新核定風(fēng)暴潮警戒潮位的篩選及適用性研究

付 翔，車助鎂，丁 俊，李明杰，李 濤

新核定風(fēng)暴潮警戒潮位的篩選及適用性研究

付 翔1，車助鎂2，丁 俊2，李明杰1，李 濤1

（1.國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心，北京100081；2.浙江省海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中心，浙江杭州310007）

提出了一套風(fēng)暴潮新核定警戒潮位值的預(yù)警報(bào)應(yīng)用方法，并以浙江省為例，從國(guó)家中心的角度分析選取了預(yù)警報(bào)發(fā)布站及其發(fā)報(bào)警戒值，為沿海新警戒潮位值的預(yù)警報(bào)應(yīng)用提供借鑒。關(guān)鍵詞：風(fēng)暴潮；警戒潮位；預(yù)報(bào)應(yīng)用

1 引言

風(fēng)暴潮災(zāi)害歷來(lái)是海洋災(zāi)害之首，而風(fēng)暴潮預(yù)警報(bào)則為減輕風(fēng)暴潮災(zāi)害損失提供了決策依據(jù)。我國(guó)自1974年正式發(fā)布風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)以來(lái)，多次依靠準(zhǔn)確的預(yù)警預(yù)報(bào)，大大減輕了風(fēng)暴潮所造成的危害[1]。

我國(guó)的風(fēng)暴潮預(yù)警報(bào)是以警戒潮位為預(yù)報(bào)標(biāo)尺，當(dāng)高潮位達(dá)到或超過(guò)當(dāng)?shù)鼐涑蔽坏闹担ㄕf(shuō)明防護(hù)區(qū)沿岸可能出現(xiàn)險(xiǎn)情和潮災(zāi)，需進(jìn)入戒備或救災(zāi)狀態(tài)[2]），即發(fā)布相應(yīng)的風(fēng)暴潮預(yù)警報(bào)。2012年新的《警戒潮位核定規(guī)范》（GB/T 17839—2011）頒布實(shí)施，沿海各省市都陸續(xù)開展了新警戒潮位的核定工作。新國(guó)標(biāo)采用四色警戒核定方法，與《風(fēng)暴潮、海浪、海嘯和海冰災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案》的四色預(yù)警相適應(yīng)，為發(fā)布風(fēng)暴潮預(yù)警預(yù)報(bào)、指導(dǎo)防災(zāi)減災(zāi)提供更為科學(xué)的決策依據(jù)（《浙江省沿海警戒潮位核定技術(shù)總報(bào)告》）。從各省的核定結(jié)果來(lái)看，新警戒潮位值不僅延伸為四色值，且隨著近年海洋事業(yè)的興起，眾多臨海功能區(qū)和沿?；A(chǔ)設(shè)施相繼建成完善，新的核定岸段劃分也更為細(xì)致，給預(yù)警預(yù)報(bào)帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。新警戒潮位核定值啟用后，盡快在風(fēng)暴潮預(yù)警預(yù)報(bào)中得到應(yīng)用，是適應(yīng)沿海防災(zāi)減災(zāi)新形勢(shì)的重要需求。下面以浙江省為例，從國(guó)家預(yù)報(bào)中心的角度探討新警戒潮位值的適用方法。

