北海市沿岸风暴潮特征研究

黄子眉，李小维

（1.中国海洋大学，山东青岛266003；2.国家海洋局北海海洋环境监测中心站，广西北海 536000）

北海市沿岸风暴潮特征研究

黄子眉1，2，李小维1，2

（1.中国海洋大学，山东青岛266003；2.国家海洋局北海海洋环境监测中心站，广西北海 536000）

根据1965—2009年间影响北海市沿岸的热带气旋资料和风暴增水资料，进行统计分析北海市沿岸的风暴潮特征。结果表明：北海市沿岸平均每年发生风暴增水2—3次，其中较大以上强度的风暴增水每年0.87次，严重以上强度的风暴增水每3年有一次；北海市沿岸每年4—11月均有可能发生风暴增水，且集中在7—10月，尤以9月最多。影响北海市沿岸的热带气旋主要以西北行路径为主，且多是穿过雷州半岛或海南岛后在越南沿海登陆，此种情况下，风暴增水曲线表现为周期性波动。另外，本文还采用Pearson-Ⅲ分布和Gumbel分布来估算风暴增水频度，得出北海市沿岸不同重现期的高潮位值。

北海；风暴潮特征；重现期

1 引言

北海市位于广西的最南部，主要的海洋灾害是风暴潮灾害，加上随着泛北部湾经济区的建立，经济逐渐繁荣，受风暴潮的影响较为严重，因此对北海市沿岸风暴潮特征进行研究，为风暴潮预报提供参考意见，对该沿海地区的风暴潮防灾减灾有重要意义。

2 资料来源

本文采用的热带气旋资料来源于1965—2009年国家气象局出版的《热带气旋年鉴》[1]，风暴增水资料主要来源于1965—2009年北海海洋监测站（21°28'N，109°03'E）的实测潮位资料和由国家海洋环境预报中心的天文潮程序计算的1965—2009年潮汐表，风暴增水采用通用的方法即用实测潮位减去天文潮位得到[2]。

从验潮站的增水数据分析表明，只有热带气旋进入一定区域才会对北海市沿岸增水产生显著影响，该区域我们称为影响区[3]（18°—23°N，106°—113°E）。

统计过程中所选取的热带气旋必须满足以下条件[3]：（1）其路径必须进入影响区域或在影响区内部生成；（2）同一个热带气旋由于打转或摆动，其两次或两次以上经过影响区边界时，若偏离边界线的距离小于或等于2个纬距，均作为一个个例统计。

3 研究方法

（1）经验点据绘制方法[4]：年极值潮位由大到小顺序排列成H1、H2、H3…Hn，其中 p为数学期望的经验频率，即为：

（2）Pearson-Ⅲ型分布曲线绘制方法[5]：

式中，hˉ为年平均最大潮位，cv为变差系数，hp为不同重现期的设计潮位。

（3） Gumbel型分布曲线绘制方法[5]：

式中，λpn是与年频率 p及资料年数n有关的系数，可查第Ⅰ型极值分布律的λpn表；hp为不同重现期的设计潮位。

（4） 重 现 期 计 算 方 法[5]： 用Pearson-Ⅲ 和Gumbel分布的概率统计方法估算风暴潮频率，分别拟合经验点据，采用与实测资料拟合最佳为准，再根据式（2—8）得出北海沿岸不同重现期的高潮位值。重现期ΤR（年）与年频率p（%）的关系为：

4 结果与讨论

4.1 影响北海市沿岸的热带气旋特征

4.1.1 登陆类型

影响北海市沿岸的热带气旋大致可以划分为以下三种类型[6]：

第一种类型是登陆粤西沿岸后从陆上进入广西境内的热带气旋（EG）；第二种类型是穿过雷州半岛或海南岛在广西沿海登陆的热带气旋（ZG）；第三种类型是穿过雷州半岛或海南岛在越南沿海登陆的热带气旋（WG）。三者分别占影响总数的21.6%、16.2%、62.2%，见表1。因此，进入影响区域的热带气旋是以第三种类型为主，即以穿过雷州半岛或海南岛在越南沿海登陆为主。

表1热带气旋登陆统计

4.1.2 影响频度

据统计，1965—2009年影响北海市沿岸的热带气旋有111个，平均每年2.5个，1971年最多，有6个。有热带气旋进入影响区的年份中，1997年和1998年最少，为1个。由表2可以看出影响北海市沿岸的热带气旋集中发生在7—10月，约占年影响总数的87.4%；其中9月份的最多为29个，而12月至翌年3月则没有热带气旋进入影响区。

表2 影响北海市沿岸热带气旋个数的逐月分布表

4.1.3 影响强度

热带气旋对北海市沿岸的影响程度，以其影响期间北海市沿岸出现的最大平均风力划分，如表3所示，7—9级的最多，其次是10—11级，12级以上的最少，三者分别占影响总数的60.1%、11.7%、2.7%。在逐月分布中，12月至翌年3月很少有热带气旋进入影响区，7—9月则较多，尤其是9月，这与热带气旋季节分布有关。

