蘇北淺灘輻射沙洲高低潮時誤差特征分析及成因探討

鄔惠明，徐常三，高鑫鑫，吉會峰（國家海洋局南通海洋環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇　南通　226002）

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蘇北淺灘輻射沙洲高低潮時誤差特征分析及成因探討

鄔惠明，徐常三，高鑫鑫，吉會峰
（國家海洋局南通海洋環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇南通226002）

摘要：根據地處蘇北淺灘輻射沙洲的洋口港海洋站2011年1月至2013年12月共3年的驗潮資料，計算了高低潮時實況與對應的天文潮高低潮時的誤差，分析誤差的月際分布、提前或滯后量分布等特征，并對引起高低潮時誤差的原因進行了初步探討。分析表明：蘇北淺灘輻射沙洲高低潮時誤差具有明顯的月際分布，且呈準正態(tài)分布；受天氣系統(tǒng)影響時，輻射沙洲高低潮時誤差最高可超過1 h，需要引起海洋環(huán)境預警報和涉海作業(yè)等人員的足夠重視。

關鍵詞：輻射沙洲；洋口港；高低潮時；誤差分析

眾所周知，潮汐預報以及由此而衍生的風暴潮警報是海洋預報和海洋災害應急預警報的主要內容，其主要的預報信息包括潮高及高低潮時等預警報信息。

在以往的潮汐預報及相關研究中，主要涉及潮高、風暴增水等方面的研究，較少涉及有關高低潮時準確與否的研究，且在實際預報中，對于高低潮時的預報往往采用天文潮的高低潮時，并認為高低潮時誤差在半小時之內是在正常范圍內的（吳德安等，2004）。但是在不少情況下，人們更加關心高低潮時的預報，并必須基于高低潮時進行生產作業(yè)的安排。如，蘇北淺灘輻射沙洲地處黃海南部，是舉世聞名的條斑紫菜養(yǎng)殖海域。條斑紫菜的生長特點是每日需要生長在海水中超過4 h，但又必須有足夠的時間離開水面接收通風、陽光，生長條件較為苛刻（唐箭飛，2010）。

每年的9月至翌年的4月是條斑紫菜養(yǎng)殖季節(jié)。作業(yè)人員利用養(yǎng)殖海域的低潮間隙，乘坐拖拉機前往養(yǎng)殖區(qū)域進行梳理架子、收割等勞作，漲潮時便返回。紫菜養(yǎng)殖區(qū)沒有驗潮設施，因此紫菜養(yǎng)殖人員往往只能憑借經驗，結合鄰近漁港的潮汐表判斷紫菜作業(yè)區(qū)潮汐漲落的時間安排作業(yè)時間段及工作量。由于地形、氣象等諸多原因，導致實際出現(xiàn)的高低潮時與經驗預判不一致，即漲落潮時間會出現(xiàn)提前或滯后。如發(fā)生提前漲潮現(xiàn)象時，灘涂上的馬腰（注：“馬腰”是當?shù)貙椛渖持逌喜鄣乃追Q）的水位迅速上漲，當馬腰的水位達到一定高度時，滿載作業(yè)人員和生產物資的拖拉機容易歇火。一旦歇火，人員往往來不及撤離，瘋漲的潮水會迅速吞噬作業(yè)人員，導致海難事故的發(fā)生。據記載，2007年4月15晚8點45分，如東縣長沙鎮(zhèn)何灶村養(yǎng)殖場從事紫菜生產護場作業(yè)的21名人員，遭遇異常漲潮，遇難人員共計19人。“4·15”海難事故發(fā)生的淺灘區(qū)域馬腰較多，在事發(fā)的灘涂與海岸間有多處水深為1～2 m的馬腰，在事發(fā)時潮水受風影響漲潮時間略有提前，到漲潮中間時，由于海流流速較大，漲水速度較快。提前將馬腰淹沒，阻擋了人員撤退的路線。

另據統(tǒng)計，2001-2013年共發(fā)生較大或重大的灘涂生產海難事故6起（指死亡或失蹤3人以上的海難事故），累計死亡63人，其中不少事故就跟實際高低潮時出現(xiàn)時間與預計的有誤差有關，教訓極其慘痛。

基于條斑紫菜是廣大人民群眾十分喜愛的海產品，也是南通市出口創(chuàng)匯的拳頭產品之一。南通市政府將紫菜養(yǎng)殖作為當?shù)氐闹еa業(yè)之一（顧漢忠等，2008），其養(yǎng)殖規(guī)模和產量占全國條斑紫菜的80%以上，歷史上又多次發(fā)生因為高低潮時誤差而引發(fā)的重大海難事故，因此分析研究蘇北淺灘輻射沙洲高低潮時異常現(xiàn)象，對于提高即將投入業(yè)務化試運行的南通海洋預報減災示范區(qū)潮汐預報產品的準確性具有較強的現(xiàn)實意義。