2 新警戒潮位的適用步驟及原則

（1）選取預(yù)報(bào)站點(diǎn)。在風(fēng)暴潮預(yù)警中，水位數(shù)據(jù)是預(yù)報(bào)基礎(chǔ)，一是需要水位數(shù)據(jù)通過(guò)調(diào)和分析得到較為準(zhǔn)確的天文潮預(yù)報(bào)，二是在預(yù)警過(guò)程中，通過(guò)參考前期增水變化情況，可修正預(yù)報(bào)值，提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。因此要發(fā)布風(fēng)暴潮預(yù)警報(bào)，首先應(yīng)選取能獲取水位數(shù)據(jù)的站點(diǎn)。另外，由于核定岸段劃分細(xì)致，如浙江沿海核定了52個(gè)岸段，數(shù)量眾多，作為國(guó)家預(yù)報(bào)臺(tái)，無(wú)法逐個(gè)岸段進(jìn)行預(yù)報(bào)，因此，即使警戒潮位值是以岸段為核定單元，但國(guó)家預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)暴潮預(yù)警報(bào)仍然按站點(diǎn)來(lái)進(jìn)行預(yù)報(bào)發(fā)布。從核定岸段的代表潮位站中選取發(fā)布預(yù)報(bào)站點(diǎn)的選取原則為：1）站點(diǎn)數(shù)據(jù)獲取方便；2）站點(diǎn)間隔相對(duì)均勻，盡量覆蓋每個(gè)地級(jí)市；3）災(zāi)害嚴(yán)重的岸段需有代表站，如溫州市的溫州、瑞安、鰲江站，雖然距離不遠(yuǎn)，但各自代表的3個(gè)河口均是風(fēng)暴潮災(zāi)害非常嚴(yán)重的岸段；4）在原發(fā)報(bào)站的基礎(chǔ)上增加或替換站點(diǎn)，因?yàn)槟壳鞍l(fā)報(bào)的站點(diǎn)在代表性上經(jīng)過(guò)了多年檢驗(yàn)，能夠代表一定區(qū)域沿岸的風(fēng)暴增水特性，同時(shí)又兼顧了預(yù)報(bào)工作量。

（2）確定站點(diǎn)的警戒值。在核定岸段劃分細(xì)致的情況下，沿岸潮位站與核定岸段不一定一一對(duì)應(yīng)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)站代表了多個(gè)岸段，對(duì)應(yīng)多個(gè)警戒值的情況，因此需要確定發(fā)報(bào)站的發(fā)報(bào)警戒值，即發(fā)報(bào)時(shí)主要針對(duì)的岸段。發(fā)報(bào)警戒值的確定遵循以下原則：1）優(yōu)先考慮站點(diǎn)所在岸段的警戒值，特別是站點(diǎn)所在岸段與周邊岸段增水特征有較大差異的情況下；2）綜合考慮周邊岸段的情況及站點(diǎn)對(duì)周邊岸段的代表性；3）根據(jù)以往發(fā)布警報(bào)的經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮天文潮、區(qū)域增水特點(diǎn)、災(zāi)害程度等因素。

3 站點(diǎn)選取

浙江省海岸線曲折綿長(zhǎng)，港灣、島嶼眾多，目前發(fā)布風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)的站點(diǎn)有11個(gè)，主要分布于杭州灣口兩岸和各大江江口，其中一半以上為水利部下屬潮位站（見表1，其中水利部溫州站未參與本次警戒潮位核定）。按照分布間隔均勻的原則，考慮站點(diǎn)對(duì)岸段的代表性，在目前發(fā)報(bào)站之外，杭州灣內(nèi)應(yīng)增加1～2個(gè)站點(diǎn)，象山港和樂(lè)清灣底應(yīng)各增加1個(gè)站點(diǎn)，舟山群島外海島嶼應(yīng)增加1個(gè)站點(diǎn)（見圖1）。

圖1 浙江省沿海警戒潮位及代表站圖

根據(jù)《浙江省沿海警戒潮位核定技術(shù)總報(bào)告》（以下簡(jiǎn)稱《核定報(bào)告》），本次核定選用了33個(gè)代表站（見表1），從中分析可增加的預(yù)報(bào)站。首先考慮預(yù)報(bào)基礎(chǔ)即數(shù)據(jù)獲取情況。表中海洋局站點(diǎn)均能夠獲取數(shù)據(jù)，企業(yè)站和臨時(shí)站均無(wú)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，水利部潮位站有部分站可通過(guò)水利部網(wǎng)站獲取數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)質(zhì)量不穩(wěn)定且無(wú)高低潮數(shù)據(jù)。除去無(wú)數(shù)據(jù)支持的站，杭州灣內(nèi)有鹽官站和閘口站可選，象山港內(nèi)有烏沙山站可選，樂(lè)清灣底暫時(shí)無(wú)站可用，等白沙島自動(dòng)站建成后再做評(píng)估，舟山群島外海有嵊山站、小衢山站和岱山站可選（見圖1）。

