台风期间钱塘江嘉兴段高潮位预报研究

任火良

（浙江省钱塘江管理局嘉兴管理处，浙江 嘉兴 314300）

1 问题的提出

随着气候变化加剧与区域经济社会发展，钱塘江河口地区一旦遭遇强风、暴雨、高潮位“三碰头”等情况，可能会造成较大的灾害损失。据统计，1949 — 2017年，浙江省范围内共发生较大的台风灾害39次，平均0.57次/a；最早发生在5月27日，最迟10月7日。

钱塘江海塘的设计标准主要由相应频率的潮位和相应频率的风力组合来确定。潮位是由天文潮和台风（或洪水）引起的增水组成，其中天文潮是高潮位的基础，增水是在天文高潮位上的叠加值。对嘉兴段而言，影响高潮位增水的因素主要由台风引起的风力以及风向，故每年防台期间掌握辖区钱塘江沿线的高潮位及风力风向是至关重要。

分析台风期辖区受台风影响后的风向与风力大小，较简便地计算辖区高潮位产生的增水，既为水管单位在防台期间能初步计算台风期间产生的高潮位，分析对辖区海塘可能产生的影响，科学地做好应对措施；也为上级防汛指挥机构的防御决策提供技术参考。

2 台风期高潮位预报

2.1 天文潮

台风期间的高潮位主要以天文潮为基础，另加台风引起的增水，两者叠加组成高潮位。而乍浦、澉浦站积累了数十年的测验资料，省钱塘江管理中心每年委托科研单位进行汛期（6 — 10月）天文潮预报，为防汛服务；盐官站目前无天文潮预报，嘉兴管理处通过对澉浦站与盐官站历年的实际潮位资料分析，通过其相关性来预报盐官天文潮。由于天文潮预报与实际潮位存在一些误差，尤其在大潮转小潮或小潮转大潮期间，误差比较大，在防台期间进行高潮位预报时，需要在台风还没有影响的情况下，对天文潮预报值与实际高潮位进行比较，修正天文潮预报存在的误差，作为台风期间天文潮高潮的依据。

2.2 台风增水

2.2.1 台风增水因素

台风增水是由于台风中心产生的低气压造成海平面上升、风力产生波浪向岸推进引起的壅水等因素引起的，与台风所处的位置、风力大小有关，而台风位置、风力大小等因素将直接影响辖区的风向、风力2大因素。台风位置离我们越远，影响越小；风向指向岸线，影响越大；风向背离岸线，影响越小；风力越大，影响越大。通过辖区受台风后的实际风向、风力及增水来建立台风风向、风力与增水的相关性。

2.2.2 风向影响

辖区受台风影响时的风向与台风中心位置有关。一般情况下，台风气旋在没有受到外界气流及副热带高压影响时，按逆时针方向旋转，呈圆柱型，辖区的风向就是圆柱型在辖区边缘交点的切线方向，移动方向呈西北方向。但辖区往往受高空气流影响，如辖区有较强的副热带高压，台风行径过程中受到阻止前行的挤压作用，往往沿副热带高压的边缘方向移动，台风圆柱体会受到挤压变成椭圆柱。具体有3种情况：①副热带高压在台风中心的正西侧，则台风向西行径受阻后，沿副热带高压的东侧边缘向北行径，台风气旋呈南北长轴的椭圆柱，辖区就会出现北风或偏北风；②副热带高压南缘在台风中心的东北侧，则台风向西北行径受阻后，沿副热带高压的东缘向西偏北行径，台风气旋呈东北至西南方向为长轴的椭圆柱，辖区出现北偏东风或偏北风；③台风离辖区较远，辖区受到副热带高压等强对流影响，辖区主风向不受台风的切线风向影响。副热带高压位置及强弱决定台风对辖区的风向，预报时根据气象部门的预报分析辖区的风向。

2.2.3 风力影响

台风影响时，辖区风力预报按照台风行径的预报数据，在拟预报某一时段高潮位时，其高潮位时间台风预测的中心位置与辖区连线，计算出台风中心至辖区的直线距离，按预报的台风中心七级风圈、十级风圈的半径及离辖区的距离估算辖区的风力。若辖区在七级风圈以外，则辖区风力一般小于七级；在七级与十级风圈之间，按七与十级内插估计风力；同理，辖区在十级风圈以内，按十级与台风中心风力内插估计风力。但有些台风中心离辖区较远，若在七级风圈半径以外，辖区又受到副热带高压等强对流的影响，可采用当地气象部门预报值，确定辖区的风力。

2.2.4 过程影响

经过对历史台风增水的比较分析，认为受台风影响从小到大是一个持续的过程，台风的持续时间也是增水预报不能忽视的因素，产生的增水假设为基本增水，用Δh表示。通过按前一次增水的33%，25%，20%作为基本增水，计入到本次增水进行分析，发现本次总增水扣除前一次潮的增水25%后，其增水与风力相关性最好。故按前一潮增水的25%作为这一潮的基本增水Δh。

