福建省风暴潮时空分布特征分析

董剑希，李涛，侯京明

（1.国家海洋环境预报中心，北京　100081；2.国家海洋局海洋灾害预报技术研究重点实验室，北京　100081）

福建省风暴潮时空分布特征分析

董剑希1，2，李涛1，侯京明1

（1.国家海洋环境预报中心，北京100081；2.国家海洋局海洋灾害预报技术研究重点实验室，北京100081）

分析20世纪50年代以来福建省7个有代表性验潮站的近700站次台风风暴潮过程，利用建立的风暴潮评价指标，对福建省风暴潮的时空分布特征开展研究。结果表明：福建省风暴潮主要出现在7月至10月，其中以8月最多，9月次之；风暴潮灾害主要发生8月和9月，以9月居多。各级风暴潮中，增水为50~100 cm的风暴潮次数约占70%，沿海各区域中，风暴潮频发区和严重区为闽江口，风暴潮次数明显偏多、偏强；风暴潮灾害频发区为闽江口，风暴潮灾害严重区则依次为闽江口和宁德区域。1954-2008年间，风暴潮发生次数总体呈现上升趋势；风暴潮灾害呈较明显的上升趋势。

风暴潮；风暴潮灾害；时空分布；历史趋势

风暴潮是来自海上的一种巨大的自然灾害现象（冯士筰，2000），是导致全球生命财产损失最严重的自然灾害之一，也是影响我国最严重的海洋灾害。夏秋之时，东南沿海频繁遭受台风风暴潮袭击（叶琳等，2002），其中尤以浙江、福建和广东省为重，每年均有发生并且成灾率较高，造成严重的人员伤亡和经济损失。

目前风暴潮研究取得了很多的成果，以风暴潮数值模型研究为多，于福江等建立了一个覆盖东海的两重嵌套网格高分辨率台风暴潮数值预报模式（于福江等，2002），利用Kalman滤波资料同化技术将海洋站水位观测资料融入二维线性风暴潮模式优化预报结果（于福江等，2002），冯兴如研究了波至辐射应力对桑美风暴潮的影响（Feng et al，2011）。随着资料的丰富，国内外对历史风暴潮的研究也逐渐得到重视，Needham等（2012）首次建立了美国海湾的风暴潮数据库，包括1880年以来195次风暴潮过程的各点峰值风暴潮，开展了空间分布分析，揭示美国西海岸风暴潮强度和频率的变化等。我国也在风暴潮历史变化方面开展了研究，杨桂山（2000）基于中国沿海近50年风暴潮灾时间变化和空间分布特点的分析着重探讨了长江、珠江等三角洲历史记录和近50年实测风暴潮灾发生频次的变化及其与气候波动的关系。但是目前在国内尚未就某一区域开展全面、系统的风暴潮特征分析研究。

福建省作为风暴潮严重的区域之一，1954-2008年间福建省共计发生台风风暴潮过程287次，超过5次/年，居各省之首。历史上曾多次记载福建省风暴潮（本文指台风风暴潮，下同）灾害损失，例如1969年，6911台风风暴潮宁德沿海6个乡镇的海堤全部被毁，海水倒灌使农田、村庄被淹没，全省死亡70余人（杨华庭等，1993）；“桑美”风暴潮则造成福建省死亡324人（国家海洋局，2006）。《中国海洋灾害公报》统计数据表明，“十五”期间，福建省风暴潮灾害直接经济损失267.93亿元，占全国风暴潮灾害经济损失的42%。

本文选取福建省典型潮位站，分析了建国以来风暴潮资料和风暴潮历史灾害资料，探讨了福建省风暴潮时间（月际和年代际）分布特征和空间分布特征，对沿海经济发展规划、应急管理及风暴潮研究人员具有重要的参考价值。

1　风暴潮评价指标建立

为了更好的探讨风暴潮时空分布特征，在深入分析风暴潮资料的基础上，选择风暴潮、超警戒风暴潮两个因子为代表分别开展福建省风暴潮和风暴潮灾害特征研究，其中超警戒风暴潮表示一次风暴潮过程高潮位超过当地警戒潮位的情况，综合反映风暴潮强度以及是否和高潮位叠加，和风暴潮致灾程度有直接关系（方伟华等，2011），考虑超警戒的不同程度，分别在渤黄海、东海和南海海区利用超警戒风暴潮和直接经济损失拟合建立了近似相关方程，其中东海海区的相关系数可达0.8，因此超警戒风暴潮可以较好地代表风暴潮灾害，据此开展了福建省风暴潮和风暴潮灾害特点研究。按照风暴增水等级划分标准，本文中风暴潮均指风暴增水大于或等于50 cm的风暴潮。

