臺灣海峽致災(zāi)大風(fēng)氣候特征分析*

福建省氣象臺 夏麗花 吳幸毓 陳敏艷

臺灣海峽致災(zāi)大風(fēng)氣候特征分析*

福建省氣象臺 夏麗花 吳幸毓 陳敏艷

利用福建省沿海、臺灣海峽及臺灣島布設(shè)的氣象站、自動站、浮標(biāo)站的觀測資料，以小時極大風(fēng)達(dá)到8級以上定義致災(zāi)大風(fēng)，分析臺灣海峽致災(zāi)大風(fēng)的時空分布特征。結(jié)果表明，臺灣海峽的致災(zāi)大風(fēng)風(fēng)速分布具有明顯的季節(jié)分布特征，出現(xiàn)概率呈雙峰型分布，峰值出現(xiàn)在10月和1月，谷值在5月，即秋冬季最多、春末夏初最少；10級以上大風(fēng)主要出現(xiàn)在8～10月。致災(zāi)大風(fēng)空間分布上，臺灣海峽海面出現(xiàn)的概率遠(yuǎn)大于海峽東岸和西岸，海峽西岸中南部岸段大于北部岸段，海峽東岸北部岸段大于南部岸段。1～5月和9～12月以東北風(fēng)為主，海峽海面和海峽東岸的偏北分量比西岸大；4月起西南風(fēng)逐漸增多，6～8月以西南風(fēng)為主，但各風(fēng)向概率值的大小差異不大，特別是海峽海面和海峽東岸7～8月西南風(fēng)和東北風(fēng)的風(fēng)向概率近乎相當(dāng)，這與此時正值臺風(fēng)季、受臺風(fēng)影響時容易出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)風(fēng)密切關(guān)系。

致災(zāi)大風(fēng) 臺灣海峽 概率統(tǒng)計 時空分布

臺灣海峽位于中國東南部海域，是維系大陸與臺灣的紐帶。臺灣海峽處于亞熱帶季風(fēng)區(qū)，海峽海面及沿海地區(qū)具有大風(fēng)日數(shù)多、風(fēng)速大、盛行風(fēng)向集中的特點，冬季盛行東北風(fēng)，夏季盛行西南風(fēng)[1]。隨著海峽漁業(yè)生產(chǎn)、航運的快速發(fā)展，對海洋氣象保障服務(wù)的需求日益提高，大風(fēng)天氣對漁業(yè)生產(chǎn)和航運影響大，是主要的氣象災(zāi)害之一，因此，開展臺灣海峽致災(zāi)大風(fēng)精密、細(xì)致的分析研究是保障臺灣海峽經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)、生活的當(dāng)務(wù)之急。

已經(jīng)有學(xué)者對福建沿海大風(fēng)分析做過一些分析[2-3],隨著自動站和浮標(biāo)站資料的不斷增多，資料的時間和空間精度得以提高，能更精細(xì)、準(zhǔn)確地刻畫出臺灣海峽致災(zāi)大風(fēng)的特點。本文利用福建省沿海、臺灣海峽及臺灣島布設(shè)的氣象站、自動站、浮標(biāo)站觀測資料，統(tǒng)計分析臺灣海峽致災(zāi)大風(fēng)的各級風(fēng)力、風(fēng)向的概率，以揭示臺灣海峽致災(zāi)大風(fēng)的時空分布特征，為致災(zāi)大風(fēng)的預(yù)報預(yù)警業(yè)務(wù)提供參考依據(jù)。

1 資料處理

1.1分區(qū)的劃分

由于臺灣海峽區(qū)域廣、地理環(huán)境復(fù)雜，不同區(qū)域的大風(fēng)特征有所差別，因此，將臺灣海峽分為三個區(qū)，即海峽西岸（即福建沿海）、海峽海面、海峽東岸（即臺灣島西岸）；海峽西岸海岸線極長，由于地理特征的變化對大風(fēng)將產(chǎn)生影響，因此將其分為南、中、北三個岸段，對海峽東岸也分為南、北兩個岸段，分別進(jìn)行分析，各區(qū)的代表站如表1所示。

表1 臺灣海峽區(qū)域劃分及代表站號列表

1.2 資料時間及日界標(biāo)準(zhǔn)

