北大西洋海浪場季節特征及波高變化趨勢研究

武海浪 鄭崇偉 劉志宏 田妍妍

1.解放軍理工大學氣象學院，南京 211101

2.92292部隊，青島 266405

3.92538部隊氣象臺，大連 116041

4.91379部隊氣象臺，青島 266002

北大西洋海浪場季節特征及波高變化趨勢研究

武海浪1,2鄭崇偉1,3劉志宏3田妍妍4

1.解放軍理工大學氣象學院，南京 211101

2.92292部隊，青島 266405

3.92538部隊氣象臺，大連 116041

4.91379部隊氣象臺，青島 266002

以ERA-40海表10米風場驅動國際先進的第三代海浪數值模式WAVEWATCH（-III簡稱WW3），得到北大西洋1958年1月-2001年12月逐3小時的海浪場，與ICOADS海浪資料進行對比發現模擬效果較好。從海浪場季節特征、重點海域波高和風速的月變化特征、波高和風速的逐年變化趨勢等方面著手，對該海域的波候特征進行深入研究。

WAVEWATCH；-III北大西洋；季節特征；變化趨勢

WAVEWATCH-III; North Atlantic Ocean; seasonal characteristics; long-term trend

引言

大西洋，作為世界第二大洋，是世界海上航運的中心之一，集中了諸多世界海運航線，貨運量居各大洋之首。大西洋分布著許多重要的海上戰略通道：被稱為“西方的生命線”的直布羅陀海峽、黑海海峽、卡特加特海峽。北大西洋南邊以赤道為界與南大西洋相連，北面與北冰洋相鄰，兩岸聚集了當今世界主要的發達國家以及資源豐富的發展中國家，在世界海運、航運、漁業、礦藏、通訊等各個經濟領域中都占有主導地位，在世界政治格局中占有十分重要的地位，國內對該海域波候（風候）的研究卻不多，僅韓樹宗、劉金芳等做過一些分析[1-3]。該區域的海浪特征復雜，隨著我國大航海時代掀開新的一頁，對該區域的波候特征進行深入研究顯得極為迫切，可為航海、海洋工程設計、軍事及海洋能開發與利用等方面提供科學依據。

1 資料來源

1.1 風場資料

本文所用的模式驅動場為ERA-40海表10米風場，該資料來自ECMWF（歐洲中期天氣預報中心——European Centre for Medium-Range Weather Forecasts），其空間分辨率為2.5°×2.5°，時間分辨率為6小時，時間范圍從1957年09月01日00:00時-2002年08月31日18:00時。

1.2 和模式輸出結果進行比較的實測資料本文將ICOADS海浪資料視為海浪實測資料，將模式模擬的有效波高與其進行比較。ICOADS海浪資料被國外廣泛運用，具有較高精度[4-5]，其范圍覆蓋80°S～80°N， 0°E～360°E，分辨率為2°×2°。

2 模擬方法

本文選取計算范圍為0°～90°N，261°E～360°E，地形分辨率取1°×1°，計算時間從1957年12月31日00:00時—2001年12月31日18:00時。模式計算時間步長取為900s，每3小時輸出一次結果。本文采用并行計算可大大提高運行效率。

3 資料驗證

將模擬的北大西洋有效波高做多年季平均，得到多年季平均的有效波高分布特征，與ICOADS海浪資料進行比較。從圖1可以看出，無論春夏還是秋冬，模擬的海浪場在空間分布與量級上與ICOADS資料都非常接近，模擬的海浪場具有較高精度。

4 結果分析

4.1 風向風速、波高波向的季節特征

風向、波向：70°N以北海域，在春、秋、冬以北風為主，夏季風向無明顯規則；30°N～70°N海域，四季皆以西南風為主；0°N～30°N，東部海域以東北風為主，中西部海域以偏東風為主。值得注意的是：亞速爾群島南部海域風場存在一逆時針旋轉系統，常年存在。70°N以北海域，常年以南向浪（由南向北）為主，波向與風向相反；30°N～70°N海域，四季皆以西南向浪為主，波向與風向較為一致；0°N～30°N，東部海域以南向浪為主，波向與風向接近反向，中西部海域以偏東向浪為主。

風速、波高：北大西洋四季風場與海浪場的分布基本一致。由圖1可以明顯地看出北大西洋四季都存在一個大風區與大浪區，大致位于亞速爾群島西北部海域（50°N～60°N， 40°W～20°W）。春季和秋季該大值區風速均值在9m/s左右，波高在3m左右；夏季相對較小，風速在7m/s左右，波高在2m左右；冬季最大，風速能達到11m/s左右，波高能達到4m。在大約20°N～30°N存在一低值風速帶，四季均存在，只是在夏季位置稍微偏北，此低值風速帶的浪場與風場并不完全對應，只是在夏季有一對應較好的低值區呈帶狀分布，與低值風速帶對應較好。另外，在加勒比海，常年基本為大風、大浪區，春季和夏季尤為明顯，這應該是由于狹管效應導致的。