以风暴增水量值的大小来表征风暴潮强度，依据增水大小分为：特大、大、较大、中等和一般5个等级，分别对应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级。具体划分见表1。

表1　风暴增水等级划分（单位：cm）

超警戒风暴潮依据最高潮位超过当地警戒潮位的值分为：特大、严重、较重和一般4个等级，分别对应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级。具体划分见表2。

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表2　风暴潮超警戒等级划分（单位：cm）

2　代表性验潮站选取

选取了福建省7个有代表性的、具有长时间序列潮位资料的验潮站，选择的验潮站包括沙埕、三沙、梅花（琯头）、平潭、崇武、厦门和东山站，这些站分别分布在福建省北部、中部和南部沿海，所处位置代表性良好。7个验潮站资料的时间序列均在40a以上，见表3。以此分离的风暴潮数据可以很好地代表福建省台风风暴潮的特点，其中梅花站和琯头站分别位于闽江口南岸和北岸，均可代表闽江口风暴潮情况，为了避免重复，选取其二者中风暴潮较大者来代表闽江口风暴潮。在此基础上，分析了风暴潮及风暴潮灾害月际和年代际分布特征。

表3　选取的验潮站及资料年限

3　福建省风暴潮时空分布特征研究

统计分析了每次风暴潮过程的起因、最大风暴增水及发生时间、最高潮位及出现时间、高潮位超过当地警戒潮位等，在此基础上，绘制了福建省各级风暴增水逐月分布图、各等级超警戒风暴潮逐月分布图，风暴潮及超警戒风暴潮空间分布图等，开展福建省风暴潮及风暴潮灾害分布特征分析。

3.1月际分布特征

从图1-图2可以看出，福建省风暴潮发生时间为5-11月，其中7-10月发生次数较多并且明显多于其他月份，又以8月和9月为发生次数最多的2个月；各级风暴增水中，Ⅴ级所占比例约为72%，以8月和9月居多，7月和10月次之；Ⅳ级约占22%，主要发生在8月—9月；Ⅲ级及以上的风暴增水发生次数明显减少，7月和8月次数接近，为最多；Ⅱ级风暴增水次数仅占1%，发生在7-9月，以9月居多。

因此，8月和9月为福建省发生风暴潮较为频繁的月份，较大及以上风暴增水也主要出现在8月和9月；福建省历史上没有出现过Ⅰ级风暴增水。

浙江省、福建省和广东省均为我国受风暴潮影响严重的省份，三个省中，福建省风暴增水发生次数最多，时间范围也最广；浙江省Ⅱ级及以上风暴增水所占比例最高，略高于广东省，均明显高于福建省，浙江省和广东省均出现过Ⅰ级风暴增水。

3.2年际分布特征

图3—图4表明，福建省风暴潮发生次数年代际变化幅度相对较小，从50年代起呈现快速的上升趋势，50年代后期和60年代前期达到峰值并保持了一段时间，之后有所减少，70年代前期达到第二次峰值，然后以小幅波动为主，期间70年代前期、80年代后期至21世纪2008年出现的次数相差不大，1990年每站平均发生次数超过4.0次，为历年最多。

图1　风暴增水逐月分布

图2　各级风暴增水逐月分布

各级风暴增水中，Ⅴ级风暴增水次数的年代际变化趋势与总次数的变化趋势较为一致，只是波动起伏稍大。Ⅳ级风暴增水从50年代起一直呈现缓慢小幅上升趋势，90年代起以振荡波动为主。Ⅲ级风暴增水的变化幅度则较大，70年代起下降幅度明显，之后至80年代后期为上升期，在小幅波动后从90年代中后期起呈现较为明显的上升趋势。Ⅱ级风暴增水出现的年份明显减少，仅在1960、1961、1969、1971、1982、1996和2005等7年中出现过，分别由6008号、6122号、6911号、7123号、8209号、9608号及0505号台风引起。强风暴潮是否和天文高潮叠加是随机性的，可以发生在天文潮的任何时段，Ⅲ级以上风暴潮次数的增加在一定程度加大了超警戒风暴潮发生的几率。

图3　大于50 cm风暴增水年际变化

Ⅱ级风暴增水出现的年份明显减少，仅在1960、1961、1969、1971、1982、1996和2005等7年中出现过，分别由6008号、6122号、7123号、8209号、9608号及0505号台风风暴潮引起，福建省历史上没有出现过Ⅰ级风暴潮。