選取各代表站2009～2015年逐日逐時極大風(fēng)的風(fēng)向、風(fēng)速資料，風(fēng)向分為16方位，風(fēng)速以風(fēng)力等級統(tǒng)計；以北京時間21時到次日20時為日界標(biāo)準(zhǔn)，以小時極大風(fēng)風(fēng)速大于17.2m/s（即8級以上）為致災(zāi)大風(fēng)，當(dāng)日只要有一個時次1個站出現(xiàn)致災(zāi)大風(fēng)，即定義為致災(zāi)大風(fēng)日。

2 風(fēng)速特征

2.1 臺灣海峽西岸致災(zāi)大風(fēng)風(fēng)速的時空分布

從海峽西岸致災(zāi)大風(fēng)出現(xiàn)概率的月分布（圖1a）可見，一年中海峽西岸致災(zāi)大風(fēng)出現(xiàn)概率呈雙峰型分布，最大值在10月（10.07%），其次是12月（7.63%），最小為5月（0.77%）；9級、10級以上大風(fēng)出現(xiàn)概率最大、最小同樣也分別在10月、5月，不同在于概率第二大值出現(xiàn)在8～9月，這是由于8、9月受臺風(fēng)影響較多，出現(xiàn)9級以上大風(fēng)的概率高。而10月份不僅有臺風(fēng)影響，而且冷空氣趨于活躍，受臺風(fēng)與冷空氣共同作用更容易產(chǎn)生災(zāi)害性大風(fēng)，因而，全年中10月份出現(xiàn)致災(zāi)大風(fēng)的可能性最大。而11月至次年5月10級以上大風(fēng)出現(xiàn)概率接近零，表明單獨由冷空氣影響出現(xiàn)10級以上致災(zāi)大風(fēng)出現(xiàn)的概率極少。

從三個岸段致災(zāi)大風(fēng)概率分布（圖1b、1c、1d）可見，各岸段月分布趨勢基本一致，8級以上大風(fēng)概率均呈雙峰型，最大概率都出現(xiàn)在10月，南部岸段最大達(dá)12.1%，其次是中部岸段11.3%，最小的北部岸段僅6.5%。1月是另一個峰值，中部、南部岸段較接近，在8%～9%之間，為北部岸段（4.0%）的2倍以上?？傮w而言，全年中南部岸段出現(xiàn)致災(zāi)大風(fēng)的概率大于北部岸段。

圖1 臺灣海峽西岸致災(zāi)大風(fēng)出現(xiàn)概率月分布

對于一些地理位置比較特殊的代表站，如大墜島、深滬、坑口站，地處峽口或港灣，由于地形的狹管作用，這3個站的9級以上致災(zāi)大風(fēng)概率明顯高于其他代表站，但是月分布特征與上述一致。

2.2 臺灣海峽東岸致災(zāi)大風(fēng)風(fēng)速的時空分布

海峽東岸7個代表站致災(zāi)大風(fēng)出現(xiàn)概率的月分布（圖2a）可見，8級、9級以上大風(fēng)出現(xiàn)概率最大均在1月，而10級以上大風(fēng)最多的是8月，這與海峽西岸致災(zāi)大風(fēng)出現(xiàn)最多且強度最強在10月不同。由于臺灣島地形阻擋作用，臺風(fēng)從臺灣島東側(cè)西行影響時海峽東岸處于背風(fēng)側(cè)，風(fēng)力較小，因而8～10月不是一年中8級以上大風(fēng)最多的月份；只有當(dāng)臺風(fēng)進(jìn)入海峽時，臺風(fēng)中心經(jīng)過的附近地區(qū)時有10級以上強風(fēng)出現(xiàn)，因此，8月份9級、10級以上大風(fēng)出現(xiàn)的概率最大。冬季，冷空氣勢力強、活動頻繁，氣壓梯度力和臺灣海峽“峽管效應(yīng)”的共同作用，有利于大風(fēng)的出現(xiàn)，因此，12月和1月出現(xiàn)8級以上致災(zāi)大風(fēng)的概率最大。4～6月是海峽東岸出現(xiàn)致災(zāi)大風(fēng)概率最小的月份。

海峽東岸的北部和南部致災(zāi)大風(fēng)概率對比（圖2b）可見，二者月變化趨勢基本一致，但海峽東岸北部大風(fēng)出現(xiàn)概率略大于南部。

圖2 臺灣海峽東岸致災(zāi)大風(fēng)出現(xiàn)概率月分布

2.3 臺灣海峽海面致災(zāi)大風(fēng)風(fēng)速的時空分布

臺灣海峽海面致災(zāi)大風(fēng)出現(xiàn)概率的月分布分析表明，致災(zāi)大風(fēng)出現(xiàn)概率分布于海峽東岸相類似，8級、9級以上大風(fēng)出現(xiàn)概率最大在1月，次峰值出現(xiàn)在12月，最小值出現(xiàn)在6月；所不同的是，10級以上大風(fēng)出現(xiàn)概率最多的是10月，這與海峽西岸相類似；但是海峽海面出現(xiàn)致災(zāi)大風(fēng)的概率遠(yuǎn)大于海峽西岸和海峽東岸。

