山東沿海精細(xì)化海區(qū)大風(fēng)特征分析

郭俊建，孫莎莎

（山東省氣象臺(tái)，山東濟(jì)南 250031）

1 引言

山東具有三千多公里的海岸線，是我國(guó)重要的海洋經(jīng)濟(jì)區(qū)，但海上大風(fēng)等海洋災(zāi)害性天氣頻發(fā)，對(duì)航運(yùn)、海上捕撈、近海養(yǎng)殖及人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成巨大的威脅和損失，山東海洋經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對(duì)海上的防災(zāi)減災(zāi)提出了更高的需求。山東省氣象部門按照山東省市級(jí)行政區(qū)劃將山東沿海（0—10 km內(nèi)）分為12個(gè)預(yù)報(bào)海區(qū)，并確定了沿海海區(qū)實(shí)況代表站（見圖1），進(jìn)行精細(xì)化的海洋預(yù)報(bào)服務(wù)工作，其中海上大風(fēng)預(yù)報(bào)成為預(yù)報(bào)的重點(diǎn)。

以往受沿海觀測(cè)資料的限制，對(duì)山東沿海大風(fēng)的分析研究工作并不多見，且研究區(qū)域大多集中于渤海海峽等海域。高瑞華等[1]運(yùn)用煙臺(tái)、大連沿海6個(gè)臺(tái)站31年的資料分析了渤海海峽大風(fēng)的氣候特征分析；王日東等[2]對(duì)海島站與沿岸站大風(fēng)進(jìn)行了對(duì)比分析，得出綜合應(yīng)用海島站和沿岸站大風(fēng)記錄，能更加準(zhǔn)確反映渤海海峽大風(fēng)的氣候特征。尹文昱等[3]統(tǒng)計(jì)了1991—2005年遼東半島至山東半島沿岸各氣象站風(fēng)力≥7級(jí)的年大風(fēng)日數(shù)。但上述研究主要運(yùn)用的是國(guó)家站的資料，對(duì)沿海的代表性較差，且上述研究相對(duì)分散，缺乏山東沿海大風(fēng)的系統(tǒng)性分析。近年來，為了提高山東沿海海洋災(zāi)害性天氣監(jiān)測(cè)能力，山東省氣象部門布設(shè)了一批浮標(biāo)站、岸基站、石油平臺(tái)站等，有效滿足了對(duì)于山東沿海大風(fēng)的監(jiān)測(cè)預(yù)警能力。因此，運(yùn)用更加精細(xì)和更具代表性的實(shí)況資料，對(duì)山東沿海風(fēng)的分布特征進(jìn)行分析，為山東沿海精細(xì)化大風(fēng)預(yù)報(bào)提供氣候背景，提高海上大風(fēng)的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率和精細(xì)率，減少因?yàn)楹Ｉ洗箫L(fēng)天氣造成的損失具有十分重要的意義。

2 資料與方法

2.1 山東省沿海精細(xì)化海區(qū)劃分及代表站

圖1 山東省海洋精細(xì)化預(yù)報(bào)海區(qū)及實(shí)況代表站

山東省氣象部門根據(jù)山東省市級(jí)行政區(qū)劃將山東省沿海0—10 km內(nèi)分為12個(gè)精細(xì)化預(yù)報(bào)海區(qū)，并選取了相應(yīng)的海區(qū)代表站進(jìn)行預(yù)報(bào)服務(wù)工作（見圖1）。代表站的選取兼顧該站資料的代表性和穩(wěn)定性，盡量選取海上石油平臺(tái)站、浮標(biāo)站、海島站和岸基站，其中藍(lán)色站點(diǎn)為主代表站，綠色站點(diǎn)為備用代表站。

2.2 資料說明

本文所用的資料為2010年1月1日—2012年12月31日的逐時(shí)最大風(fēng)速及風(fēng)向資料，以主代表站資料為準(zhǔn)，當(dāng)主代表站缺測(cè)時(shí)以備用站為準(zhǔn)，兩者都缺測(cè)時(shí)為該時(shí)次資料缺測(cè)。通過業(yè)務(wù)應(yīng)用，這些站點(diǎn)資料能夠較好地代表山東沿海各海區(qū)的大風(fēng)實(shí)況，具有較高的可用性。日界使用世界通用時(shí)間為20時(shí)—20時(shí)。

