东沙群岛附近海域风候特征分析

2018-08-01高占胜

装备环境工程 2018年7期

高占胜

（海军大连舰艇学院航海系，辽宁大连 116018）

近代以来，随着武器装备的飞速发展，精准率和杀伤力得到惊人的提升，同时对自然环境的依赖也愈发严重[1-4]。在以机械化、信息化主导下的近代战争中，海洋环境因素仍对军事行动起着决定性的影响。根据海上气象条件，制定与实际环境相适合的科学战法是战场决胜的关键。海洋环境对舰艇活动、海战场环境建设、航线选择、登陆作战、布设鱼水雷、舰载机起降、导弹出水姿态、掠海飞行、非战争军事行动（如海洋权益维护、海上搜救）等都有着重要影响。相比陆地，海洋资料获取的难度更大，海洋资料稀缺大大限制着人类认知海洋的能力。齐义泉等[5-6]还利用1987—1988两年的Geosat高度计遥感资料，对南海的海表风场、浪场的月平均、季平均特征进行过分析。研究发现，南海的月平均海表风速和SWH在东北季风期较大，季风过渡季节较小，且在12月达到最大，5月最小；在西南季风期间，海表风速和SWH均呈现出南大北小的特点，其余季节则表现出由南向北增强的分布特征，在10°N，110°E附近海域为常年的风速和波高大值区。李训强等[7]曾利用CCMP风场分析了中国海域的风候特征，指出中国海的海表风速在MAM（March, April, May）期间为全年最低，在DJF期间达到全年最大。极值风速的大值区分布于渤海中部海域、琉球群岛附近海域和台湾以东广阔洋面、台湾海峡、东沙群岛附近海域、北部湾海域、中沙群岛南部海域。王静等[8]利用T/P高度计反演的约59个月（1992年10月23日—1997年8月12日）的海表风速，采用 EOF方法对南海的海表风场的研究，初步判定风场的第一典型场可能是季风强盛期的风场特征，第二典型场则体现出季风转换期的风场特征。

前人对中国近海的风候（风场气候态）特征分析做出过巨大贡献，整体来看，现有数据空间分辨率整体偏低，不能很好地聚焦一些关键海域。文中利用具有高精度的CCMP风场资料，统计分析了近22年期间东沙群岛附近海域的风候特征，为军地海洋建设作出了积极贡献。

1 资料简介

CCMP（Cross-Calibrated, Multi-Platform）风场来自ESE（NASA Earth Science Enterprise），它结合了ADEOS-II（Advanced Earth Observing Satellite, 2ndGeneration）、QuikSCAT、TRMM TMI（Tropical Rainfall Measuring Mission Microwave Imager）、SSM/I（Special Sensor Microwave Imager）、AMSR-E（Advanced Microwave Scanning Radiometer-Earth Observing System）几种资料，利用变分方法得到。其时间分辨率为6 h，空间分辨率为0.25°×0.25°，时间范围从1987年7月至2009年12月，空间范围为：78.375°S～78.375°N，0.125°E～359.875°E。该风场具有很高的精度和时空分辨率，被国内外广泛运用[9-11]。

2 风候统计分析

2.1 海表风速的月变化特征

将1988年01月—2009年12月逐6 h的海表风速进行多年月平均，分析东沙群岛附近海域海表风速的月变化特征，如图1所示。东沙群岛附近海域的海表风速呈“W”状双峰型月变化。峰值出现在 11、12和1月期间，海表风速在9 m/s左右；次峰值位于6月，海表风速在6 m/s左右；东沙海域的年平均风速为 6.5 m/s。造成东沙群岛附近海域风速呈双峰型分布特征，应该是冬季风向夏季风转换，夏季风向冬季风转换的两个转换过程造成的。

2.2 海表风速的日变化特征

将1988年01月—2009年12月逐6 h的风速插值为逐3 h，分析东沙海域海表风速的日变化特征，如图2所示。东沙海域的海表风速表现出“U”型日变化特征，海表风速的峰值位于 15:00—00:00时，波谷为 06:00—09:00时，即傍晚和夜间的风速为全天最大，上午为全天最小。值得注意的是，海表风速在各时段之间并无太大差异，日变化范围在 5.545～5.566 m/s之间。

2.3 风力等级频率

海况对海洋工程影响很大，较差的海况会直接影响波能量的采集与转换，还可能对装置造成损坏，甚至损毁。文中利用1988年01月01日00:00时—2009年12月31日18:00时逐6 h的CCMP风场资料和逐3 h的模拟海浪数据，统计了东沙海域的风力等级频率，见表 1。1月，在冬季频繁的冷空气的影响下，大风出现频率明显高于其余季节，其中5级风出现的频率最高，其次是4级风，6级以上大风出现频率为全年最高，能够达到24%左右。3级以下（含3级）风力出现频率在20%左右。7月，主要受西南季风的影响，但风力没有冬季风强劲，因此该月的风力整体小于冬季，4级风出现的频率最高，为33%，其次是3级风（30%），6级以上大风出现频率较低，基本在10%以内。

2.4 风向频率

在风能和波浪能资源的开发过程中，风向和波向频率也是重点关注的要素。利用1988年01月—2009年12月逐6 h的风场资料和逐3 h的海浪场资料，统计了东沙海域的风向频率和波向频率，如图3所示。参照海洋调查标准[12]，波向和风向均划分为十六方位。由图3可以看出，1月和10月，东沙附近海域的风向以NE向为主，1月，NE向出现频率高达60%左右，10月接近40%；7月，受西南季风影响显著，风向以S-SW向为主，其中SSW出现频率最高，在30%左右，S向风出现频率在23%左右；4月，该月属于季风过度季节，风向稍显凌乱，以ENE和SSE向为主。从全年来看，风向以偏东北向为主，S-SW向居其次。

表1 东沙海域的风力等级频率

2.5 海表风速的长期变化趋势

将东沙海域的海表风速从1988—2009年取逐年区域平均，采用一元线性回归方法，分析其逐年线性趋势，如图4所示。相关系数|R|=0.85>R0.05=0.29，通过了95%的信度检验，线性递增趋势显著，回归系数为0.0424。也就是说，在近22年期间，东沙海域的海表风速以0.0424 (m/s)/a的速度显著性逐年线性递增。Zheng[13]、林刚[14]等也曾指出，在近 20余年期间，南中国海的海表风速呈显著的递增趋势，约0.03～0.15 (m/s)/a，文中的结论与之相符。由图4还可以看出，1988—1996年期间，风速的变化趋势比较平稳，年平均风速在5.7 m/s上下轻微波动，1996—1998年期间则表现出明显的递减趋势，并在1998年达到近22年期间的波谷，年平均风速为5.4 m/s，1998—2009年期间则表现出非常明显的递增趋势，如图4所示。