（图待续）

图4　各级风暴增水年际变化

3.3空间分布特征

综合考虑福建省各代表性验潮站的风暴潮及各级风暴增水的发生次数及所占比例，绘制了福建省台风风暴潮空间分布图，见图5。

如图5所示，福建省北部、中部及南部沿海均有风暴潮发生，各代表站依次代表宁德、闽江口、平潭、泉州、厦门及漳州沿海。可以看出，闽江口为风暴潮频发区，次数明显多于其它沿海区域，平均2.9次/年，泉州沿海次之，平均2次/年，宁德和厦门沿海较为接近，分别为1.8次/年和1.7次/年，漳州沿海1.5次/年；闽江口也为福建省风暴潮严重区，仅在闽江口发生过Ⅱ级风暴潮，约占2.6%，Ⅲ级风暴潮所占比例明显增大，约为12.6%；其它沿海Ⅲ级风暴潮的发生次数非常少，宁德和平潭沿海为2次，厦门和东山沿海为1次；总体来看，福建沿海以Ⅴ级和Ⅳ风暴潮为主，Ⅴ级风暴潮所占比例均超过50%，其中闽江口为河口区域，较为平坦，易于发生风暴潮，为风暴潮频发区和严重区。

4　福建省风暴潮灾害空间分布特征研究

4.1月际分布特征

超警戒风暴潮与风暴潮强度及天文潮高度密切相关，8-10月为福建省天文潮较高的时期，也是风暴潮的频发期，特别是Ⅲ级以上风暴潮主要出现在这期间，较高的天文潮以及较强的风暴潮增加了风暴潮超警戒的几率。

从图6-图7可以看出，福建省超警戒风暴潮发生时间跨度较大，为5-11月，其中7-10月的次数明显多于其它月份，又以8月和9月居多；各级超警戒风暴潮发生在8月和9月的次数也多于其它月份，其中9月偏多。超警戒风暴潮中，Ⅳ级所占比例约为65%；Ⅲ级约占总次数的30%；Ⅱ级则明显减少，仅占总次数的5%，发生在7-10月，8月最多，7月次之；福建省历史上没有发生过Ⅰ级超警戒风暴潮。

图5　福建省台风风暴潮空间分布

图6　超警戒风暴潮逐月分布

在对浙江省、广东省超警戒风暴潮的分析中发现，浙江省、福建省和广东省三个省超警戒风暴潮的频发期略有不同，浙江省以8月和9月发生的次数较多，其中8月最多，福建省8月和9月的次数较多，以9月为最多，广东省则以7月和9月次数偏多，又以7月居多。各级超警戒风暴潮所占比例也有所不同，广东省Ⅱ级及以上所占比例与浙江省较为接近，远高于福建省。浙江省和广东省均发生过Ⅰ级超警戒风暴潮。

图7　各级风暴潮超警戒逐月分布

4.2年际分布特征

从年代际变化图（图8-图9）中可以看出，福建省超警戒风暴潮年代际变化呈现明显的上升趋势，从50年代后期起呈现上升趋势，特别是在80年代前期至90年代中后期，上升幅度较大，之后起伏波动趋势。

各级超警戒风暴潮发生次数变化趋势不尽相同，Ⅳ级从50年代起至90年代前期为波动式上升趋势，之后有所减低，90年代中后期后开始缓慢上升；Ⅲ级在80年代前期至90年代中后期呈缓慢上升趋势，之后为振荡起伏态势；Ⅱ级也是在90年代前期至90年代中后期呈快速上升态势，90年代后期下降速度较快；可以看出，福建省超警戒风暴潮中，Ⅲ级及以上主要发生的年份为90年代至21世纪前10年中期。

全球变暖从两个方面影响超警戒风暴潮，一方面，热带气旋强度会有所增加（吴立广，2009）；另一方面，全球海平面也会上升。《2012年中国海平面变化状况》表明，中国沿海海平面变化总体呈波动上升趋势，1980年至2012年，中国沿海海平面上升速率为2.9 mm/年，高于全球平均水平。

图8　超警戒风暴潮年际变化

4.3空间分布特征

如图10所示，福建省北部、中部及南部沿海均有超警戒风暴潮发生，但出现的次数却差别较大，其中宁德沿海和闽江口发生次数最多，为超警戒风暴潮频发区，其次为平潭、崇武和东山沿海，以厦门沿海发生的次数为最少。

（图待续）

超警戒风暴潮频发区也为风暴潮灾害严重区，闽江口发生超警戒风暴潮的平均次数为1.31次/年，宁德沿海为1.3次/年，上述区域均发生过Ⅱ级以上超警戒风暴潮，所占比例也明显高于其它区域，分别为10.0%和6.4%；平潭和泉州沿海仅发生过1次Ⅱ级超警戒风暴潮，厦门和东山沿海则只发生过Ⅲ级和Ⅳ级超警戒风暴潮。图中也表明，福建省沿海超警戒风暴潮中以Ⅳ级所占比例最高，特别是在厦门、漳州沿海，Ⅳ级风暴潮约占比例分别为75%、77%，闽江口Ⅳ级所占比例最低，约为48%。因此宁德沿海和闽江口为福建省风暴潮灾害频发区和严重区。

