朝鮮半島周邊海域波候觀測分析?

鄭崇偉， 陳 璇， 李崇銀

(1.解放軍理工大學(xué)氣象海洋學(xué)院，江蘇 南京 211101; 2.中國科學(xué)院大氣物理研究所 LASG實(shí)驗(yàn)室，北京 100029; 3.海軍大連艦艇學(xué)院，遼寧 大連116018； 4.解放軍75822部隊(duì)，廣東 廣州 510510)

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朝鮮半島周邊海域波候觀測分析?

鄭崇偉1,2,3， 陳 璇4， 李崇銀1,2

(1.解放軍理工大學(xué)氣象海洋學(xué)院，江蘇 南京 211101; 2.中國科學(xué)院大氣物理研究所 LASG實(shí)驗(yàn)室，北京 100029; 3.海軍大連艦艇學(xué)院，遼寧 大連116018； 4.解放軍75822部隊(duì)，廣東 廣州 510510)

本文收集整理了2013—2014年朝鮮半島周邊的海浪觀測數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析了該海域的波候(海浪氣候態(tài))特征，結(jié)果表明：(1)朝鮮半島周邊海域的海表風(fēng)速、有效波高的峰值都出現(xiàn)在12月—翌年2月，有效波高在8月的次峰值比風(fēng)速明顯。(2)風(fēng)向頻率隨季風(fēng)變化明顯，波向與風(fēng)向沒有很好的對應(yīng)關(guān)系，其中，朝鮮海峽的波向在各個季節(jié)都以偏西南向?yàn)橹鳌?3)朝鮮半島周邊海域在各個季節(jié)整體以3級浪為主，4級浪次之。(4)大部分海域的陣風(fēng)系數(shù)常年在1.4左右。

朝鮮半島；有效波高；波向頻率；波浪等級頻率；波高周期聯(lián)合頻率；陣風(fēng)系數(shù)

氣象水文環(huán)境條件不僅是高效開發(fā)利用海洋的保證，也歷來是重大戰(zhàn)事獲勝、乃至改變歷史進(jìn)程的重要因素[1]。1944年12月，美國第三艦隊(duì)在菲律賓中部的民都洛島附近集結(jié)，準(zhǔn)備進(jìn)攻日軍占領(lǐng)的呂宋島，但是由于對臺風(fēng)的位置、路徑把握不準(zhǔn)確，遭到臺風(fēng)侵襲，直接導(dǎo)致3艘驅(qū)逐艦沉沒，2艘航母嚴(yán)重受損，146架艦載機(jī)被拋入大海，近800人非戰(zhàn)斗減員；1970年11月，發(fā)生在孟加拉灣沿岸的一次風(fēng)暴潮，造成30余萬人死亡、100余萬人無家可歸；1999年11月，“大舜號”客混船從煙臺駛往大連途中，遭遇寒潮大風(fēng)浪而傾覆，全船304人僅22人生還……，顯然，掌握海洋環(huán)境特征是開發(fā)利用海洋的先決條件。盡管朝鮮半島的地緣政治地位對中國非常重要，但國內(nèi)針對朝鮮半島周邊海域的海洋環(huán)境特征的分析仍很少。鄭崇偉和李崇銀[2]在對中國近海的海浪、波浪能研究中多次提及朝鮮半島周邊海域，尤其是朝鮮海峽，指出朝鮮海峽的有效波高、大風(fēng)頻率在近24年(1988—2011年)期間表現(xiàn)出顯著的遞增，趨勢分別為2.0～4.5 cm/a、0.6～1.0%/a(%指的是大風(fēng)頻率，而不是變率)。鄭崇偉[3]研究發(fā)現(xiàn)，近24年期間朝鮮海峽的大浪頻率以1.4%/a(%指的是大浪頻率，而不是變率)的速度顯著性遞增。郝佳佳[4]曾利用中國科學(xué)院海洋研究所“中國海洋科學(xué)數(shù)據(jù)庫”在中國近海及西北太平洋(110°E～140°E，10°N～40°N)的多年歷史資料(1930—2002年，510143站次)，分析了該海域溫躍層特征量的時(shí)空分布特征，發(fā)現(xiàn)在黃海西和東岸，由于風(fēng)力攪拌和潮混合作用，溫躍層出現(xiàn)概率常年較低；在朝鮮半島的西部和南部海域，逆溫躍層發(fā)生概率相對較低；受對馬暖流入侵的影響，多溫躍層結(jié)構(gòu)常年出現(xiàn)在日本海域。

