唐山灣精細化海區大風特征初步分析

王暢，劉倩，龍強，王鋒,2

（1.唐山市曹妃甸工業區氣象局，河北唐山063200；2.唐山市氣象局，河北唐山063000）

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唐山灣精細化海區大風特征初步分析

王暢1，劉倩1，龍強1，王鋒1,2

（1.唐山市曹妃甸工業區氣象局，河北唐山063200；2.唐山市氣象局，河北唐山063000）

摘要：根據唐山灣的特殊地理環境，將其分為西部、南部和東部3個海域，并選取3個沿岸站、2個海島站和1個浮標站分別作為3個海域的代表站，對每個站點的大風日數、風速、年際和月際的變化特征進行對比分析。結果如下：南部海域出現≥6級的大風和極大風的天數最多，出現大風的概率與東部海域相當，均為西部海域的3倍左右；整個唐山灣海域大風具有典型的季節性變化特征，呈兩峰兩谷分布，5月和11月是出現大風最多的月份；3個海域的極大風速極值均在17.2 m/s以上（8級以上），7月16日急性型冷鋒的出現使得嘴東站的極大風速達到31.2 m/s（11級）；唐山灣3個海域的≥6級大風年主導風向為NE-ENE，≥6級極大風年主導風向為ENE-E，所有大風幾乎沒有偏南的風向，即唐山灣6級以上大風均以偏北風為主。綜合分析3個海域代表站的大風資料，可以精確的反映唐山灣海域大風的氣候特征，更為各個海域的天氣預報提供輔助工作。

關鍵詞：唐山灣；大風；統計分析；氣候特征

1　引言

唐山灣位于渤海灣北部，東經118°—119°、北緯大約38.5°—39°之間，東西長，南北窄，海岸線229 km。以曹妃甸島為中點，形成西起蘆漢開發區、東至灤河入海口的兩大凹灣；兩大凹灣之間，分別以南堡和京唐港為中點，又隔成兩個小海灣。在突出的四點上建設港區、工業開發區和曹妃甸生態城，構成了唐山灣“四點一帶”的格局[1]。目前唐山灣已建設港口物流、精品鋼材、石化和海洋化工產業、先進裝備制造業及濱海旅游等產業[2]。特別是被稱為“黃金寶地”和“國家最大填海工程”的曹妃甸有礦石碼頭、工作船雜貨碼頭，煤碼頭、鋼鐵碼頭、輔料碼頭、通用散雜貨碼頭和原油接卸碼頭等10余個碼頭。如此多元化的經濟模式對海況和氣象條件有著更高的要求。由于受暖溫帶大陸性季風氣候的影響，該地區一年四季均有大風天氣發生，而大風是造成海難事故頻發的重要原因之一[3]。那么根據唐山灣的地域特性分析大風特征，對經濟的發展和精細化氣象預報有著重要的意義。

唐山灣“四點一帶”獨特的地域特性是在曹妃甸新區出現之后才有的，曹妃甸新區是填海造地工程，該地區的自動站也是在這之后才建立起來的，目前還有沒有對曹妃甸的研究分析工作，之前的研究領域大多集中于渤海海峽等海域。王日東等[4]對渤海海峽海島站與沿岸站大風進行了對比分析，通過綜合應用海島站和沿岸站大風記錄，更加準確反映渤海海峽大風的氣候特征。郭俊建等[5]利用山東沿海12個精細化預報海區一年的實況代表站逐時大風資料，分析了每個海區在大風預報時的不同。辛寶恒和閻俊岳等[6-7]對產生黃、渤海大風的分布規律、海陸大風對比分析特征、影響系統等進行了論述。

準確的掌握唐山灣沿海大風的實況和氣候特征，使當地政府能制定合理的保障機制來維護海上航運和生產的安全，尤為重要。由于曹妃甸的出現使得唐山灣形成兩大凹灣，即可以將唐山灣以曹妃甸為中心分為東部海區、西部海區和南部海區3個海區，本文選取唐山灣6個具有代表性的自動站，著重分析唐山灣大風的規律性和氣候特點，為預報提供重要的參考依據。