表3 影响北海市沿岸的热带气旋强度逐月分布表

4.2 风暴增水特征

4.2.1 风暴增水的频度和强度特征

由于历史原因，1965—2009年间，影响北海市沿岸的111个热带气旋中有7个热带气旋增水资料缺失。影响热带气旋增水的主要因素是风、气压、热带气旋路径以及其移动速度等，其中尤以风和气压为主导诱发因素[7]。这里将北海市沿岸风暴增水和风暴潮灾依据表4的标准[8]划分为5个级别。

表4 北海市沿岸风暴增水及风暴潮灾级别

从1965—2009年的104次风暴增水资料来看，如表5所示，影响北海市沿岸一般以上强度的风暴增水过程有98次，年均2.2次；明显以上强度的风暴增水过程有72次，年均1.6次；较大以上强度的风暴增水过程有39次，年均0.87次；严重以上强度的风暴增水过程有14次，年均0.31次；30 cm以下增水过程有6次。其中最强的是1996年8月18日由9615号热带气旋诱发的风暴增水，北海站出现最大增水145 cm。

由于在风暴增水过程中天文潮的高潮位均不是很高，故都没有造成轻度以上程度的风暴潮灾。据统计，北海市历年来只有1次可能造成风暴潮灾（即达潜在灾害及以上程度），即1986年7月21日由8609号台风诱发的风暴潮，北海站实测最高潮位593 cm，超过警戒水位43 cm，给北海市沿岸地区造成一定的经济损失。由此可得：北海市沿岸一般只受潜在灾害程度的风暴潮影响。

表5 1965—2009年间风暴潮及风暴潮灾次数统计表

4.2.2 风暴增水发生时间

从影响北海市沿岸风暴增水的逐月分布表3—6中可以看出，45年间，北海市沿岸一般及以上程度的风暴增水7—10月出现最频繁，而12月至翌年3月却没有出现过。这与影响北海市沿岸热带气旋逐月变化情况相一致。同时，较大风暴增水5—10月均有发生，以7—8月出现最多；而严重风暴增水仅在6—10月出现，其中以7月最多；特大风暴增水没有出现过。

4.2.3 风暴增水地理分布

影响北海市沿岸风暴增水的主要因子是风和气压，因此，登陆地点不同，北海市沿岸相对于热带气旋的位置就不同，其受风和气压的影响就不同。前面提到的热带气旋的三种不同的登陆类型对北海市沿岸风暴增水的影响各不相同。

表6 1965—2009年间风暴增水次数逐月分布表

4.2.3.1 登陆粤西沿岸后从陆上进入广西境内的热带气旋（EG）型

热带气旋在粤西沿海登陆前后，从陆上进入广西境内，当风向转为WS-S时，北海市沿岸向岸风分量较大，使得海水容易堆积，形成较大增水。这就使得此种情形下北海市沿岸的风暴增水量级较大。图1可以清楚看到：当热带气旋向粤西沿海逼近（即进入113°E度以西海域）时，北海市沿岸便开始出现20—40 cm的震荡增水，最大增水基本都在登陆前后十几个小时到二十几个小时内出现，且3个热带气旋造成的最大增水都超过了70 cm（0307号热带气旋最大增水为93 cm）。

4.2.3.2 穿过雷州半岛或海南岛后在广西沿海登陆的热带气旋（ZG）型

图1 从陆上进入广西境内的3个热带气旋增水图

图2 穿过雷州半岛或海南岛在广西沿海登陆的3个热带气旋增水图

图3 穿过海南岛南部或绕过海南岛在越南沿海登陆的3个热带气旋增水图

从图2上看，直接在广西沿海正面登陆的热带气旋，登陆前（即进入18°N以北的海面后），北海市沿岸的东北风风速逐渐增大，导致减水也增大；当其登陆时，风速迅速增大导致增水也急剧增大；接着出现微风甚至静风，增水减小；待热带气旋过境后，风向变为南风或东南风，风速由大变小，因此增水先增大后减小，最终恢复到正常潮位。

4.2.3.3 穿过海南岛南部或绕过海南岛后在越南沿海登陆的热带气旋（WG）型

当热带气旋进入18.0°N以北的海面后，北海市沿岸的东北风风速逐渐增大，导致减水也增大；当其在越南沿海登陆后，风向转为WS-S时，北海市沿岸向岸风分量较大，使得海水容易堆积，形成较大增水。图3可以看出：当热带气旋向北海市沿海逼近（即进入影响区域）时，北海市沿岸便开始出现减水，最大增水基本都在风向转为WS-S后数个小时到十几个小时内出现，3个热带气旋造成的最大风暴潮增水都超过了100 cm。