表1 浙江沿海警戒潮位核定代表站（摘自《核定報(bào)告》）

3.1 杭州灣

紹興市沿?？拷X塘江河口段與潮流段交界，是風(fēng)暴增水易堆積區(qū)，應(yīng)增加一個(gè)預(yù)報(bào)站，但曹娥江口站無(wú)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，因此無(wú)法加為預(yù)報(bào)站。同時(shí)據(jù)了解杭州灣南岸多淤積，普遍測(cè)不到低潮（徐家浦站也如是），暫時(shí)也不會(huì)新建站，因此除鎮(zhèn)海站外杭州灣南岸仍然為預(yù)報(bào)空白區(qū)。

錢塘江河口的口外濱海段的水動(dòng)力環(huán)境主要受潮汐的控制，而鹽官站和閘口站已位于錢塘江河口段[3]，受徑流影響較大。風(fēng)暴潮進(jìn)入杭州灣以后，傳播規(guī)律與天文潮相似[4]。圖2為摘自《核定報(bào)告》的乍浦、鹽官、閘口站的同期潮位曲線圖，由圖可看出，乍浦站還呈顯著的正弦波潮汐曲線，鹽官站已呈現(xiàn)鋸齒狀波形，到閘口站，受地形和徑流影響，潮波曲線變形嚴(yán)重，已不是典型的感潮河段，且從閘口站始，沿江上游各站點(diǎn)的水位歷史最高記錄均為洪水造成[4]，因此閘口站不適合作為風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)站。

給出鹽官站夏季和冬季一個(gè)月的水位曲線（見圖3），可看出該站低潮不退。分別將澉浦、鎮(zhèn)海、鹽官站同期整年潮位數(shù)據(jù)經(jīng)質(zhì)量控制后進(jìn)行1a資料的調(diào)和分析，3站均方差分別為22.3、15.1和27.4，可見鹽官站潮位數(shù)據(jù)震蕩較大。利用分析出的調(diào)和常數(shù)進(jìn)行潮汐預(yù)報(bào)，再與實(shí)測(cè)潮位數(shù)據(jù)相減，得到3個(gè)站的余水位。從3站對(duì)比來(lái)看，鹽官站和澉浦站會(huì)經(jīng)常有較大的增水減水現(xiàn)象，即使在無(wú)天氣過(guò)程影響、近海無(wú)風(fēng)暴潮（鎮(zhèn)海站無(wú)明顯增減水）的情況下，兩站也有無(wú)規(guī)律、較明顯的增減水（見圖4）。

圖2 乍浦、鹽官、閘口同期潮位曲線

圖3 鹽官站2015年潮位曲線

圖4 鎮(zhèn)海、澉浦、鹽官站2014年1月15—20日余水位曲線

圖5 臺(tái)風(fēng)路徑圖

從風(fēng)暴潮過(guò)程看，近幾年浙江遭受了3次顯著臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮過(guò)程，分別為1211號(hào)“?？薄?416號(hào)“鳳凰”和1509號(hào)“燦鴻”臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮過(guò)程。1416號(hào)“鳳凰”和1509號(hào)“燦鴻”路徑相似，本文選取強(qiáng)度較大的燦鴻風(fēng)暴潮過(guò)程進(jìn)行分析。圖5為1211號(hào)和1509號(hào)臺(tái)風(fēng)路徑圖。1211號(hào)“?？钡顷憣幒？h，鹽官站增水明顯不如乍浦和澉浦站規(guī)律，增水峰總是突兀的拉升，幅度達(dá)1 m甚至2 m以上，且增水峰值與兩站相比，也時(shí)高時(shí)低。1509號(hào)“燦鴻”登陸舟山后轉(zhuǎn)向，鹽官站增水同樣在1 h內(nèi)突然拉升到峰值，且峰值有時(shí)高于乍浦和澉浦站，有時(shí)在兩站中間，有時(shí)低于兩站。錢塘江河口是游蕩型河口，自然狀態(tài)下，河床大幅沖淤，河槽頻繁擺動(dòng)，會(huì)對(duì)沿岸潮勢(shì)和水位產(chǎn)生影響[5]。鹽官站這樣不規(guī)律的增水，以及低潮不落的情況，說(shuō)明其受地形和徑流的影響顯著，因此不推薦鹽官站作為預(yù)報(bào)站考慮。