目前為止，中國沒有專門針對朝鮮半島海洋環(huán)境特征的科學(xué)研究。本文收集整理了2013—2014年朝鮮半島周邊的海浪觀測數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析了該海域的波候特征，期望可以為海上搜救、防災(zāi)減災(zāi)、軍事/非戰(zhàn)爭軍事行動等提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料簡介

利用朝鮮半島周邊8個觀測站點(diǎn)、2011—2012年逐小時(shí)的風(fēng)、浪觀測資料，分析該海域的波候、風(fēng)候(風(fēng)場的氣候態(tài))特征。朝鮮半島周邊海域的水深和地理特征見圖1(上)。8個觀測站的編號分別為22101～22108，后面簡稱站點(diǎn)1～站點(diǎn)8，站點(diǎn)分布情況見圖1(下)。

2 波候特征

利用朝鮮半島周邊海域8個觀測站點(diǎn)、逐小時(shí)的風(fēng)、浪觀測資料，分析了該海域的風(fēng)候、波候特征，主要包括：有效波高和海表風(fēng)速的月變化特征、波向和風(fēng)向頻率、波浪等級頻率、波高周期聯(lián)合頻率、陣風(fēng)系數(shù)等。

2.1 有效波高、海表風(fēng)速的月變化特征

將站點(diǎn)1在1月份的風(fēng)速做平均，得到1月的平均風(fēng)速，同理，得到1-12月各個月的平均風(fēng)速(見圖2(a))；采用同樣的方法，得到各個站點(diǎn)在各個月的平均有效波高(見圖2(b))。

海表風(fēng)速 整體來看，朝鮮半島周邊海域的風(fēng)速表現(xiàn)出明顯的單峰型月變化特征，在冬季頻繁而又強(qiáng)勁的冷空氣的影響下，峰值出現(xiàn)在12月—翌年2月，此外，在春季大風(fēng)的影響下，3—4月的風(fēng)速也相對偏高。僅僅站點(diǎn)3、站點(diǎn)4的風(fēng)速在8月份出現(xiàn)一個小波峰，而其余站點(diǎn)則不明顯，這應(yīng)該是由于這2個站點(diǎn)位于朝鮮海峽，朝鮮海峽呈西南-東北向，與該月的風(fēng)向大體一致，從而形成的狹管效應(yīng)。

有效波高 峰值出現(xiàn)在冬季，與風(fēng)速不同，有效波高在8月份的次峰值更加明顯，這應(yīng)該是由于大洋涌浪向近岸傳播造成的。在所有站點(diǎn)中，站點(diǎn)1的風(fēng)速、波高都明顯低于其余站點(diǎn)。站點(diǎn)5、6、7在冬季的有效波高明顯高于其余站點(diǎn)，這應(yīng)該是由于這3個站點(diǎn)所處海域相對比較開闊，有利于海浪的充分成長。

