海洋观测数据在海洋预报和海洋防灾减灾中的适用

陈胜 刘文胜 傅轩诚 韩小燕

摘要：为完善海洋观测体系，提高海洋观测数据在海洋预报和海洋防灾减灾中的适用性，文章以海洋经济较发达和遭受海洋灾害较多的温州市和台州市为例，选取潮位、波浪和水温3个重要海洋观测要素，分析海洋观测数据在海洋预报和海洋防灾减灾中的适用，并提出对策建议。研究结果表明：由于观测时间较短、地理位置特殊和数据代表性不足，海洋观测站的潮位数据未能在台风风暴潮的预报和防灾减灾中有效发挥作用;由于波浪观测仪器布设位置的地形阻挡和观测站少，波浪数据的预报准确性和实际应用不足;个别观测站的水温数据不适用于大面海洋环境和赤潮的预报，且缺少对低温灾害的观测。针对海洋观测数据的实际应用与相关业务脱节的问题，未来应提高观测数据质量、紧密结合当地海洋预报和海洋防灾减灾工作需求、开展重点目标保障预报工作以及加强海洋观测宣传教育。

关键词：海洋观测站;观测数据;海洋预报;防灾减灾;数据应用

中图分类号：P717;X43文献标志码：A文章编号：1005-9857（2019）02-0024-05

The Application of Ocean Observation Data in Marine Forecasting and Marine Disaster Prevention and Mitigation：Take Wenzhou and Taizhou as Examples

CHEN Sheng1，LIU Wensheng1，FU Xuancheng2，HAN Xiaoyan1

（1Wenzhou Marine Environmental Monitoring Center，Wenzhou 325013，China;

2The First Surveying & Mapping Institute of Zhejiang Province，Hangzhou 310012，China）

Abstract：The paper took Wenzhou and Taizhou as examples，selected tidal level，wave and surface water temperature as important ocean observation elements，analyzed the application of ocean observation data in marine forecasting and marine disaster prevention and mitigation.The results showed that tidal data failed to play an effective role in typhoon storm surge prediction，disaster prevention and mitigation due to short observation time，special geographical location and insufficient representation of data，wave data need to be strengthened in forecast accuracy and practical application，because of the observation instruments laying location and few sites，surface water temperature data from individual observing station were not suitable for predicting of largescale marine environment and red tide.To solve the above problem，this paper provided some suggestions： the quality of observation data should be improved，the forecast of key guarantee objectives should be developed and the popular science propaganda of ocean observation should be strengthened.

Key words：Ocean observation station，Observation data，Marine forecasting，Disaster prevention and mitigation，Data application

0引言

我國已初步建成由海洋观测站、海洋调查船（志愿观测船）、海洋浮标、雷达观测站、飞机（无人机）和遥感卫星等组成的海洋立体观测网络[1]，获取了大量海洋水文和气象观测数据，为海洋防灾减灾、海洋环境保护、海洋科学研究和应对全球气候变化等做出巨大贡献[2]。

温州市和台州市地处浙江省中南部沿海，东濒西北太平洋，遭受的海洋灾害包括台风风暴潮、灾害性海浪和赤潮等，此外冬季海表水温降低也对海水养殖业造成损失。目前温州市和台州市已形成较为系统和完善的海洋观测体系，随着海洋经济的迅速发展，当地政府不断提升对海洋防灾减灾的关注度，对海洋预报的多样性、准确性和精细化程度提出更高的要求，海洋观测数据被逐步应用到海洋预报和海洋防灾减灾领域。但目前海洋观测数据的实际应用与相关业务存在脱节的现象，不能完全满足海洋预报和海洋防灾减灾工作的需求。

本研究根据温州市和台州市沿海地区海洋观测基层工作实际，选取潮位、波浪和水温3个与海洋预报和海洋防灾减灾密切相关的观测要素，分析海洋观测数据在海洋预报和海洋防灾减灾中的适用，并提出对策建议。