本文根據地處蘇北淺灘輻射沙洲的洋口港海洋站連續(xù)3年的驗潮資料，對高低潮時誤差進行初步的統(tǒng)計和分析，希冀給海洋環(huán)境預警報和海上從業(yè)人員，特別是蘇北淺灘輻射沙洲紫菜養(yǎng)殖管理人員和作業(yè)人員提供參考依據。

1　數(shù)據來源

本文分析數(shù)據來源于洋口港海洋站2011-2013年的驗潮實況資料以及國家海洋信息中心出版的洋口港天文潮。洋口港海洋站位于江蘇省如東縣洋口港太陽島南碼頭，處于古長江入海口和爛沙洋深槽潮汐通道（何華春等，2005），其自然水深在-17 m以上，寬2.2～2.4 km，航道兩側有天然沙洲掩護，且地處強潮流海域，水道、沙洲方向一致，航道順直，底質穩(wěn)定，直通外海，貫通太平洋。洋口港海洋站為全自動海洋觀測站，2009年6月建成，同年7月正式投入運行。觀測要素為：風、氣壓、氣溫、濕度、能見度、降水、潮位、表層海水溫鹽。該站運行穩(wěn)定，數(shù)據質量可靠，圖1為洋口港的地理位置示意圖。

圖1　洋口港地理位置示意圖

2　統(tǒng)計方法

統(tǒng)計采用洋口港海洋站實際測到的高低潮時與對應的天文潮（國家海洋信息中心，2010-2012）高低潮時進行比較，得到高低潮時誤差的結果。其中，實測高低潮時減去對應的天文潮高低潮時之差為負值，表明高低潮時提前，反之則為滯后；若差值為0，表明高低潮時無誤差。

3　統(tǒng)計分析

3.1高、低潮時誤差

經統(tǒng)計，2011-2013年期間，洋口港驗潮站共測到4218個高潮或低潮（注：2011-2013年洋口港應測高低潮時4 236個，實測高低潮時4 218個，高低潮數(shù)據獲取率99.6%）。其中高潮時共2 110個，低潮時共2 108個。

4218個高潮或低潮數(shù)據中，出現(xiàn)提前現(xiàn)象的共計1 632個，占38.69%；滯后2 401個，占56.92%；一致的則為185個，占4.39%。

3年期間平均高低潮時誤差為7.53 min；1 632個提前高低潮時中，平均提前時間為7.87 min，最大提前時間達64 min；2 401個滯后高低潮時中，平均滯后時間7.87 min，最大滯后時間37 min。表1為各月份洋口港高低潮時差月際分布。

從表2可以看出，絕大多數(shù)高低潮時誤差不超過15 min。表明高低潮時基本上與天文高低潮時是比較吻合的。但也存在個例，高、低潮時誤差超過15 min乃至30 min以上。個別情況下甚至超過1 h。表2為高低潮時誤差的分段統(tǒng)計。

2110個實測高潮時中，比天文高潮提前的次數(shù)有678次，占32.13%；與天文高潮一致的次數(shù)有96次，占4.55%；比天文高潮滯后1 336次，占63.32%。高潮時最長提前時間達64 min，最長滯后時間為37 min。（圖2）

表1　2011-2013年洋口港高、低潮時實況與天文潮誤差統(tǒng)計

表2　2011-2013年洋口港高、低潮時實況與天文潮誤差分段統(tǒng)計

圖2　高、低潮時誤差分布

2108次實測低潮時中，比天文低潮時提前的次數(shù)出現(xiàn)954個，占45.26%；與天文低潮時一致的次數(shù)出現(xiàn)89個，占4.22%；比天文低潮時滯后的次數(shù)出現(xiàn)1065個，占50.52%。低潮時最長提前時間為50min，最長滯后時間為27min（圖2）。

對高、低潮提前和滯后時間超過15 min的情況進行統(tǒng)計，從表3可以看出提前15 min以上次數(shù)在8月份出現(xiàn)最多，高潮提前出現(xiàn)12次，低潮提前出現(xiàn)38次；高潮滯后15 min以上次數(shù)在3月份出現(xiàn)最多，出現(xiàn)35次，低潮滯后15 min以上次數(shù)在2月份出現(xiàn)最多，出現(xiàn)30次。

3.2月際分布

將誤差按月統(tǒng)計時，發(fā)現(xiàn)月際分布特征明顯。從表4、圖3（a）中可以看出，高潮時滯后次數(shù)分布特點明顯：年初月份和年底月份較多，6-9月相對較少；與之相反，高潮時提前次數(shù)夏天較多，而年初月份與年末月份相對較少。高潮時提前次數(shù)與滯后次數(shù)存在明顯的反位相現(xiàn)象。

從表4、圖3（b）可以看出，低潮時滯后次數(shù)分布特點也較為明顯，年初月份和年底月份次數(shù)較多，6-9月相對較少，8月處于低谷；低潮時提前次數(shù)6-9月較多，8月出現(xiàn)峰值，而年初月份與年末月份相對較少。與高潮時誤差類似，低潮時提前次數(shù)與滯后次數(shù)存在較明顯的反位相現(xiàn)象。