圖2 各站點(diǎn)海表風(fēng)速(a)、有效波高(b)的月變化特征

2.2 波向、風(fēng)向頻率

分別以2、5、8、11月作為冬、春、夏、秋季的代表月，利用各站點(diǎn)逐小時(shí)的觀測資料，統(tǒng)計(jì)不同季節(jié)的波向、風(fēng)向頻率(見圖3)。冬季(2月為代表，下同)是東亞冬季風(fēng)(寒潮)盛行的時(shí)期，在東亞頻繁而又強(qiáng)勁的冷空氣影響下，朝鮮半島周邊的風(fēng)向整體以北-西北向?yàn)橹鳎瑑H站點(diǎn)2的風(fēng)以北-東北向?yàn)橹鳎坏捎诘匦魏陀坷说挠绊懀驹诔r半島周邊海區(qū)的波向與風(fēng)向并不是完全的對應(yīng)。春季(5月為代表，下同)，處于季風(fēng)過渡季節(jié)，風(fēng)向和波向都略顯凌亂，但是朝鮮海峽(站點(diǎn)3、站點(diǎn)4)的風(fēng)向很有規(guī)律，與海峽的地形走向較一致，表明該季節(jié)朝鮮海峽的風(fēng)向受地形影響明顯，這兩個站點(diǎn)的波向則以偏西南向?yàn)橹鳎w現(xiàn)出該海峽的涌浪由西南向東北傳播的現(xiàn)象；此外，濟(jì)州島西南(站點(diǎn)7)的風(fēng)向和波向也較有規(guī)律。夏季(8月為代表，下同)，朝鮮半島周邊大部分海域以偏南向風(fēng)為主，僅朝鮮海峽(站點(diǎn)3、站點(diǎn)4)以東北向?yàn)橹鳎髂舷虼沃粷?jì)州島西南的波向以北向和南向?yàn)橹鳎r海峽以西南向?yàn)橹鳌Ｇ锛?11月為代表，下同)，隨著冷空氣逐漸盛行，朝鮮半島周邊大部分海域的風(fēng)向以偏北向?yàn)橹鳎蟛糠终军c(diǎn)的波向卻以南-西南向?yàn)橹鳌?/p>

2.3 波浪等級頻率

狂風(fēng)大浪往往給人類的生產(chǎn)生活帶來嚴(yán)重威脅，利用各站點(diǎn)逐小時(shí)的觀測有效波高，根據(jù)國家海洋局劃分的波浪等級標(biāo)準(zhǔn)[5]，統(tǒng)計(jì)了各代表月的波浪等級頻率(見表1～4)。

圖3 朝鮮半島周邊海域的波向、風(fēng)向頻率

冬季，站點(diǎn)1以2級浪為主，3級次之；站點(diǎn)2～站點(diǎn)6、站點(diǎn)8以3級浪為主，4級浪次之；站點(diǎn)7以4級浪為主。春季，朝鮮半島西部海域(站點(diǎn)1、2、8)都以2級浪為主，頻率分別為79.6%、63.2%、58.3%；站點(diǎn)3～站點(diǎn)7以3級浪為主，4級次之。夏季，站點(diǎn)1以2級浪為主，其余站點(diǎn)都以3級浪為主，4級浪次之。秋季，站點(diǎn)1以2級浪為主，其余站點(diǎn)都以3級浪為主，4級浪次之。

整體來看，朝鮮半島周邊海域在各個季節(jié)以3級浪為主，4級浪次之；僅站點(diǎn)1常年都以2級浪為主，這應(yīng)該是站點(diǎn)所處的地理位置造成的。

表1 2月各觀測站點(diǎn)的波浪等級頻率

表2 5月各觀測站點(diǎn)的波浪等級頻率

表3 8月各觀測站點(diǎn)的波浪等級頻率

表4 11月各觀測站點(diǎn)的波浪等級頻率

2.4 波高周期聯(lián)合頻率

波高、波周期與艦艇航行、波浪能資源開發(fā)密切相關(guān)，利用逐小時(shí)的觀測資料，以站點(diǎn)2、站點(diǎn)7為代表，統(tǒng)計(jì)分析了各個季節(jié)的波高周期聯(lián)合頻率(見圖4)。

冬季 站點(diǎn)2出現(xiàn)頻率最高的海況是4～5 s波周期、0.5～1.0 m波高，在9%以上，8 s以上波周期、3.0 m以上波高出現(xiàn)頻率較低，基本在3%以內(nèi)。站點(diǎn)7以5 s波周期、1.0 m波高出現(xiàn)頻率最高，在11%左右；與站點(diǎn)2相似，8 s以上波周期、3.0 m以上波高出現(xiàn)頻率較低，這應(yīng)該是由于該季節(jié)冷空氣強(qiáng)勁，混合浪中的風(fēng)浪成分較大，而風(fēng)浪的波周期一般較短。