綜上所述，臺灣海峽致災(zāi)大風(fēng)分布季節(jié)變化特征表現(xiàn)為：每年出現(xiàn)8級以上致災(zāi)大風(fēng)概率最多的是秋冬季，最少的是春末夏初，5～6月是致災(zāi)大風(fēng)出現(xiàn)概率最小的月份；而區(qū)域分布特征上，臺灣海峽海面出現(xiàn)致災(zāi)大風(fēng)的概率最多，最大月份（1月）達(dá)到35.5%，其次是海峽東岸，最大月份（1月）達(dá)到12.6%，最少的是海峽西岸，最大月份（10月）達(dá)到10.1%。

圖3 海峽西岸盛行風(fēng)向概率分布

3 盛行風(fēng)向特征

3.1 臺灣海峽西岸致災(zāi)大風(fēng)盛行風(fēng)向特征

從海峽西岸盛行風(fēng)向概率分布（圖3a）可見，海峽西岸全年盛行風(fēng)向以東北風(fēng)（NNE～ENE)為主，其次是西南風(fēng)（SSW～SW），概率上，東北風(fēng)約為西南風(fēng)的5倍。北部、中部、南部風(fēng)向概率最大的都是偏東北風(fēng)（NE）（圖3b），概率值分別為22.86%、26.47%、19.51%，南部盛行風(fēng)向的離散度略大，NE和NNE很接近分別為19.51%和18.82%。

從海峽西岸北部（圖4）、中部（圖略）、南部（圖略）三個岸段的風(fēng)向概率月分布分析表明，三個岸段的盛行風(fēng)向變化比較一致，通常1～5月和9～12月以東北風(fēng)為主，4月起西南風(fēng)逐漸增多，6～8月西南風(fēng)概率明顯增大。南部6～8月均盛行西南風(fēng)向；中、北部7月也以西南風(fēng)為最主要風(fēng)向，但6月、8月有所區(qū)別：北部6月、8月東北風(fēng)（13.93%、13.04%）的概率略大于西南風(fēng)（11.87%、9.46%）；中部6月西南風(fēng)（19.07%）較東北風(fēng)（11.04%）略多，而8月相反（西南風(fēng)13.36%、東北風(fēng)15.80%）。

圖4 海峽西岸北部岸段1-12月盛行風(fēng)向概率分布（單位：%）

3.2 臺灣海峽東岸致災(zāi)大風(fēng)盛行風(fēng)向特征

從海峽東岸盛行風(fēng)向概率分布（圖5a）可見，全年主要盛行風(fēng)向為東北到偏北風(fēng)(NE～N)。從風(fēng)向概率月分布（圖6）演變分析表明，與海峽西岸相似，海峽東岸1～5月和9～12月以東北到偏北風(fēng)(NE～N)為主，4月起偏西（W）、西南（SW）和偏南（S）風(fēng)向逐漸增多，6～8月即以這三種風(fēng)向為主，但風(fēng)向概率值大小差異不大，特別是7～8月，這與此時致災(zāi)大風(fēng)絕大多數(shù)是由臺風(fēng)影響造成的，受臺風(fēng)影響時容易出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)風(fēng)有密切關(guān)系。從海峽東岸的北部和南部盛行風(fēng)向概率月分布（圖略）對比分析表明，北部和南部盛行風(fēng)向概率月變化趨勢是一致的，但是，主導(dǎo)風(fēng)向略有偏差，北部以偏北風(fēng)(N)為主，南部以東北風(fēng)(NE)為主（圖5b），而且，北部每個月偏北風(fēng)(N)的概率都較大，即使在6～8月偏北風(fēng)(N)仍可以與西南風(fēng)（SW）相當(dāng)，這與臺灣島地形對風(fēng)向的影響有密切關(guān)系，有待今后進(jìn)一步分析研究。

