北大西洋海浪场季节特征及波高变化趋势研究

武海浪 郑崇伟 刘志宏 田妍妍

1.解放军理工大学气象学院，南京 211101

2.92292部队，青岛 266405

3.92538部队气象台，大连 116041

4.91379部队气象台，青岛 266002

北大西洋海浪场季节特征及波高变化趋势研究

武海浪1,2郑崇伟1,3刘志宏3田妍妍4

1.解放军理工大学气象学院，南京 211101

2.92292部队，青岛 266405

3.92538部队气象台，大连 116041

4.91379部队气象台，青岛 266002

以ERA-40海表10米风场驱动国际先进的第三代海浪数值模式WAVEWATCH（-III简称WW3），得到北大西洋1958年1月-2001年12月逐3小时的海浪场，与ICOADS海浪资料进行对比发现模拟效果较好。从海浪场季节特征、重点海域波高和风速的月变化特征、波高和风速的逐年变化趋势等方面着手，对该海域的波候特征进行深入研究。

WAVEWATCH；-III北大西洋；季节特征；变化趋势

WAVEWATCH-III; North Atlantic Ocean; seasonal characteristics; long-term trend

引言

大西洋，作为世界第二大洋，是世界海上航运的中心之一，集中了诸多世界海运航线，货运量居各大洋之首。大西洋分布着许多重要的海上战略通道：被称为“西方的生命线”的直布罗陀海峡、黑海海峡、卡特加特海峡。北大西洋南边以赤道为界与南大西洋相连，北面与北冰洋相邻，两岸聚集了当今世界主要的发达国家以及资源丰富的发展中国家，在世界海运、航运、渔业、矿藏、通讯等各个经济领域中都占有主导地位，在世界政治格局中占有十分重要的地位，国内对该海域波候（风候）的研究却不多，仅韩树宗、刘金芳等做过一些分析[1-3]。该区域的海浪特征复杂，随着我国大航海时代掀开新的一页，对该区域的波候特征进行深入研究显得极为迫切，可为航海、海洋工程设计、军事及海洋能开发与利用等方面提供科学依据。

1 资料来源

1.1 风场资料

本文所用的模式驱动场为ERA-40海表10米风场，该资料来自ECMWF（欧洲中期天气预报中心——European Centre for Medium-Range Weather Forecasts），其空间分辨率为2.5°×2.5°，时间分辨率为6小时，时间范围从1957年09月01日00:00时-2002年08月31日18:00时。

1.2 和模式输出结果进行比较的实测资料本文将ICOADS海浪资料视为海浪实测资料，将模式模拟的有效波高与其进行比较。ICOADS海浪资料被国外广泛运用，具有较高精度[4-5]，其范围覆盖80°S～80°N， 0°E～360°E，分辨率为2°×2°。

2 模拟方法

本文选取计算范围为0°～90°N，261°E～360°E，地形分辨率取1°×1°，计算时间从1957年12月31日00:00时—2001年12月31日18:00时。模式计算时间步长取为900s，每3小时输出一次结果。本文采用并行计算可大大提高运行效率。

3 资料验证

将模拟的北大西洋有效波高做多年季平均，得到多年季平均的有效波高分布特征，与ICOADS海浪资料进行比较。从图1可以看出，无论春夏还是秋冬，模拟的海浪场在空间分布与量级上与ICOADS资料都非常接近，模拟的海浪场具有较高精度。

4 结果分析

4.1 风向风速、波高波向的季节特征

风向、波向：70°N以北海域，在春、秋、冬以北风为主，夏季风向无明显规则；30°N～70°N海域，四季皆以西南风为主；0°N～30°N，东部海域以东北风为主，中西部海域以偏东风为主。值得注意的是：亚速尔群岛南部海域风场存在一逆时针旋转系统，常年存在。70°N以北海域，常年以南向浪（由南向北）为主，波向与风向相反；30°N～70°N海域，四季皆以西南向浪为主，波向与风向较为一致；0°N～30°N，东部海域以南向浪为主，波向与风向接近反向，中西部海域以偏东向浪为主。

风速、波高：北大西洋四季风场与海浪场的分布基本一致。由图1可以明显地看出北大西洋四季都存在一个大风区与大浪区，大致位于亚速尔群岛西北部海域（50°N～60°N， 40°W～20°W）。春季和秋季该大值区风速均值在9m/s左右，波高在3m左右；夏季相对较小，风速在7m/s左右，波高在2m左右；冬季最大，风速能达到11m/s左右，波高能达到4m。在大约20°N～30°N存在一低值风速带，四季均存在，只是在夏季位置稍微偏北，此低值风速带的浪场与风场并不完全对应，只是在夏季有一对应较好的低值区呈带状分布，与低值风速带对应较好。另外，在加勒比海，常年基本为大风、大浪区，春季和夏季尤为明显，这应该是由于狭管效应导致的。