春季 與冬季相比，波高明顯降低，站點(diǎn)2和站點(diǎn)7都以4 s波周期、0.5 m波高的海況出現(xiàn)頻率最高。

夏季 站點(diǎn)2和站點(diǎn)7都存在2個明顯的高值中心。站點(diǎn)2的2個中心分別為：5～6 s波周期、0.5 m波高，8 s以上波周期、0.5 m波高；站點(diǎn)7的2個中心分別為：5～6 s波周期、1.0 m波高，8 s以上波周期、1.0～2.0 m波高。涌浪的波周期明顯大于風(fēng)浪，顯然夏季受涌浪影響顯著。

秋季 站點(diǎn)2出現(xiàn)頻率最高的海況是5 s波周期、0.5 m波高，能夠高達(dá)15%。站點(diǎn)7出現(xiàn)頻率最高的海況是4～6 s波周期、1.0～1.5 m波高。

圖4 站點(diǎn)2(左)、站點(diǎn)7(右)在2、5、8、11月的波高周期聯(lián)合頻率分布(單位：%)

2.5 陣風(fēng)系數(shù)

在天氣預(yù)報(bào)中，尤其是數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品中，往往只是顯示平均風(fēng)，而在實(shí)際的航海、海洋工程中，對陣風(fēng)是比較關(guān)心的。在此統(tǒng)計(jì)分析了朝鮮半島周邊海域的陣風(fēng)系數(shù)(見圖5)。根據(jù)陣風(fēng)系數(shù)的季節(jié)特征，故可以根據(jù)預(yù)報(bào)風(fēng)速大致推算陣風(fēng)。在某一時(shí)刻，觀測到的最大陣風(fēng)風(fēng)速與相應(yīng)10 min平均風(fēng)速之比即為該時(shí)刻的陣風(fēng)系數(shù)[6-7]。由圖5可見，大部分站點(diǎn)的陣風(fēng)系數(shù)常年在1.4左右，且月變化并不劇烈。站點(diǎn)1、站點(diǎn)2在5-10月的陣風(fēng)系數(shù)明顯大于其余站點(diǎn)，波峰出現(xiàn)在6月，可以達(dá)到2.0。站點(diǎn)2在12月更是高達(dá)2.4，因此，在該海域時(shí)需要冬季的陣風(fēng)特別重視。

圖5 各站點(diǎn)陣風(fēng)系數(shù)的月變化特征

3 結(jié)論

本文收集整理了2013—2014年朝鮮半島周邊的海浪觀測數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析了該海域的波候特征，結(jié)果表明：

(1)朝鮮半島周邊海域的海表風(fēng)速表現(xiàn)出明顯的單峰型月變化特征，峰值出現(xiàn)在12—翌年2月。有效波高的峰值也出現(xiàn)在冬季，8月的次峰值比風(fēng)速明顯。站點(diǎn)1的風(fēng)速、波高都明顯低于其余站點(diǎn)。站點(diǎn)5、6、7在冬季的有效波高明顯高于其余站點(diǎn)。

(2)朝鮮半島的風(fēng)向頻率隨季風(fēng)變化明顯；從波向頻率來看，該海域受涌浪和地形影響明顯，其中，朝鮮海峽的波向在各個季節(jié)都以偏西南向?yàn)橹鳎w現(xiàn)出該海峽的涌浪由西南向東北傳播的現(xiàn)象。

(3)朝鮮半島周邊海域在各個季節(jié)整體以3級浪為主，4級浪次之；僅站點(diǎn)1常年都以2級浪為主。

(4)從波高周期聯(lián)合頻率來看，站點(diǎn)2在各個季節(jié)出現(xiàn)頻率較高的海況分別是，秋冬兩季：4～6 s波周期、小于1.0 m波高；春季：3～5 s波周期、小于1.0 m波高；夏季：4～6 s波周期、小于1.0 m波高和小于7 s波周期、小于1.0 m波高。站點(diǎn)7各個季節(jié)出現(xiàn)頻率較高的海況是，冬季：5 s波周期、1.0 m波高，春季：4～5 s波周期、0.5～1.0 m波高，夏季：5～6 s波周期、0.5～1.5 m波高和小于8 s波周期、1.0～2.5 m波高；秋季：4～6 s波周期、1.0～1.5 m波高。

(5)朝鮮半島周邊大部分海域的陣風(fēng)系數(shù)全年在1.4左右。在5—10月，站點(diǎn)1、站點(diǎn)2的陣風(fēng)系數(shù)明顯大于其余站點(diǎn)，波峰出現(xiàn)在6月，可以達(dá)到2.0。站點(diǎn)2在12月更是高達(dá)2.4。

[1] 李崇銀. 重視軍事水文環(huán)境保障的“軟”裝備[J]. 氣象水文裝備，2010， 21(2)： 1-3.