4.2 重點海域海表風速、波高的月變化特征

亞速爾群島附近海域風速、波高多年月平均變化呈圓滑的“V”型，風速變化范圍在7-12m/s,波高變化范圍在2～4m左右，有效波高常年較大；加勒比海海域風速、波高多年月平均變化呈圓滑的“W”型，風速變化范圍在6～8m/s,波高變化范圍在1.6～2m左右，如圖2所示。

4.3 海表風速、波高的逐年線性趨勢

為了更準確地分析北大西洋風場、有效波高的逐年變化趨勢，為以40°N為界，分別考慮北大西洋中低緯海域（0°N～40°N）、中高緯海域（40°N～90°N）及整個北大西洋（0°N～90°N）海表風速風場、有效波高的逐年變化趨勢。具體方法：將選取海域的海表風速、有效波高從1958年～2001年分別取逐年平均，分別得到44個時次的年平均的海表風速和有效波高，分析其線性趨勢。

由圖3、圖5和圖7可以看出，北大西洋中低緯海域的風速逐年遞增趨勢為0.006m/s/yr，中高緯海域海表風速的逐年遞增趨勢為0.004m/s/yr，明顯低于中低緯海域；整個北大西洋海表風速的遞增趨勢為0.006m/s/yr，遞增趨勢與中低緯海域相近，初步判定北大西洋海表風速的遞增趨勢以中低緯海域為主導。上述遞增趨勢均通過了95%的信度檢驗。

由圖4、圖6和圖8可以看出，北大西洋中低緯海域有效波高的逐年遞增趨勢為0.004m/s，通過了95%的信度檢驗，中高緯海域有效波高的逐年遞增趨勢為0.005m/s，遞增趨勢稍強于中低緯海域；整個北大西洋有效波高的遞增趨勢為0.004m/s，遞增趨勢與中低緯海域、中高緯海域差別均不大。上述遞增趨勢均通過了95%的信度檢驗。

5 結論

（1）北大西洋四季的風場與海浪場具有較好的對應關系，在亞速爾群島西北部海域四季都存在一個大風大浪區。亞速爾群島附近海域風速、波高多年月平均變化呈圓滑的“V”型，風速變化范圍在7～12m/s，波高變化范圍在2～4m左右，有效波高常年較大。北大西洋中低緯東部海域、70°N以北海域，波向與浪向接近反向。亞速爾群島南部海域風場存在一逆時針旋轉系統，常年存在。

（2）70°N以北海域，在春、秋、冬以北風為主，夏季風向無明顯規則，該海域四季皆以南向浪（由南向北）為主，波向與風向相反。30°N～70°N海域，四季皆以西南風、西南向浪為主，波向與風向吻合較好。0°N～30°N，東部海域以東北風、南向浪為主，波向與風向接近反向；中西部海域以偏東風、偏東向浪為主。

（3）北大西洋的風速與有效波高均呈現逐年遞增的線性趨勢，海表風速的遞增趨勢為0.006m/s/yr，有效波高的遞增趨勢為0.004m/s。

[1] 韓樹宗，趙喜喜，朱大勇，等.大西洋波高分布及變化規律研究[J].海洋湖沼通報. 2003,4:22～29

[2] 劉金芳,梁玉清,江偉，等. 北大西洋風場和海浪場特點分析[J].海洋通報.2000,19(5):12～20

[3] 俞慕耕,周雅靜.大西洋歐洲沿海的海浪特點[J] .海洋通報. 1999,18(4):11～20

[4] 黃卓,徐海明,杜巖，等.厄爾尼諾期間和后期南海海面溫度的兩次顯著增暖過程.熱帶海洋學報.2009,28(5):49-55

[5] Peter CHU, CHEN Yuchun, Akira KUNINAKA ,et al. Seasonal Variability of the Yellow Sea/East China sea Surface Fluxes and Thermohaline Structure. ADVANCE IN ATMOSPHERIC SCIENCES, VOL.22, NO.1,2005, 1-20.

Seasonal Characteristics and Long-term Trend of Significant Wave Height in the North Atlantic Ocean

WU Hailang1,2; ZHENG Chongwei1,3; Liu Zhihong3; TIAN Yanyan4
1.nstitute of Meteorology, PLA Univ. o＆f S Tcei.ch. , Nanjing 211101
2.NO. 92292Army of PLA. Tsingtao 116041
3.NO. 92538 Army of PLA. Dalian 116041
4.NO. 91379 Army of PLA. Tsingtao 266000

In this paper, the third-generation wave model WAVEWATCH-Ⅲ was used to simulate the wave field of North Atlantic Ocean from year 1958 to 2001 with wind input of ERA-40 wind field. The Seasonal Characteristics and Long-term Trend of Significant Wave Height in the North Atlantic Ocean During the Last 44 Years were analyzed, which can apply guidance to navigation,marine engineering, wave energy development and so on.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.09.015

武海浪（1983—），男，重慶萬州人，碩士研究生，主要從事海氣相互作用研究。

鄭崇偉（1983—），男，四川宜賓人，碩士研究生，主要從事海氣相

互作用研究。

DOI：10.3969/j.issn.1001-8972.2011.09.017