2　資料說明

2.1測站與儀器

根據唐山灣海域的地理位置和各站大風的代表性情況，選取黑沿子、嘴東、海事碼頭3個沿岸站，龍島、祥云島2個海島站和1個大浮標站進行統計分析，測站分布情況如圖1所示。所有的自動站觀測標準和精度都一致，均符合《地面氣象觀測規范》的要求[8]。風向采用360°方位，風速以m/s為單位，保留一位小數。

2.2資料選取

代表站的選取兼顧該站資料的代表性和穩定性，盡量選取海島站、浮標站和岸基站。由于曹妃甸是填海造地，海事碼頭，龍島，大浮標等建站時間比較晚，為了保持資料的月份連貫性和可用性，選取了2013年12月1日—2014年11月30日的逐日大風風向、風速資料。期間由于儀器故障、通訊中斷等原因，資料偶有缺失，但不影響使用，總計365 d大風記錄。本文提到的日統計是按照氣象學上以北京時間20時為日界的標準進行統計。

根據唐山灣的地理位置和各站大風的代表性情況，選用黑沿子和嘴東2個站代表西部海域，海事碼頭和大浮標2個站代表南部海域，龍島和祥云島2個站代表東部海域，其中黑沿子、嘴東和海事碼頭為沿岸站，龍島和祥云島為海島站，大浮標位于距曹妃甸5n mile的位置。

圖1　自動站分布圖

3　唐山灣海域大風統計

由于≥6級風產生災害的幾率明顯增大，日常海上天氣預報中預計未來將出現6級以上就要發布大風警報。文中定義日最大風≥6級即為一個最大風日，日極大風≥6級即為一個極大風日。最大風為10 min平均風速最大值的風，極大風指極大風速最大值的風[9]，對各站的大風特征進行統計分析，使之能更好的為預報提供幫助。6級風是指平均風速在10.8—13.8 m/s之間的大風，8級風是指平均風速在17.2—20.7 m/s之間的風[10]，規定≥6級風即為大風。

3.1各海域年大風日數

由表1可知：南部海域的兩個代表站≥6級大風平均日數為58.2 d，比西部海域多37.7 d，比東部海域多3.2 d；南部海域的兩個代表站≥6級極大風平均日數為149.5 d，比西部海域多50 d，比東部海域多13 d。南部海域每天出現≥6級大風的概率為15.9%，幾乎是東部海域的3倍，與西部海域的差別不大。

表1　2013年12月—2014年11月各站大風日數統計（單位：d）

在≥6級最大風出現日數上，沿岸站中海事碼頭最多，黑沿子最少，海島站中龍島最多，且海島站均比沿岸站多，最多相差74 d，浮標站比海島站和沿岸站都要多。在≥6級大風出現日數上，沿岸站中海事碼頭最多，黑沿子最少，海島站中龍島比祥云島多，且海島站均比沿岸站多，最大相差21 d，同時龍島比浮標多6 d。

分析表明：在出現≥6級大風或極大風日數上，海島站均比沿岸站明顯多。以大風日數最多的測站的大風代表唐山灣海域大風。唐山灣海域出現大風的概率為24.4%，即幾乎4 d一次；唐山灣海域出現≥6級極大風概率為43.0%，即平均2.3 d一次。≥6級大風出現最多的測站是浮標站，位于唐山灣的南部海域；≥6級極大風日數出現較多的是龍島，其次是浮標站和海事碼頭，分別代表南部海域和東部海域，這說明唐山灣南部海域和東部海域更易出現6級以上大風。

從圖2、圖3可以看出：唐山灣海域的大風具有明顯的季節變化特性，5月和11月是兩個明顯的波峰，3月份開始隨著冷暖空氣交匯頻繁，大風次數逐漸增多；9月份以后，隨著冷空氣的影響，大風日數再次增多；6—8月份為海風風力較弱的時段，大風次數也較少。

