of Typhoon-Driven Waves in the Yangtze Estuary withMultiple-Nested Wave Models [J]. China Ocean Engineering, 2005, 19(4)： 613-624.

[3] 陳希, 沙文鈺, 閔錦忠. 臺灣島臨近海域臺風浪的模擬研究 [J]. 海洋預報, 2002, 19(4)： 1-10.

[4] 閔錦忠, 陳希, 沙文鈺. 湛江港臺風浪分布特征與抗風浪能力分析 [J]. 水動力學研究與進展, 2005, 20(4)： 518-526.

[5] Booij N, Haagsma IJ G, Holthuijsen L H, et al. SWAN Cycle III version 40.41 USER MANUAL [Z]. Delft University of Technology, 2005.

Wave characteristics dominated by typhoon named ‘Pearl’

ZHOU Shui-hua1, LI Yuan-fang1,2, FENG Wei-zhong1, WU Di-sheng1

(1. Sea Forecasting Center of South China Sea, SOA , Guangzhou 510300, China;2. College of Environmental Science and Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266003, China)

Observation data such as waves, winds, typhoon parameters and so on are collected, and SWAN (Simulating WAves Nearshore) wave mathematical model is used to simulate wave field in Shantou-Yun’ao coast sea which suffered the most from ‘Pearl’. By analyzing the wave model simulation output and observation data of wave feature dominated by ‘Pearl’ is understood.

typhoon ‘Pearl’; sea wave; oceanic disaster

P736.22+1

A

1001-6932(2010)02-0130-05

2008-11-19；

2009-11-09

國家海洋局青年海洋科學基金（2008226）

周水華（1979－），女，湖南耒陽人，工程師，物理海洋學碩士，主要從事海洋環(huán)境數值預報研究工作，電子郵箱：shhzhou@126.com