大風(fēng)日數(shù)：某海區(qū)代表站一天內(nèi)任一時(shí)次出現(xiàn)6級(jí)（≥10.8 m/s）級(jí)及以上大風(fēng)記為一個(gè)大風(fēng)日數(shù)。

3 山東省沿海風(fēng)統(tǒng)計(jì)特征

3.1 山東沿海年大風(fēng)日數(shù)

從圖2的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，山東沿海海區(qū)的大風(fēng)日數(shù)具有明顯的不同，其中威海東部沿海最多為65.6 d，煙臺(tái)南部沿海最少僅有3 d。總體而言，主要分為3個(gè)區(qū)域，威海北部、威海東部和威海南部沿海各級(jí)大風(fēng)日數(shù)都為最多。濱州北部、東營(yíng)北部和東部、濰坊北部、煙臺(tái)西部和北部沿海大風(fēng)日數(shù)相差不大；煙臺(tái)南部、青島和日照沿海大風(fēng)日數(shù)較上述海區(qū)大風(fēng)日數(shù)偏少，主要是冷空氣穿過山東，經(jīng)過地面的摩擦效應(yīng)冷空氣勢(shì)力減弱，風(fēng)速減小。總體而言，山東沿海大風(fēng)日數(shù)是北部海區(qū)多于南部海區(qū)，東部沿海多于西部沿海。

值得注意的是煙臺(tái)南部沿海近三年大風(fēng)日數(shù)比其他海區(qū)明顯偏少，由下文可知風(fēng)速分布和大風(fēng)持續(xù)時(shí)間也表現(xiàn)出相同的特征。經(jīng)分析這可能是因?yàn)樯綎|半島屬于丘陵地形，地表起伏較大，煙臺(tái)南部沿海地處山東半島的南部，除東到東南風(fēng)外，該海區(qū)受復(fù)雜的陸地下墊面影響較大，而我省海區(qū)大風(fēng)主要是冷空氣影響的偏北大風(fēng)，只有次數(shù)較少的江淮氣旋等天氣系統(tǒng)影響山東時(shí)，山東半島南部處于氣旋前部，容易產(chǎn)生東南大風(fēng)。另外，從圖3可以看出，在南風(fēng)時(shí)煙臺(tái)南部沿海風(fēng)力和其他海區(qū)相差不大，甚至大于濱州北部沿海。因此，在海區(qū)精細(xì)化預(yù)報(bào)中一次大風(fēng)過程對(duì)各海區(qū)造成的大風(fēng)影響差異較大，且需要考慮到不同風(fēng)向影響時(shí)不同下墊面對(duì)海區(qū)大風(fēng)的影響。

從季節(jié)分布來看（見表1），山東沿海海區(qū)的大風(fēng)具有明顯的季節(jié)變化特征，9月份以后，隨著冷空氣的影響，山東沿海各級(jí)大風(fēng)日數(shù)開始明顯增多，其中12月份大風(fēng)日數(shù)最多，4月份隨著冷暖空氣交匯頻繁，大風(fēng)日數(shù)較多。從5月份開始，隨著冷空氣勢(shì)力的減弱，大風(fēng)日數(shù)雖較多但強(qiáng)度減弱，以6級(jí)風(fēng)為主。6—8月份是山東沿海風(fēng)力最弱的時(shí)段，除沿海強(qiáng)對(duì)流及臺(tái)風(fēng)影響外，無(wú)7級(jí)以上的大風(fēng)出現(xiàn)。

3.2 山東沿海風(fēng)速分布

由圖3可以看出，山東沿海平均風(fēng)速的分布類型和大風(fēng)日數(shù)相似，山東東部海區(qū)平均風(fēng)速最大，大約在7 m/s左右，山東西部海區(qū)在5 m/s左右，山東南部海區(qū)最小在4 m/s左右，其中煙臺(tái)南部海區(qū)最小在3 m/s以下。大多數(shù)海區(qū)北風(fēng)較南風(fēng)大0—1 m/s之間，但東營(yíng)北部沿海南風(fēng)比北風(fēng)大0.5 m/s。