1主要海洋观测数据的适用

本研究对布设在温州市和台州市沿岸的6个水文观测站、28个海洋观测站和1个海上综合观测平台进行观测数据适用分析，具体站位分布如图1所示。

11潮位数据

温州市和台州市沿海地区受台风风暴潮侵袭严重，1971—2013年平均每年约有45个热带气旋影响沿海地区的潮位。当地政府在对台风风暴潮开展预报和防灾减灾的过程中，主要依靠水文观测站的潮位数据，而许多海洋观测站未能有效发挥作用，主要有3个原因。

111观测时间较短

温州市和台州市水文观测站潮位数据的时间序列超过60年，且很早就被应用于海洋防灾减灾工作，当地政府对其接受度和认可度较高。随着海洋事业的发展，海洋观测站逐步覆盖温州市和台州市沿海地区，但除坎门站建站至今已超过80年外，其余站的观测时间最长仅为11年，很难在短期内被当地政府应用于台风风暴潮的预报和防灾减灾工作。

112地理位置特殊

基于国防安全的需求和技术手段的限制，很多海洋观测站建于半岛或海岛，有的甚至建于孤岛，交通和通信十分不便[2]。由于海岛与大陆之间的水准测量精度较低，且海岛的测量条件不如陆地，难以满足前后视距相同和视线离地高度等要求，导致测量误差加大。由于目前海洋防灾减灾统一采用1985国家高程基准，海岛观测的潮位数据存在换算困难和精度较低等问题，现阶段尚未在海洋预报和海洋防灾减灾的实际工作中应用。

113数据代表性不足

受地形条件限制，有些海洋观测站潮位数据的代表性有所减弱，无法满足当地政府海洋预报和海洋防灾减灾的工作需求。如，坎门站历史悠久，其东南向临海，验潮井的西南向有1个直径约60 cm的进水孔，验潮井所在点没有大江大河注入，潮汐不受降水和径流影响[3];根据对坎门站增水极值大于50 cm和台风登陆强度超过980 hPa的22个风暴潮过程的分析，增水极值出现的时间与天文高潮相重合的占73%，尤其以南登型和近岸转向型最为突出，其增水极值均出现在天文高潮时[3]，出现这一特殊增水规律估计与验潮井的位置类似“瓶颈”有关，导致消波作用较差[4]，对高潮位的非线性增水有一定影响[3]。因此，海洋观测站的地形可能导致相邻岸段或观测站未达警戒潮位，而该站已出现超警戒潮位的情况，增加了海洋预报和海洋防灾减灾的难度。

12波浪数据

温州市和台州市沿海地区遭受的次要海洋灾害即灾害性海浪。引发灾害性海浪的天气过程包括热带气旋、冷空气和出海气旋等。一般情况下，沿海地区出现25 m以上波浪就容易引发灾害，对海洋渔业和海上交通等造成严重影响。据统计，1990—2014年温州市南麂海域25 m以上灾害性海浪共发生198 d，平均每年发生79 d;每月均有发生，且集中于7-10月。

目前温州市和台州市开展业务化波浪观测的海洋观测站主要包括大陈站、洞头站和南麂站。大陈站和南麂站观测时间较长，经历人工观测和波浪浮标观测;洞头站观测时间较短（自2003年开始），采用波浪浮标观测;头门站、石塘站、石砰站和渔寮站于近年建成，采用X波段雷达观测，但尚未实现业务化应用。一直以来，大陈站、洞头站和南麂站观测的波浪数据不仅发挥积极有效的海浪预报参考和后评估作用，而且其多年统计值为海洋基本建设项目的立项和生产等提供科学可靠的防灾减灾依据[5]，然而在实际业务化预报中仍然存在不足。