[2] Zheng C W, Li C Y. Variation of the wave energy and significant wave height in the China Sea and adjacent waters [J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2015, 43: 381-387.

[3] 鄭崇偉，林剛，邵龍?zhí)? 1988-2010年中國海大浪頻率及其長期變化趨勢[J]. 廈門大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)， 2013， 52(3)： 395-399.

[4] 郝佳佳. 中國近海和西北太平洋溫躍層時(shí)空變化分析_模擬及預(yù)報(bào)[D]. 青島：中國科學(xué)院海洋研究所， 2008.

[5] 侍茂崇，高郭平，鮑獻(xiàn)文，等. 海洋調(diào)查方法[M]. 青島： 青島海洋大學(xué)出版社， 2000.

[6] 王巍竹. 中國沿海大風(fēng)陣風(fēng)系數(shù)特征分析[J]. 廣東科技， 2014，16： 138-139.

[7] 中國氣象局政策法規(guī)司. 氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匯編[M]. 北京： 氣象出版社， 2007.

責(zé)任編輯 龐 旻

Observation Analysis of Wave Climate in of Korean Peninsula Waters

ZHENG Chong-Wei1,2,3, CHEN Xuan4, LI Chong-Yin1,2

(1.College of Meteorology and Oceanography, PLA University of Science and Technology, Nanjing 211101, China; 2. LASG, Institute of Atmospheric Physics, The Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China; 3.Dalian Naval Academy, Dalian 116018, China; 4.No.75822 of PLA, Guangzhou 510510, China)

The ocean environment should be considered in advance before the actions of marine search and rescue, disaster prevision and reduction, military and non-war military operations. Until now, there is on scientific research on the ocean environment of KoreanPeninsula in our country, which was presented in this study based on a hourly observation data from year 2013 to 2014 of the surrounding waters of the KoreanPeninsula. The results show that, (1) the peak values of sea surface wind speed and significant wave height (SWH) appear from December to next year's February. There is also a comparative peak value of SWH in August. (2) The wind direction occurrence drifts with the monsoon obviously. The wave direction does not exhibit a good consistency with the wind direction. The high occurrence wave direction in the KoreanStrait is southwest all year round. (3) The high occurrence of SWH is class 3 in each season in the surrounding waters of the Korean Peninsula, followed by class 4, except station 1 (class 2 all year round). (4) The high unite-occurrence of wave height and wave period in station 2 is 4～6 s wave period and <1.0 m SWH in autumn and winter, 3～5 s wave period and <1.0 m SWH in spring, 4～6 s wave period and <1.0 m SWH and >7 s wave period and <1.0 m SWH in summer. station 7 is 5 s wave period and 1.0 m SWH in winter, 4～5 s wave period and 0.5～1.0 m SWH in spring, 5～6 s wave period and 0.5～1.5 m SWH and >8 s wave period and 1.0～2.5 m SWH in summer, 4～6 s wave period and 1.0～1.5 m SWH in autumn. (5) The gust index in the research waters is 1.4 all year round. From May to October, the gust index in station 1 and station 2 is larger than that in other stations, and the gust in station 2 in December is high unusually.

Korean Peninsula; significant wave height; wave direction occurrence; occurrence of wave height;unite-occurrence of wave height and wave period; gust index

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目(2013CB956200)；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41490642)資助

2015-05-15；

2015-06-23

鄭崇偉(1983-)，男，工程師，博士生，主要從事海戰(zhàn)場環(huán)境建設(shè)、物理海洋學(xué)及海洋能資源評估。E-mail：chinaoceanzcw@sina.cn

P731.2

A

1672-5174(2015)09-021-07

10.16441/j.cnki.hdxb.20150166