3.2 象山港

圖6 鎮(zhèn)海、澉浦、鹽官站臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮曲線

圖7 烏沙山站2015年潮位曲線

象山港內(nèi)烏沙山站為海洋局2008年新建的潮位站，目前數(shù)據(jù)穩(wěn)定（見圖7）。從1211號(hào)“海葵”和1509號(hào)“燦鴻”風(fēng)暴潮過(guò)程來(lái)看（見圖8），烏沙山增水與石浦站較為同步，增水峰高于石浦站，時(shí)間滯后2 h左右，符合灣內(nèi)站增水特征。因此烏沙山站推薦為新增預(yù)報(bào)站。

3.3 舟山群島外海島嶼

舟山群島外海嵊山站、小衢山站和岱山站均建站多年，其中嵊山站已建站20 a，數(shù)據(jù)質(zhì)量穩(wěn)定（圖略）。從位置看，嵊山站位于東北端，小衢山站位于中部，正對(duì)杭州灣口，岱山站位于西南靠近舟山本島。從1211號(hào)“?？焙?509號(hào)“燦鴻”風(fēng)暴潮過(guò)程看（見圖9），岱山和小衢山有明顯的增水峰值，且步調(diào)基本一致，但嵊山站卻呈現(xiàn)一個(gè)平緩的震蕩增水過(guò)程。考慮岱山站與舟山本島站位置相近，而嵊山站對(duì)近岸海域增水特征的代表性不足，且嵊山海域波浪大，消波差[6]，因此推薦小衢山站為新增預(yù)報(bào)站。

3.4 替換發(fā)報(bào)站

本次警戒潮位核定，原發(fā)布預(yù)警報(bào)的水利部溫州站未被選為代表站，而是用水利部龍灣站為代表核定計(jì)算甌江口兩岸的警戒潮位。但水利部龍灣站無(wú)法獲取水位數(shù)據(jù)，而洞頭站又離災(zāi)害嚴(yán)重的溫州市區(qū)和甌江口較遠(yuǎn)，因此，需等龍灣海洋站建成觀測(cè)后，依托龍灣海洋站發(fā)布預(yù)警報(bào)。

考慮到數(shù)據(jù)獲取及時(shí)及完整性等因素，建議用健跳海洋站和舟山海洋站替換原發(fā)布預(yù)警報(bào)的健跳水文站和定海水文站（兩站位置見圖10）。健跳海洋站與健跳水文站同位于健跳港內(nèi)，兩站相距3 km左右，潮汐性質(zhì)相似，靠近港口的水文站潮差略小，海平面略低，兩站2016年天文高潮值一致（見表2），且增水過(guò)程也十分一致（見圖11），適宜替換。

圖8 石浦、烏沙山站臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮曲線

圖9 岱山、小衢山、嵊山站臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮曲線

圖10 替換站位置圖

定海水文站和舟山海洋站相距約25 km，潮汐性質(zhì)介于正規(guī)半日潮和不正規(guī)半日潮之間，舟山海洋站海平面較低，潮差較大，高潮位較高。從兩站的位置來(lái)看，定海站面對(duì)寧波穿山半島，四周大小島嶼星羅棋布，水道交錯(cuò)，地形復(fù)雜，受沿岸流影響大，周圍海域水體因天氣系統(tǒng)造成的變化通過(guò)水道反映至潮位站，其位置易形成水位堆積[6]，主要代表舟山港域航道的水位變化情況，附近位于水道交匯處的鎮(zhèn)海站也可兼顧代表；而舟山站面朝開闊外海，增水較定海站小且更為平緩（見圖12），在風(fēng)暴潮過(guò)程中可代表整個(gè)舟山本島區(qū)域的增水。