从发生频率来看，受观测仪器布设位置的影响，大陈站波浪集中在ENE—SE向，洞头站波浪集中在N—E向，南麂站波浪集中在E—ESE向。具体原因为：大陈站波浪浮标布设在下大陈岛东侧海域，SW—N向波浪受地形阻挡;南麂站波浪浮标布设在南麂列岛东南侧海域，W—N向波浪同样受地形阻挡;洞头站波浪浮标布设在状元岛东侧海域，S—NW向波浪不同程度地受地形阻挡。因此，波浪浮标在实际观测中对上述方向受阻波浪的敏感度较差，较难捕捉波浪的起伏过程，灾害性海浪预报和后评估的准确性也受到一定的限制。

此外，由于波浪观测站少，沿海地区的海浪预报一直以海岛观测站的波浪数据为参考，并结合数学模型计算得出，在预报准确性和实际应用方面存在不足。

13水温数据

温州市和台州市沿海地区还经常遭受赤潮侵袭，每年5—6月赤潮都会集中暴发。据统计，2004—2014年温州市赤潮多发区共发生赤潮51次，平均每年发生46次。研究表明，海表水温是赤潮生消的原因之一[6]，研究其变化规律对赤潮的预报和防灾减灾具有现实意义。

海表水温是物理海洋要素，是少数进入国际气象官网定时观测内容的海洋要素之一，目前温州市和台州市沿海地区的海洋观测站均开展对海表水温的观测。韩小燕等[7]初步统计和分析浙南沿海地区长时间序列的海表水温，发现受观测位置的地理环境、海水热容量和流系等因素的影响，海表水温的变化规律不尽相同，因此观测数据的应用范围也较多样。

个别观测站（如沙港头站）位于电厂温排水口附近，海表水温受温排水影响较大，1 d之内的温差有时在40℃～50℃，且明显比周围观测站要高。这些海表水温数据可被很好地应用于温排水的研究，但不适用于大面海洋环境和赤潮的预报。

此外，個别观测站受岩石和水热学性质差异以及自身布设情况的影响，观测的海表水温数据与其他观测站在变化规律上有所不同。如，作为海岛观测站的坎门站，1960—2009年共有807%的月平均水温呈现20时与14时持平或略高的特征，二者的差值基本在-03℃～05℃，其观测数据同样不适宜作为大面海洋环境和赤潮预报的参考。

除赤潮灾害外，低温灾害也是与海表水温有密切关系的海洋灾害，其对海水养殖业同样可造成不同程度的损失。但由于低温灾害具有偶发性，同时对于海表水温变化与养殖鱼类生命周期的关联性研究尚有不足，加之养殖区附近并没有布设相应的观测站开展海表水温观测，现有的海表水温数据无法对低温灾害进行有效的分析和预报。

2对策建议

21提高观测数据质量

由于海洋观测站具有位置固定、建设投资少和受恶劣天气影响小的特点[8]，海洋预报和海洋防灾减灾对其观测数据的需求日益迫切，提高观测数据质量以促进其应用是关键所在。

海洋观测站应严格把控观测数据的填报过程，同时采用科学的分析方法对观测数据进行校核和检验：对于水温、潮位、气温和气压等连续性观测的海洋要素，采取相关性检验以剔除异常值;用分布拟合的方法检验数据的平稳性和确定异常值，如可利用潮位在正常情况下随时间规律变化的特性，拟合补全其缺漏数据或判断其异常值。

海洋观测要素的变化情况不仅应符合其自身变化规律，而且应符合区域变化规律。如，2016年7月13-16日南麂站的海表水温由280℃降至237℃，降幅高达43℃;南麂站是受外界影响较小的海岛观测站，该降温情况在夏季高温天气影响下极为异常，此时就需要与附近海域观测站的观测数据进行对比，从而判断其可靠性和发生原因。

22紧密结合当地海洋预报和海洋防灾减灾工作需求

温州市和台州市依山傍海，地形以山地丘陵为主，境内平原以海积平原为主，遍布二市东部沿海。同时，二市沿海地区经济发达、人口聚集、海洋产业密布，且每年均遭受不同程度的海洋灾害，是当地防灾减灾的重点区域。海洋观测工作应紧密结合二市沿海地区海洋灾害的主要特征和防灾减灾的重点需求，在条件允许的情况下开展潮位、波浪和水温观测。