表1 山東沿海大風(fēng)日數(shù)季節(jié)分布特征

圖2 2010—2012年山東沿海年大風(fēng)日數(shù)統(tǒng)計(jì)

圖3 山東沿海平均風(fēng)速分布

圖4 山東沿海大風(fēng)風(fēng)速分布

為了比較發(fā)生大風(fēng)過程時(shí)山東沿海的風(fēng)速差異，選取2010—2012年間的262次山東沿海大風(fēng)過程。當(dāng)一個(gè)海區(qū)出現(xiàn)8級(jí)以上大風(fēng)或者出現(xiàn)7級(jí)大風(fēng)并且持續(xù)時(shí)間在6 h以上的定義為一次強(qiáng)大風(fēng)過程，共50次；當(dāng)一個(gè)海區(qū)出現(xiàn)7級(jí)以上大風(fēng)或者出現(xiàn)6級(jí)大風(fēng)且持續(xù)時(shí)間在6 h以上的定義為一次較強(qiáng)過程，共65次；當(dāng)一個(gè)海區(qū)出現(xiàn)6級(jí)以上大風(fēng)且持續(xù)時(shí)間在6 h以內(nèi)的定義為一次一般過程，共150次。我們選取每次過程每個(gè)海區(qū)的最大風(fēng)速進(jìn)行平均，由圖4可以看出，當(dāng)發(fā)生強(qiáng)大風(fēng)過程時(shí)，威海東部沿海風(fēng)力最大可達(dá)7—8級(jí)，山東南部海區(qū)風(fēng)力為6級(jí)，其他海區(qū)6—7級(jí)。較強(qiáng)大風(fēng)過程時(shí)風(fēng)力降低一級(jí)，一般過程時(shí)風(fēng)力再降低一級(jí)。由此可見，當(dāng)發(fā)生大風(fēng)過程時(shí)，風(fēng)速相差更大。

3.3 山東沿海最大風(fēng)速極值分布

從山東沿海的風(fēng)速極值來看（見表2），最大風(fēng)速極值出現(xiàn)在2012年8月28日13時(shí)威海東部沿海為30.8 m/s（11級(jí)），主要受臺(tái)風(fēng)“布拉萬(wàn)”影響。由上表可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)有臺(tái)風(fēng)特別是臺(tái)風(fēng)中心移過時(shí)，可以對(duì)山東沿海造成特別大的風(fēng)雨影響，平均風(fēng)力可達(dá)11級(jí)以上。另外山東沿海受冷空氣的影響最多，但從各海區(qū)風(fēng)速極值來看，一般不會(huì)達(dá)到10級(jí)以上的風(fēng)力（24.5 m/s），當(dāng)冷空氣配合有地面氣旋發(fā)展時(shí)對(duì)山東沿海造成的大風(fēng)遠(yuǎn)比只有冷空氣時(shí)大。另外，強(qiáng)冷空氣影響產(chǎn)生的極大風(fēng)速一般都發(fā)生在冷暖空氣交匯劇烈的春秋季節(jié)，因此在春秋季節(jié)更應(yīng)該注意海上大風(fēng)的產(chǎn)生。另外沿海強(qiáng)對(duì)流產(chǎn)生的短時(shí)大風(fēng)也是需要注意的一個(gè)系統(tǒng)，山東南部海區(qū)受氣旋的影響較為明顯，強(qiáng)烈發(fā)展的江淮氣旋也可能會(huì)為南部海區(qū)帶來8級(jí)以上的南北大風(fēng)。

3.4 山東沿海大風(fēng)持續(xù)時(shí)間

持續(xù)性的大風(fēng)天氣對(duì)于海上生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響，并且可能產(chǎn)生更為重大的災(zāi)害，例如增加海上事故的救援難度等。表3顯示了山東沿海大風(fēng)過程（≥10.8 m/s）持續(xù)時(shí)間的發(fā)生次數(shù)。由表3可以看出，除威海北部、威海東部和威海南部沿海外，其他各海區(qū)大風(fēng)的持續(xù)時(shí)間一般在12 h以內(nèi)，青島和日照沿海一般在6 h以內(nèi)，2012年1月20日19時(shí)開始威海東部海區(qū)最長(zhǎng)出現(xiàn)過持續(xù)56 h的大風(fēng)天氣。