圖5 海峽東岸盛行風(fēng)向概率分布

圖6 海峽東岸1-12月盛行風(fēng)向概率分布（單位：%）

3.3 臺灣海峽海面致災(zāi)大風(fēng)盛行風(fēng)向特征

海峽海面盛行風(fēng)向概率分布（圖7a）可見，全年盛行風(fēng)向為東北偏北風(fēng)，盛行風(fēng)向的偏北分量比海峽西岸大，而且主風(fēng)向的集中度更高，海峽海面主風(fēng)向東北偏北風(fēng)（NNE）概率30.91%，海峽西岸主風(fēng)向東北風(fēng)（NE）概率22.94%，海峽東岸主風(fēng)向東北風(fēng)（NE）概率20.22%，這與海峽海面“狹管效應(yīng)”更明顯，而且地形摩擦作用影響小，有利于方向穩(wěn)定有關(guān)；4個代表站的年盛行風(fēng)向基本一致（圖7b）。從風(fēng)向月分布演變（圖8）分析表明，海峽海面1～5月和9～12月以東北偏北風(fēng)(NNE)為主，4月起西南風(fēng)風(fēng)向逐漸增多，6～8月以西南（SW）風(fēng)到偏南風(fēng)（S）為主。

圖7 臺灣海峽海面盛行風(fēng)向概率

圖8 臺灣海峽海面1～12月盛行風(fēng)向概率分布（單位：%）

4 結(jié)論

（1）臺灣海峽的致災(zāi)大風(fēng)風(fēng)速分布有明顯的季節(jié)分布特征，出現(xiàn)概率呈雙峰型分布，峰值在10月和1月，谷值在5月，即8級以上致災(zāi)大風(fēng)較容易出現(xiàn)在秋冬季，春末夏初最少；海峽西岸最大峰值出現(xiàn)在10月，海峽東岸和海峽海面最大峰值則出現(xiàn)在1月。

（2）臺灣海峽海面出現(xiàn)8級以上致災(zāi)大風(fēng)的概率遠(yuǎn)大于海峽兩岸；海峽西岸，中南部岸段大風(fēng)出現(xiàn)概率大于北部岸段；海峽東岸反之。

（3）冬季受冷空氣影響時，臺灣海峽盛行東北風(fēng)，由于氣壓梯度力和“峽管效應(yīng)”的共同作用，有利于海峽風(fēng)力加大，因此，出現(xiàn)致災(zāi)大風(fēng)的概率大；而秋季常出現(xiàn)臺風(fēng)和冷空氣的共同作用影響，因而，也是致災(zāi)大風(fēng)出現(xiàn)概率的峰值期，10級以上致災(zāi)大風(fēng)主要出現(xiàn)在8～10月，即臺風(fēng)影響或臺風(fēng)和冷空氣共同影響是造成臺灣海峽致災(zāi)大風(fēng)的重要原因。

（4）臺灣海峽年盛行風(fēng)向為東北風(fēng)，其主要分布在1～5月和9～12月，海峽海面和海峽東岸的偏北分量比海峽西岸大；由于臺灣海峽地處副熱帶季風(fēng)區(qū)，冬季盛行東北風(fēng)，夏季盛行西南風(fēng)，因而4月起各區(qū)域西南風(fēng)風(fēng)向概率逐漸增多，特別是6～8月西南風(fēng)概率明顯增大，成為全年第二盛行風(fēng)向。

（5）海峽西岸6～8月總體盛行西南風(fēng)，三個岸段略有差別：南部岸段3個月內(nèi)為一致的西南風(fēng)；中部岸段8月、北部岸段6月和8月東北風(fēng)出現(xiàn)概率略大于西南風(fēng)，其余月份也以西南風(fēng)為主要風(fēng)向。

（6）臺灣海峽海面和海峽東岸6～8月以西南風(fēng)為主，但風(fēng)向概率值差別不大，特別是7～8月，這與此時的致災(zāi)大風(fēng)多為臺風(fēng)影響造成、易出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)風(fēng)有密切關(guān)系。

（7）臺灣島、臺灣海峽地形對風(fēng)向、風(fēng)速的影響還有待進(jìn)一步分析研究。

[1] 朱乾根, 林錦瑞, 壽紹文, 等. 天氣學(xué)原理和方法[M]. 北京: 氣象出版社, 2000.

[2] 鹿世謹(jǐn)，王巖. 福建氣候[M]. 北京: 氣象出版社, 2012.

[3] 林新彬,劉愛鳴,林毅,等.福建省預(yù)報員手冊[M]. 北京:氣象出版社, 2013.

* 資助項目：公益性行業(yè)（氣象）專項GYHY201406014資助。