3.2各海域大風出現概率分布

由圖4、圖5可知：各月≥6級大風出現概率，東部海域最大，平均每月為15.2%，其中龍島概率最高，達到22.1%，即平均4.5 d就有一次大風天氣，5月份更是高達48.4%；南部海域的浮標站其次，平均每月為21.6%，但單月有7個月的概率超過25%；西部海域的黑沿子的平均每月概率最低，僅為1.63%。

各月≥6級極大風出現概率，南部海域最大，平均每月為40.9%，幾乎平均不到3 d就出現一次≥6級極大風天氣；各站中龍島站的概率最高，平均每月為44.7%，且單月有10個月的極大風出現概率超過25%，5月份更是高達74.2%。意味著不到1.5 d就出現一次≥6級極大風；西部海域的黑沿子最低，平均每月為24.5%，單月有4個月的極大風超過25%。

圖2　2013年12月—2014年11月各站出現≥6級最大風日數

圖3　2013年12月—2014年11月各站出現≥6級極大風日數

圖4　2013年12月—2014年11月各站出現≥6級風概率示意圖

圖5　2013年12月—2014年11月各站出現≥6級極大風概率示意圖

從各月的情況來看，3—5月和9—12月≥6級大風和極大風出現的概率較高，≥6級大風單月最高概率是龍島的48.4%，出現在5月；≥6級極大風月平均概率最小為黑沿子的24.5%，其他各站均超過25%，其中浮標站和龍島都超過40%，龍島更是5個單月概率超過50%。6—8月≥6級大風和極大風出現的概率均較低，≥6級大風出現的概率基本都在10%以下，≥6級極大風除了嘴東和龍島，單月概率均在25%以下；1—2月≥6級大風除了浮標站和2月的龍島站，各站的單月概率均在20%以下，黑沿子更是沒有出現過一次大風天氣；≥6級極大風西部海域出現的概率均在20%以下，南部和東部海域出現的概率仍然較高。

3.3各海域風速極值分布

表2中最大風風速為2013年12月—2014年11 月10 min平均風速的最大值，極大風為各時刻極大風速的最大值。由表2可知：西部海域出現最大風風速為20.7 m/s，為風力8級，出現在2014年7月16日的黑沿子；南部海域出現最大風風速為23.1 m/s，為風力9級，出現在2014年11月30日的大浮標；東部海域出現最大風風速為19.8 m/s，為風力8級，出現在2014年11月30日的龍島。大浮標和嘴東間最大風相差最大，為4.8 m/s。

西部海域出現極大風風速為31.2 m/s，為風力11級，出現在2014年7月16日16:00（北京時），該時間也是黑沿子出現極大風風速的時間，其他測站在該天16:00左右均出現8級及以上西北大風，但是當天其他時段風力均較小，在3—4級左右，綜合考慮是急性型冷鋒，就是在強盛的西北急流作用下，急行性干冷鋒快速東移南下，斜壓不穩定大氣位能向動能的劇烈轉換，加上高空動量下傳，造成突發性冷空氣大風過程。南部海域出現極大風風速為28.5 m/s，為風力11級，出現在2014年11月30日的大浮標；東部海域出現極大風風速為27.1 m/s，為風力10級，出現在2014年11月30日的龍島。造成11 月30日過程極大風速的是一次寒潮過程，這也是引起唐山灣海域大風的最主要天氣形勢之一。

表2　2013年12月—2014年11月各站風速(單位：m/s)

表3　2013年12月—2014年11月各站10 min平均風速≥6級的大風的平均風速(單位：m/s)

表4　2013年12月—2014年11月各站極大風速≥6級的大風的平均風速(單位：m/s)