3.5 各海區(qū)風(fēng)向分布特征

從季節(jié)分布來看（圖略），山東沿海大風(fēng)風(fēng)向受季風(fēng)影響季節(jié)性明顯，偏南大風(fēng)時(shí)次明顯少于偏北大風(fēng)時(shí)次。除5—8月份外，都以偏北大風(fēng)為主，其中偏北大風(fēng)最多的月份為11—2月份。從3月份開始，偏南大風(fēng)開始迅速增多，以4、5、11、12月份最多，9、10月份幾乎沒有偏南大風(fēng)出現(xiàn)。

表2 山東沿海海區(qū)風(fēng)速極值及影響系統(tǒng)

表3 山東沿海海區(qū)大風(fēng)最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間

圖5 山東沿海大風(fēng)風(fēng)向分布

通過分海區(qū)統(tǒng)計(jì)表明，山東12個(gè)沿海海區(qū)發(fā)生大風(fēng)時(shí)風(fēng)向分布主要分為三個(gè)特征，濱州北部、東營(yíng)北部和東部、濰坊北部、煙臺(tái)西部沿海主要大風(fēng)風(fēng)向?yàn)楸钡綎|北風(fēng)，煙臺(tái)北部、威海北部、東部和南部沿海主要為北到西北風(fēng)為主，煙臺(tái)南部、青島和日照沿海南大風(fēng)居多（見圖5）。

4 結(jié)論

通過2010—2012年山東沿海12個(gè)海區(qū)逐時(shí)最大風(fēng)速、風(fēng)向統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)：

（1）山東省12個(gè)沿海海區(qū)根據(jù)風(fēng)的分布特征可以分為三大海區(qū)。山東西部海區(qū)，包括濱州北部、東營(yíng)北部和東部、威海北部、煙臺(tái)西部沿海；山東東部海區(qū)，包括煙臺(tái)北部、威海北部、威海東部和威海南部沿海；山東南部海區(qū)，包括煙臺(tái)南部沿海、青島沿海、日照沿海。三大海區(qū)在風(fēng)速、風(fēng)力、大風(fēng)日數(shù)、大風(fēng)持續(xù)時(shí)間等方面具有相同的分布特征；

（2）山東東部海區(qū)平均風(fēng)速最大，大約在7 m/s左右，山東西部海區(qū)在5 m/s左右，山東南部海區(qū)在4 m/s左右，其中煙臺(tái)南部沿海最小在3 m/s一下。大風(fēng)天氣系統(tǒng)影響時(shí)風(fēng)速相差更大；

（3）煙臺(tái)南部沿海作為一個(gè)特殊的預(yù)報(bào)海區(qū)，全年基本無(wú)6級(jí)以上大風(fēng)出現(xiàn)，平均風(fēng)速較低；

（4）山東東部海區(qū)無(wú)論從平均風(fēng)速、大風(fēng)日數(shù)和大風(fēng)的持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度都為全省最高；

（5）山東沿海海區(qū)的風(fēng)力差異較大，在一次大風(fēng)過程的預(yù)報(bào)中，預(yù)報(bào)同一量級(jí)是不合適的，需要更加精細(xì)的預(yù)報(bào)量級(jí)把握；

（6）本文為山東沿海精細(xì)化大風(fēng)預(yù)報(bào)提供了重要的氣候背景參考。但由于使用資料時(shí)間較短，得到的結(jié)論有局限性。

[1]曹鋼鋒,張善君,朱官忠,等.山東天氣分析與預(yù)報(bào)[M].北京:氣象出版社,1988.

[2]高瑞華.渤海海峽大風(fēng)的氣候特征分析[J].海洋預(yù)報(bào),2008,25(3):7-15.

[3]王日東,姜俊玲,郭衛(wèi)華,等.渤海海峽海島站與沿岸站大風(fēng)對(duì)比分析[J].海洋預(yù)報(bào),2010,27(2):22-29.