表2 健跳海洋站和水文站潮汐特征值對(duì)比

圖11 健跳海洋站和水文站臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮曲線

表3 舟山海洋站和定海水文站潮汐特征值對(duì)比

圖12 舟山、定海站臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮曲線

4 警戒值的確認(rèn)

前文確定了浙江省沿海13個(gè)發(fā)布風(fēng)暴潮預(yù)警報(bào)的站點(diǎn)，根據(jù)《核定報(bào)告》，部分站點(diǎn)對(duì)應(yīng)代表多個(gè)不同警戒值的岸段，需要確定一個(gè)主要預(yù)報(bào)岸段，用其警戒值作為發(fā)報(bào)站的警戒值發(fā)布預(yù)警報(bào)。表4是摘自《核定報(bào)告》的選定發(fā)報(bào)站代表岸段的核定警戒值情況。

乍浦站代表的平湖市分兩個(gè)岸段，乍浦站位于乍浦港岸段，但乍浦港岸段較短，不如平湖市岸段覆蓋區(qū)域大，因此選用平湖市岸段警戒值作為乍浦站發(fā)報(bào)值。

澉浦站位于海鹽縣，代表海鹽縣岸段及其對(duì)岸的余姚沿海岸段，海鹽縣沿海有中國(guó)第一座核電站秦山核電站，且海鹽縣城區(qū)也靠近海邊，而余姚沿海則在近年建成了沿海防護(hù)林帶，大大提高了其防災(zāi)能力，因此選用海鹽縣岸段警戒值作為澉浦站發(fā)報(bào)值。

鎮(zhèn)海站位于甬江口岸段，代表甬江口及鎮(zhèn)海區(qū)沿海岸段，選用覆蓋范圍較大的鎮(zhèn)海區(qū)沿海岸段警戒值作為鎮(zhèn)海站發(fā)報(bào)值。

烏沙山站位于象山縣沿海象山港中段，分別代表象山港寧?？h岸段和象山縣岸段，考慮到風(fēng)暴增水易堆積于灣底，且寧海灣沿海為人口聚集區(qū)，強(qiáng)蛟鎮(zhèn)半島不僅是象山港重點(diǎn)發(fā)展的海上運(yùn)動(dòng)生態(tài)旅游區(qū)，坐落著游艇俱樂(lè)部、寧海電廠、強(qiáng)蛟海運(yùn)碼頭等大型臨港產(chǎn)業(yè)，應(yīng)為象山港預(yù)報(bào)重點(diǎn)，同時(shí)考慮港灣增水大，四色警戒值的間隔應(yīng)偏大為宜，因此選用寧?？h岸段警戒值作為烏沙山站發(fā)報(bào)值。

健跳海洋站在核定報(bào)告中代表寧?？h三門灣岸段，但該站位于三門縣健跳港內(nèi)，與代表該岸段的健跳水文站潮汐、增水性質(zhì)基本一致，考慮到三門縣沿海特別是健跳港周邊經(jīng)濟(jì)發(fā)展較好，東南特鋼、三門核電站等大型企業(yè)都位于三門縣，且風(fēng)暴潮災(zāi)害嚴(yán)重，而寧?？h三門灣岸段多為泥灘圍墾，因此選用三門縣岸段警戒值作為健跳海洋站發(fā)報(bào)值。

海門站位于椒江區(qū)椒江河口，代表臨海市沿海和椒江河口岸段，椒江河口為臺(tái)州市城區(qū)所在地，海門港是我國(guó)著名、典型的超淺海河口港灣[7]，向來(lái)是風(fēng)暴潮災(zāi)害的嚴(yán)重地區(qū)。臨海市沿海多淺海灘涂，受風(fēng)暴潮影響小，因此選用椒江岸段警戒值作為海門站發(fā)報(bào)值。