3 台风增水实例分析

3.1 典型台风影响下乍浦高潮位增水相关性计算

收集1956 — 2008年影响乍浦区域的22个台风，台风期间乍浦站潮位的增水情况，风向为乍浦跟台风中心的连线与风圈半径交点的切线方向；风力按台风中心与乍浦之间距离、所处的七级（或十级）风圈范围进行内插而得；总增水为实际高潮位减去天文潮位，基本增水为前一次增水的25%计取，本次增水是总增水减去基本增水，形成台风期间风力、风向、增水数据表。

按照不同风向分别进行分析，建立风力与增水相关性，采用线性计算公式。

式中：xi为i组的风力（级）；yi为i组的增水（cm）；n为数据组数（组）；lxy为x与y的离均差乘积和（cm2）；lxx为x的离均差平方和（级2）；lyy为y的离均差平方和（cm2）；x 为风力的平均值（级）；y为增水的平均值（cm）；b为线性参数的斜率（cm /级）；b0为线性参数的截值（cm）。

得到回归方程为y = b0+ bx。式中：y为增水（cm）；x为风力（级）；b为线性参数的斜率（cm /级）；b0为线性参数的截值（cm）。对22个台风期间112个高潮位进行统计分析，主要风向出现在东北风 — 东北偏东风 — 东风 — 东南偏东风等几个风区，对高潮位产生一定的增水；西南、西北偏北风区出现的频率较少，且对高潮位增水影响较小。按照不同的风向进行列表统计，求得其相关性，得到不同风向下风力与增水的计算式(见表1)。

表1 不同风向风力与增水的计算式表

台风期间，乍浦站的高潮位=天文潮+增水+基本增水（cm）。

3.2 台风影响下澉浦高潮位增水的相关性计算

对2012 — 2018年钱塘江嘉兴区域增水有影响的台风进行统计分析，计算得到澉浦平均增水是乍浦平均增水的1.12倍，且与风向有关，经分析可取乍浦增水的1.00 ～ 1.12倍进行修正。具体修正系数与风向有关（见表2）。

表2 不同风向下澉浦与乍浦增水的修正系数表

3.3 在台风影响下盐官高潮位相关性计算

盐官高潮位按照盐官与澉浦的高潮位相关性进行计算，由澉浦高潮位预报值推算盐官预报值。据近几年实际增水分析，在东北风等主风向与涨潮同方向的情况下，盐官高潮位受澉浦高潮的影响就大，可按计算值增加0.20 ～ 0.40 m。在北风情况下，盐官增水明显小于澉浦增水，盐官高潮位受澉浦高潮的影响就小，可按计算值减小0.10 ～ 0.30 m，具体按风力大小进行修正（见表3）。

表3 不同风向、风力盐官高潮位修正值表

3.4 台风实例验证

2015年9号台风“灿鸿”期间进行了3次高潮位预报，与实际高潮位比较，最小误差0.03 m，最大误差0.35 m，误差平均值0.12 m，误差绝对值平均值0.14 m，误差较大者主要是预报风向风力与实际值有较大出入，具体数据见表4。

表4 预报高潮位与实际高潮位表

4 结论与建议

4.1 结 论

（1）乍浦高潮位预报。台风期间，乍浦高潮位预报值=天文潮预报值+增水（∆y）+基本增水∆h；基本增水为前一次增水的25%计取；增水（∆y）计算按下列公式：

当北风时 ∆y = 2.71xf - 9.70；

当东北风时 ∆y = 19.76xf - 81.58；

当东北偏北风时 ∆y = 16.77xf - 64.59；

当东北偏东风时 ∆y = 16.12xf - 63.50；

当东风时 ∆y = 16.57xf - 61.06；

当东南偏东风时 ∆y = 17.05xf - 63.93。

式中：∆y为增水值（cm）；xf为风力（级）。

（2）澉浦高潮位预报。台风期间，澉浦高潮位预报值=天文潮预报值+增水值，根据历史资料分析，澉浦增水值可取乍浦增水值的1.00 ～ 1.12倍。

（3）盐官高潮位预报。台风期间，盐官高潮位预报值的计算可参照相关式y = - 0.076x2+ 1.88x - 1.94，x为澉浦高潮位预报值，y则为盐官高潮位预报值。并根据当时的风向风力进行修正；若东北风7 ～ 9级，盐官高潮位按计算值增加0.20 ～ 0.40 m（按风力大小内插）；北风5 ～ 7级，按计算值减少0.10 ～ 0.30 m（按风力大小内插）。

4.2 建 议

（1）钱塘江河口段，江道地形复杂，上游洪水和台风均会影响嘉兴段的高潮位，建议加强江道情况与高潮位变化的相关性分析研究。

（2）在今后防御台风中，建议收集辖区受台风影响的风向、风力及增水变化情况，通过预报高潮位与实际高潮位进行对比分析，找出影响预报误差的主要原因，不断总结修改完善，在以后的预报中再进行检验、校正。