4.3 风暴增水频率估算

4.3.1 经验点据绘制

用公式（1）求出系列H1、H2、H3…Hn的各项相应的经验频率P1、P2、P3…Pn， 以Hi为纵坐标，Pi为横坐标，即可在几率格纸上点绘经验频率点据，见图4。

4.3.2 Pearson-Ⅲ型分布曲线绘制

当n=45时，hˉ=5.38m，cv=0.03，选取四种适线方法，分别是适线1：假设cs=2cv=0.06；适线2：假设cs=4cv=0.12；适线3：假设cs=6cv=0.18；适线4：假设cs=10cv=0.3。根据四种适线方法得出的四组p、xp值，绘制Pearson-Ⅲ型分布曲线见图5。

图4 1965—2009年年极值潮位经验频率点据

图5 Pearson-Ⅲ型分布曲线适线图

图6 Gumbel型分布曲线图

图7 Pearson-Ⅲ型分布曲线和Gumbel型分布曲线与经验点据拟合

从图5中可以看出，Pearson-Ⅲ型分布曲线和经验点据的配合程度较好的是适线1（即cs=2cv=0.06）。但当潮位在5.10—5.30 m的高值之间或超过5.70 m时，Pearson-Ⅲ型分布曲线配合程度不好。

4.3.3 Gumbel型分布曲线绘制

根据所求出的 p和hp的值可以做出Gumbel型分布曲线（见图6）。可以看出：Gumbel型分布曲线与经验点据拟合程度较好，但当潮位在5.50—5.70 m的高值之间时，Gumbel型分布曲线与经验点据配合程度不好。

4.3.4 拟合经验点据

根据Pearson-Ⅲ型分布曲线和Gumbel型分布曲线与经验点据拟合程度，从图7可以看出：当潮位在5.10—5.30 m的高值之间时，Gumbel型分布曲线配合程度较好；当潮位在5.30—5.50 m之间，Pearson-Ⅲ型分布曲线和Gumbel型分布曲线与经验点据拟合程度都较好；当潮位在5.50—5.70 m的高值之间时，Pearson-Ⅲ型分布曲线配合程度较好；当潮位出现超过5.70 m的高值时，Gumbel型分布曲线与经验点据的分布规律拟合度较好。故本文尝试运用Pearson-Ⅲ型分布和Gumbel型分布两种概率统计方法分别对北海市沿岸风暴潮发生频率进行估算是可行的。

4.3.5 重现期的计算

根据公式2—8，选择配合程度较好的Pearson-Ⅲ型分布或Gumbel型分布方法进行计算，可得出结论见表7。

表7 北海年极值潮位重现期分布表

5 结论

（1）北海市沿岸平均每年发生风暴增水2—3次，其中较大以上强度的风暴增水每年0.87次，严重以上强度的风暴增水每3年有一次；

（2）北海市沿岸每年4—11月均有可能发生风暴增水，且集中在7—10月，尤以9月最多；

（3）影响北海市沿岸的热带气旋主要以西北行路径为主，且多是穿过雷州半岛或海南岛后在越南沿海登陆，此种情况下，风暴增水曲线表现为周期性波动；

（4）采用Pearson-Ⅲ分布和Gumbel分布来估算风暴增水频度，得出北海市沿岸不同重现期的高潮位值。

[1]中国气象局.热带气旋年鉴[M].北京:气象出版社,1965-2009.

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[3]万弘超,李训强,窦红刚等.海口港风暴潮特征分析[J].海洋预报,2009,26(2):69-77.

[4]黄泽钧.用Excel进行水文频率计算的方法研究[J].科技创业,2006,9:194-195.

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[6]李树华.珍珠港台风风暴潮特征及其预报的初步研究[J].海洋预报,1986,3(4):17-24.

[7]付子琅.台风风暴潮特征及其主要预报方法[J].海洋科学,1979,1:27-33.

[8]王红心,陆惠祥.海南岛沿岸风暴潮特征分析[J].海洋预报,1998,15(2):34-42.

Characteristics of the storm surge along the Beihai coast

HUANG Zi-mei1,2，LI Xiao-wei1,2

(1.The Ocean University of China,Qingdao 266003 China;2.The Ocean Environment Monitors Master Station of Beihai of State Oceanic Administration,Beihai 536000 China)

Based on the tropical cyclone storm surges data from 1965 to 2009 in the Beihai city,the characteristics of storm surges is studied along the coastal region.The results show that there are 2—3 times storm surges occured annually along the Beihai coast,whereas the frequency of serious storm surge is 0.87 times per year and a severe storm surge occurs once every 3 years.The Beihai city are likely to have storm surges from April to November in each year,especially more in 7—10 months and most in September.The tropical cyclones influencing the Beihai coast is mainly in the northwest line of the path,and mostly through the Leizhou Peninsula or along the coast of Hainan Island before landing in Vietnam.Under such circumstances,the storm surge curve showed periodic fluctuations.In addition,the frequency of storm surge is estimated based on Pearson-Ⅲdistribution and the Gumbel distribution.The repcurrence interval of high tide is obtained along the Beihai coast.

Beihai;characteristics of storm surge;repcurrence interval

P444

A

1003-0239（2012）01-0018-06

2011-02-23

黄子眉（1981-），女，工程师，从事海洋环境预报工作。E-mail：huangzm1981@yahoo.com.cn