表4 選定發(fā)報(bào)站代表岸段及警戒值情況（摘自《核定報(bào)告》）

龍灣站位于龍灣區(qū)甌江口沿岸，代表的是甌江口兩岸樂(lè)清市岸段和龍灣區(qū)岸段，以及位于甌江口的靈昆島岸段，均為人口密集區(qū)，城鎮(zhèn)、港口眾多，考慮到龍灣區(qū)作為溫州中心城區(qū)東擴(kuò)的發(fā)展重地，溫州機(jī)場(chǎng)也位于龍灣區(qū)沿海，因此采用龍灣區(qū)岸段警戒值作為龍灣站的發(fā)報(bào)值。

鰲江站位于平陽(yáng)縣，代表平陽(yáng)縣沿海及蒼南縣北部鰲江口沿海岸段，平陽(yáng)縣沿海多山地，而蒼南縣鰲江口沿海向來(lái)是風(fēng)暴潮災(zāi)害嚴(yán)重地區(qū)，作為溫州沿海產(chǎn)業(yè)帶重點(diǎn)發(fā)展的蒼南臨港產(chǎn)業(yè)基地和江南海涂圍墾工程，橫跨蒼南縣沿海的龍港、蘆浦、鲃艚3鎮(zhèn)，因此選用蒼南縣鰲江口段警戒值作為鰲江站發(fā)報(bào)值。

此外，剩下的舟山、小衢山、石浦、坎門、瑞安五站各自取其代表岸段的警戒值作為發(fā)報(bào)值。

5 總結(jié)及建議

本文依據(jù)《浙江省沿海警戒潮位核定技術(shù)總報(bào)告》，結(jié)合風(fēng)暴潮預(yù)警工作實(shí)際情況，以國(guó)家中心的角度分析選取了浙江省13個(gè)風(fēng)暴潮預(yù)警發(fā)布站，確定了各個(gè)站點(diǎn)發(fā)布預(yù)警的警戒值。13個(gè)站分別為

乍浦、澉浦、鎮(zhèn)海、烏沙山、石浦、舟山、小衢山、健跳、海門、坎門、龍灣、瑞安、鰲江，其中龍灣站還需等待建站觀測(cè)后才能發(fā)布預(yù)警報(bào)。新定的13個(gè)發(fā)報(bào)站分屬5個(gè)地級(jí)市，基本覆蓋了浙江沿海風(fēng)暴潮敏感區(qū)和災(zāi)害嚴(yán)重岸段，杭州、紹興市沿海由于地理原因沒(méi)有代表站，從防災(zāi)減災(zāi)的角度考慮，杭州灣南岸紹興市沿海和溫州市樂(lè)清灣北岸應(yīng)新建潮位站，以滿足杭州灣南岸和樂(lè)清灣的預(yù)警需求。另外溫州江心嶼岸段歷來(lái)是甌江口風(fēng)暴潮災(zāi)害的重中之重，之前發(fā)報(bào)的溫州水文站也位于江心嶼，建議增加核定該岸段的四色警戒值，以滿足溫州市區(qū)的預(yù)警需求。

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An application approach of new warning water level in storm surge forecasting and warning

FU Xiang1，CHE Zhu-mei2，DING Jun2，LI Ming-jie1，LI Tao1

（1.National Marine Environmental Forecasting Center,Beijing 100081 China;2.Marine Monitoring and Forecasting Center of Zhejiang,Hangzhou 310007 China）

This paper proposed an application approach of new warning water level in storm surge forecasting and warning.Based on this method,and taking Zhejiang Province as an example,we select the warning release stations and judge its warning release values in Zhejiang Province from the point of view of the National Center. This example provides reference for application of new warning water level.

storm surge;warning water level;forecast application

P731.23

A

1003-0239（2017）02-0001-09

10.11737/j.issn.1003-0239.2017.02.001

2016-06-17；

2016-07-21。

國(guó)家科技支撐計(jì)劃（2013BAB04B02）。

付翔（1980-），女，副研究員，碩士，主要從事風(fēng)暴潮預(yù)警預(yù)報(bào)和研究。E-mail：fx@nmefc.gov.cn