3.4各海域年大風風速分布

表3、4為2013年12月—2014年11月各站≥6級大風的平均風速統計表，其中“—”表示該月沒有出現≥6級的大風。

由表3可知，黑沿子秋冬季（即9—11月和12—2月）無6級以上大風，這是因為該站偏北方向上有高約20 m的建筑物，根據本地氣候特點，該建筑物很可能是造成黒沿子站秋冬季無6級以上大風的原因。此外，春夏季節其他相關風向上有6級以上大風出現，也說明了該建筑物對秋冬季大風的影響。

由表3、4可知：出現≥6級大風的平均風速，西部海域平均風速為12.58 m/s，當天其中黑沿子最大為12.98 m/s，如果除去7月16日由于急性型冷鋒造成的瞬時大風，西部海域平均風速為11.81 m/s；南部海域平均風速為12.54 m/s，其中浮標站最大為12.66 m/s；東部海域平均風速為12.27 m/s，其中龍島最大為12.59 m/s。出現≥6級極大風的平均風速，西部海域平均風速為13.31 m/s，其中嘴東最大為13.54 m/s；南部海域平均風速為13.40 m/s，其中浮標站最大為13.48 m/s；東部海域平均風速為13.27 m/s，其中龍島最大為13.59 m/s。

從單站來分析，在4月和5月各站均有≥6級風出現，最大風速差出現在4月的龍島和黑沿子之間為1.15 m/s，在各站均有≥6級極大風出現的月份中，最大風速差出現在2月的龍島和黑沿子之間為1.94 m/s；無論是≥6級風還是極大風，各站中平均風速最低的均為祥云島。

綜上分析：無論是≥6級風還是極大風，3個海域年平均風速最接近的為南部海域和東部海域，且均比西部海域要大。浮標和龍島分別是南部海域和東部海域平均風速最大的站。

圖6　各站≥6級大風四季平均風速變化　

圖7　各站≥6級極大風四季平均風速變化表

圖8　2013年12月—2014年11月西部海域≥6級大風風向頻率

3.5各海域大風風速季節變化

由圖6、圖7可以分析：從季節的分布看，≥6級大風和極大風，各站秋季的平均風速都是全年最高的，冬季的平均風速最低；≥6級大風，黑沿子在秋季和冬季基本無大風天氣，春季和夏季的平均風速與其他各站差別不大，3個海域的代表站的全年≥6級大風平均風速基本都在12 m/s左右；≥6級極大風，3個海域的春季和秋季的變化趨勢基本一致，西部海域的夏季極大風平均風速比南部海域和東部海域都要高。

3.6各海域大風風向分布特征

由圖8、圖9和圖10可知：年≥6級大風風向，西部海域總體主導風向是NNE，占該海域總數的73.2%；南部海域總體主導風向為NW，占該海域總數的26.4%，ENE次之，占該海域總數的25.4%；東部海域總體主導風向是ENE，占該海域總數的40.1%。綜上可知：≥6級大風年主導風向以NE-ENE為主導，ENE出現次數較多，南部海域和東部海域總體最為接近。

圖9　2013年12月—2014年11月南部海域≥6級大風風向頻率

圖10　2013年12月—2014年11月東部海域≥6級大風風向頻率

圖11　2013年12月—2014年11月西部海域≥6級極大風風向頻率

由圖11、圖12和圖13可知：年≥6級極大風風向，西部海域總體主導風向為E，占該海域總數的31.6%，其次為WNW，占25.9%；南部海域總體主導風向為EW-ENE，ENE出現的最多，占該海域總數的18.7%；東部海域總體主導風向為ENE-E，其中E出現的較多，占該海域總數的23.3%。綜上可知：≥6級極大風年主導風向ENE-E，南部海域和東部海域總體比較相近，西部海域以偏東風為主。

分析表明：唐山灣3個海域中，無論是≥6級大風還是極大風，南部海域和東部海域的主導風向比較接近，結合西部海域可以精確的反映出整個唐山灣海域的主導風向。16個風向方位中，主要出現NW、NNE、WNW、NW、ENE、E和NE7個方位，幾乎沒有偏南方向的大風，那么可以說明唐山灣出現≥6級大風和≥6級極大風的風向以偏北風為主。