（1）根据浙江省沿海地区各岸段的4色警戒潮位，在温州市和台州市沿海地区各岸段开展潮位观测，便于与水文观测站的观测数据对比，为今后被纳入常规潮位预报工作奠定基础，同时为台风风暴潮精细化预报和防灾减灾提供翔实的依据。

（2）开展沿海地区波浪观测，弥补目前观测数据短缺的不足，为温州市和台州市的海上交通、渔船作业和海上平台等提供精细化波浪预报，保障航行和生产安全。

（3）在温州市和台州市的赤潮多发区域开展海表水温观测，跟踪监测赤潮发生、发展和消亡各时期的水温变化，从而掌握赤潮动态，减少赤潮对海水养殖的损害。考虑到近年来低温灾害对温州市和台州市海水养殖的影响，有选择性地在部分养殖区开展海表水温观测和冻害研究，不仅有利于减少灾害损失，而且有利于完善海洋预报和海洋防灾减灾体系。

23开展重点目标保障预报工作

随着海洋经济的快速发展，电厂、码头和大型围填海等各种涉海工程相继建设和投入生产。海洋环境变化会对涉海工程施工和营运的安全产生较大影响，重点目标保障预报工作应运而生。

观测是预报的基础和前提[9]。目前许多涉海工程的选址与海洋观测站相距甚远，海洋观测工作无法满足保障预报的业务需求。因此，应在涉海工程及其邻近海域布设海洋观测站，对主要海洋要素进行阶段性或连续性观测，不仅有利于重点目标保障预报工作的有效开展，而且对现有海洋观测体系是强有力的补充，可弥补海洋观测站分布稀疏和不均匀[9]的现状，丰富区域海洋观测数据。

24加强海洋观测宣传教育

海洋观测是社会公益事业，是保障沿海地区经济持续和健康发展的有利措施。目前我国在海洋观测宣传教育方面还存在诸多不足：基础教育在非沿海地区几乎未有涉及，在绝大多数沿海地区也仅作为特色教育开展，导致青少年海洋意识淡薄，对海洋观测了解较少;海洋观测知识的社会普及率和传播率低，教育形式的多样性也亟待提升[10]。因此，应从学校和社会2个方面加强海洋观测和海洋防灾减灾的宣传教育，通过开放参观海洋观测设施等活动，采用互联网等媒介扩大宣传教育力度，促进全民参与，不断提高全社会尤其是沿海地区公众对海洋观测的认知水平，同时自觉保护海上浮标和近岸测波仪等海洋观测设施。

参考文獻

[1]许林之.海洋环境观测预报在沿海经济建设中的作用[J].海洋开发与管理，1998，15（4）：39-42.

[2]林春梅，余麒祥，曹宇峰.浅谈海洋台站工作的管理[J].海洋开发与管理，2013，30 （4）：44-47.

[3]马林芳，卢益炳，韩小燕.坎门站台风风暴潮特征分析[J].海洋预报，2012，27（6）：29-34.

[4]李宝泰.东海沿岸假潮基本特征[J].海洋通报，2000，19（3）：1-7.

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[6]张少峰，李武全，林明裕，等.涠洲岛海域赤潮发生与海洋水文气象关系初步研究[J].广西科学，2009，16（2）：200-202.

[7]韩小燕，潘晓东，马林芳.浙南沿岸海表面温度分布特征[J].海洋通报，2011，30（6）：200-202.

[8]温玉波.海洋环境观测数据的质量控制研究[J].农业网络信息，2014（2）：35-38.

[9]杨锦坤，武双全，杨扬.海洋观测网规划支撑体系与系统架构设计探讨[J].海洋信息，2015（3）：29-33.

[10]王炜，高艳波，齐连明，等.我国业务化海洋观测发展研究：借鉴美国综合海洋观测系统[J].海洋技术学报，2014，33（6）：34-39.