4.2 重点海域海表风速、波高的月变化特征

亚速尔群岛附近海域风速、波高多年月平均变化呈圆滑的“V”型，风速变化范围在7-12m/s,波高变化范围在2～4m左右，有效波高常年较大；加勒比海海域风速、波高多年月平均变化呈圆滑的“W”型，风速变化范围在6～8m/s,波高变化范围在1.6～2m左右，如图2所示。

4.3 海表风速、波高的逐年线性趋势

为了更准确地分析北大西洋风场、有效波高的逐年变化趋势，为以40°N为界，分别考虑北大西洋中低纬海域（0°N～40°N）、中高纬海域（40°N～90°N）及整个北大西洋（0°N～90°N）海表风速风场、有效波高的逐年变化趋势。具体方法：将选取海域的海表风速、有效波高从1958年～2001年分别取逐年平均，分别得到44个时次的年平均的海表风速和有效波高，分析其线性趋势。

由图3、图5和图7可以看出，北大西洋中低纬海域的风速逐年递增趋势为0.006m/s/yr，中高纬海域海表风速的逐年递增趋势为0.004m/s/yr，明显低于中低纬海域；整个北大西洋海表风速的递增趋势为0.006m/s/yr，递增趋势与中低纬海域相近，初步判定北大西洋海表风速的递增趋势以中低纬海域为主导。上述递增趋势均通过了95%的信度检验。

由图4、图6和图8可以看出，北大西洋中低纬海域有效波高的逐年递增趋势为0.004m/s，通过了95%的信度检验，中高纬海域有效波高的逐年递增趋势为0.005m/s，递增趋势稍强于中低纬海域；整个北大西洋有效波高的递增趋势为0.004m/s，递增趋势与中低纬海域、中高纬海域差别均不大。上述递增趋势均通过了95%的信度检验。

5 结论

（1）北大西洋四季的风场与海浪场具有较好的对应关系，在亚速尔群岛西北部海域四季都存在一个大风大浪区。亚速尔群岛附近海域风速、波高多年月平均变化呈圆滑的“V”型，风速变化范围在7～12m/s，波高变化范围在2～4m左右，有效波高常年较大。北大西洋中低纬东部海域、70°N以北海域，波向与浪向接近反向。亚速尔群岛南部海域风场存在一逆时针旋转系统，常年存在。

（2）70°N以北海域，在春、秋、冬以北风为主，夏季风向无明显规则，该海域四季皆以南向浪（由南向北）为主，波向与风向相反。30°N～70°N海域，四季皆以西南风、西南向浪为主，波向与风向吻合较好。0°N～30°N，东部海域以东北风、南向浪为主，波向与风向接近反向；中西部海域以偏东风、偏东向浪为主。

（3）北大西洋的风速与有效波高均呈现逐年递增的线性趋势，海表风速的递增趋势为0.006m/s/yr，有效波高的递增趋势为0.004m/s。

[1] 韩树宗，赵喜喜，朱大勇，等.大西洋波高分布及变化规律研究[J].海洋湖沼通报. 2003,4:22～29

[2] 刘金芳,梁玉清,江伟，等. 北大西洋风场和海浪场特点分析[J].海洋通报.2000,19(5):12～20

[3] 俞慕耕,周雅静.大西洋欧洲沿海的海浪特点[J] .海洋通报. 1999,18(4):11～20

[4] 黄卓,徐海明,杜岩，等.厄尔尼诺期间和后期南海海面温度的两次显著增暖过程.热带海洋学报.2009,28(5):49-55

[5] Peter CHU, CHEN Yuchun, Akira KUNINAKA ,et al. Seasonal Variability of the Yellow Sea/East China sea Surface Fluxes and Thermohaline Structure. ADVANCE IN ATMOSPHERIC SCIENCES, VOL.22, NO.1,2005, 1-20.

Seasonal Characteristics and Long-term Trend of Significant Wave Height in the North Atlantic Ocean

WU Hailang1,2; ZHENG Chongwei1,3; Liu Zhihong3; TIAN Yanyan4
1.nstitute of Meteorology, PLA Univ. o＆f S Tcei.ch. , Nanjing 211101
2.NO. 92292Army of PLA. Tsingtao 116041
3.NO. 92538 Army of PLA. Dalian 116041
4.NO. 91379 Army of PLA. Tsingtao 266000

In this paper, the third-generation wave model WAVEWATCH-Ⅲ was used to simulate the wave field of North Atlantic Ocean from year 1958 to 2001 with wind input of ERA-40 wind field. The Seasonal Characteristics and Long-term Trend of Significant Wave Height in the North Atlantic Ocean During the Last 44 Years were analyzed, which can apply guidance to navigation,marine engineering, wave energy development and so on.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.09.015

武海浪（1983—），男，重庆万州人，硕士研究生，主要从事海气相互作用研究。

郑崇伟（1983—），男，四川宜宾人，硕士研究生，主要从事海气相

互作用研究。

DOI：10.3969/j.issn.1001-8972.2011.09.017