圖12　2013年12月—2014年11月南部海域≥6級極大風風向頻率

圖13　2013年12月—2014年11月東部海域≥6級極大風風向頻率

4　結論

通過2013年12月—2014年11月唐山灣3個海域6個代表站的大風資料統計分析發現：

（1）在≥6級大風和極大風的日數上，南部海域最多，幾乎是東部海域的3倍，西部海域其次；從單站的角度分析，各站中浮標站最多，3個海域的海島站均比沿岸站要多；綜合分析唐山灣海域出現大風的概率為24.4%，而且南部海域和東部海域更容易出現大風；

（2）整個唐山灣的大風發生日數具有明顯的季節性特征，總體呈兩峰兩谷的形勢，并且5月和11月的發生日數最多；

（3）從各站單月的大風發生概率考慮，東部海域的龍島發生概率最高，5月大風發生概率達48.4%，幾乎兩天就發生一次大風天氣；

（4）各海域的風速極值均在17.2m/s以上，即8級以上風力；3個海域的年大風平均風速南部海域最大，西部海域其次，浮標站和龍島分別是南部海域和東部海域平均風速最大的站；

（5）各站中秋季的大風年平均風速是最高的，3個海域≥6級極大風的在春季和秋季的變化趨勢一致，夏季時西部海域比南部海域和東部海域的平均風速要大；

（6）3個海域≥6級大風年主導風向為NE-ENE，≥6級極大風年主導風向為ENE-E，幾乎沒有偏南風向的大風，即整個唐山灣的大風年主導風向為偏北風。

本文利用6個代表站一年的大風資料對唐山灣3個海域進行統計分析，準確的反映該海域大風的特性，但是由于曹妃甸為填海造地工程，各測站建立的時間不長，資料時間也相對較短，得到的結論有定的局限性。

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Preliminary analysis of strong wind over the fine sea area of Tangshan Bay

WANG Chang1, LIU Qian1, LONG Qiang1, WANG Feng1,2
（1.Caofeidian Meteorological Bureau, Tangshan 063200 China; 2. Tangshan Meteorological Bureau, Tangshan 063200 China）

Abstract：According to the special geographical environment of Tangshan Bay, it is divided into three areas, western, southern and Eastern. Three coastal stations, two island stations and a buoy station are selected as representatives of the three areas. Each site on windy days, wind speed, inter annual and monthly variation characteristics of comparative are analyzed. The results are as follows: the southern areas have most day times that appearing≥6 level wind and extreme wind. The probability of occurrence strong wind in the southern areas is similar with that in the eastern areas, which is both about 3 times than that in the Western areas. The great gale in Tangshan Gulf has typical seasonal variation characteristics, with two peaks and two valleys distribution. Majority of the great gale happened in May and November. The extreme wind speed in the three sea areas are more than 17.2 m/s (more than level 8), and the maximum wind speed reaches about 31.2 m/s (Level 11) in Zuidong Station in 16th July due to the acute of the cold front. The dominant wind direction of≥6 level wind is NE-ENE over Tangshan Bay, while the wind direction of≥6 extreme wind is ENE-E, and wind direction of≥6 wind are dominated by northerly winds over Tangshan Bay. Comprehensive analysis of the wind data from representative stations in the three areas, it can accurately reflect the climate characteristics in Tangshan Bay, and provide a supplementary work for the weather forecast in all areas.

Key words：Tangshan bay; strong wind; statistical analysis; climate characteristics

作者簡介：王暢（1987-），男，助理工程師，碩士，從事海洋氣象和氣象信息技術研究工作。E-mail：806025504@qq.com

基金項目：國家自然科學基金項目（61375030）。

收稿日期：2015-07-09

中圖分類號：P732

文獻標識碼：A

文章編號：1003-0239（2016）01-0011-08