图9　各级超警戒风暴潮年际变化

图10　福建省超警戒风暴潮空间分布图

5　结论

选取福建省7个典型的、具有长时间序列潮位资料的验潮站，分析、探讨了福建省风暴潮及风暴潮灾害时空分布特征。结果表明：

（1）福建省风暴潮主要发生时间为7-10月，其中8月和9月发生次数相近并且明显多于其他月份；从年代际变化来看，福建省风暴潮发生次数年代际变化幅度较小，总体呈微幅上涨趋势，Ⅲ级风暴潮的变化幅度则较大，从90年代中后期起呈现较为明显的上升趋势；风暴潮空间分布则表明，风暴潮频发区和严重区为闽江口，风暴潮发生次数和强度超过其它区域。

（2）福建省风暴潮灾害主要发生时间为7-10月，9月最多；福建省超警戒风暴潮年代际变化呈现明显的上升趋势，特别是在80年代前期至90年代中后期，上升幅度较大，Ⅲ级以上超警戒风暴潮次数呈现增多趋势；从空间分布看，风暴潮灾害频发区和严重区为宁德沿海和闽江口，和其它区域相比，超警戒潮位的次数偏多，强度偏强。

（3）与浙江省和广东省相比，福建省没有发生过Ⅰ级风暴潮和Ⅰ级超警戒风暴潮，Ⅱ级风暴潮和Ⅱ级超警戒风暴潮所占比例也偏低。总体来看，福建省风暴潮强度和风暴潮灾害严重程度低于这两个省份。

Feng X R,2011.The effect of wave-induced radiation stress on storm surge during Typhoon Saomai（2006）,Acta Oceanol.Sin.,30(3):20-26.

Hal F N,Barry D K,2012.A storm surge database for the US Gulf Coast. International Journal of Climatology,32:2108-2123.

方伟华，王静爱，2011.综合风险防范数据库、风险地图与网络平台，北京，科学出版社.

冯士筰，2000.风暴潮的研究进展.世界科技研究与发展，20（4）：44-47.

国家海洋局.2006年中国海洋灾害公报

吴立广，2009.全球变暖背景下热带气旋强度变化趋势的研究.第十五届全国热带气旋科学讨论会.

杨桂山，2000.中国沿海风暴潮灾害的历史变化及未来趋向，9（3）：23-30.

杨华庭，田素珍，1993.中国海洋灾害四十年汇编（1949-1990）.海洋出版社，1993.

叶琳，于福江，2002.我国风暴潮灾的长期变化与预测，海洋预报，19 （1）：89-96.

于福江，2002.一个东海嵌套网格台风暴潮数值预报模式的研制与应用.海洋学报，24（4）：23-33.

于福江，2002.一个稳态Kalman滤波风暴潮数值预报模式.海洋学报，24（4）：23-33.

（本文编辑：岳心阳）

Analysis on the spatial and temporal distribution characteristics of the storm surge of Fujian Province

DONG Jian-xi1，2，LI Tao1，HOU Jing-ming1
（1 National Marine Environmental Forecast Center，Beijing100081，China；2 Key Laboratory of Marine Environmental Information Technology（MEIT），State Oceanic Administration，Beijing 100081，China）

Utilizing the storm surge evaluation indices established，a research on the spatial and temporal distribution characteristics of storm surge of Fujian Province is launched by analyzing nearly 700 typhoon surge events observed by 7 representative tide stations in Fujian Province since the 50 s of the 20th Century.The results indicate that the storm surge of Fujian Province mainly occurs from July to October.Storm surge occurs most frequently in August and then in September，and the storm surge disaster mainly occurs in August and September and occurs most frequently in September.Among storm surge events with the surge height greater than 50 cm，the frequency of storm surge with the surge height of 50-100cm accounts for approximately 70%.Minjiang estuary is an area with frequent occurrence of serious storm surge events.The frequency and magnitude of storm surges in this area are obviously above the average level，and Minjiang estuary is also an area where the storm surge disaster occurs very frequently.Minjiang estuary and Ningde coastal areas are vulnerable to the storm surge disaster in Fujian Province.The total number of the occurrence of storm surges presented a rising trend from 1954 to 2008，and the storm surge disaster presented a relatively obvious rising trend in this period.

storm surge;storm surge disaster;spatial and temporal distribution;historical trend

董剑希（1973-），女，硕士，高级工程师。主要从事风暴潮预报与研究。电子邮箱：djx@nmefc.gov.cn。

P76

A

1001-6932（2016）03-0331-09

10.11840/j.issn.1001-6392.2016.03.012

2015-05-22；

2015-06-30

海洋公益性行业科研专项（200905013）。