表3　2011-2013年洋口港高、低潮時誤差超過15 min統(tǒng)計

表4　高、低潮時實況與天文潮誤差月際分布統(tǒng)計

圖3　高（a）、低（b）潮時實況與天文潮誤差月際分布統(tǒng)計

3.3分布律擬合

從圖2，不難看出高低潮時出現(xiàn)誤差的次數(shù)分布與正態(tài)分布（參見公式1）較為類似。

式中：μ為平均值，σ則為均方差。

根據統(tǒng)計原理，服從標準正態(tài)分布時，落在-σ至σ的比例達到68.3%；落在-2σ至2σ的比例達到95.44%；落在-3σ至3σ的比例達到99.74%。

從高潮時誤差中，計算出平均值μ=2.94，均方差σ=8.78，2σ=17.56，3σ=26.34。

進一步計算落在上述區(qū)間的百分比，發(fā)現(xiàn)高潮時誤差分布與正態(tài)分布十分接近（表5），可視為準正態(tài)分布。圖4（a）為高潮時誤差分布與擬合的正態(tài)分布密度曲線，十分吻合。

與高潮時計算方法雷同，計算出低潮誤差平均值為-0.06，均方差10.14，2σ=20.28，3σ=30.42。

進一步計算落在上述區(qū)間的百分比，發(fā)現(xiàn)低潮時誤差分布與正態(tài)分布同樣十分接近（表5），可視為準正態(tài)分布。圖4（b）為低潮時誤差分布與擬合的正態(tài)分布密度曲線。

表5　高、低潮時實況與天文潮誤差分布區(qū)間

圖4　洋口港高潮時（a）、低潮時（b）誤差分布與擬合的正態(tài)分布密度曲線圖

4　成因探討

前已提及在日常預報中，一般采用天文潮的高低潮時間作為高低潮預報時間，且在30 min之內往往是被默認為正常范圍。因此，本文著重探討高、低潮時誤差達到30 min及以上的情形。

經統(tǒng)計，2011年1月至2013年12月洋口港高潮時提前或滯后超過30 min累計8個，其中提前5個，滯后3個。從表6看出，當洋口港高潮時誤差提前或滯后達到或超過30 min時，往往受到某種天氣系統(tǒng)的影響，如熱帶氣旋或鋒面氣旋等。2011年1月至2013年12月洋口港低潮時提前或滯后誤差超過30 min累計14個，其中出現(xiàn)提前情況有14個，無滯后30 min情況發(fā)生。從表6看出，當洋口港低潮時誤差提前達到或超過30min時，也受到某種天氣系統(tǒng)的影響，如冷空氣、熱帶氣旋或兩者共同影響等。

從表6中不難發(fā)現(xiàn)，無論高潮時誤差還是低潮時誤差，往往與某種天氣系統(tǒng)有關聯(lián)。而天氣系統(tǒng)影響時往往伴隨著大風。為什么同樣受到天氣系統(tǒng)影響，有時提前有時卻滯后呢？進一步分析，認為高低潮時提前或滯后與潮流特性、地形也有關系。

表6　洋口港高、低潮時誤差統(tǒng)計（達到或超過30 min）

對洋口港驗潮站2012年逐時潮位資料進行調和分析（侍茂崇，2005），得到洋口港M2、S2、N2、K2、K1、O1、P1、Q1、M4、MS4、M6、Sa、SSa等13個主要分潮的調和常數(shù)如表7。

計算結果：（Hk1+ H01）/HM2= 0.15，（Hk1+ H01）/ （HM2+ HS2）= 0.10；由此判別洋口港海洋站為半日潮港，一天之內出現(xiàn)兩次高潮和兩次低潮，且兩次高低潮高度不相等。同時，洋口港太陰1/4日分潮與主要太陰半日分潮振幅之比= 0.015，說明受一定的淺水效應影響。由此判定，洋口港海域潮汐性質為非正規(guī)淺海半日潮類型。

前已提到洋口港進出航道為爛沙洋，航道為東南-西北走向（圖1）。雖然爛沙洋的潮流性質本質上為旋轉流，但受地形影響，爛沙洋的潮流性質往復流的特點更加明顯。根據長江水利委員會長江口水文資源勘測局2003年的水文測驗，爛沙洋航道區(qū)域屬規(guī)則的半日潮流海區(qū)，潮流呈往復流性質。

以2011年8月7日為例。查閱該日天文潮，預計高潮時為5∶21和17∶47，低潮時為11∶14和次日凌晨00∶05（圖5）。

表7　洋口港的調和常數(shù)

圖5　洋口港2011年8月7日天文潮曲線圖

受到1109號熱帶氣旋“梅花”的影響，洋口港附近海域有大風出現(xiàn)。風力全天維持在7-9級，但隨著“梅花”的北上，洋口港附近爛沙洋的風向在不斷的變化。全天的風向由凌晨的北北東逐漸轉為西北，下午漲潮時風向轉為西北，與爛沙洋的走向吻合。因此出現(xiàn)了漲潮流與風海流“碰頭”的情形，從而造成高潮時提前現(xiàn)象的發(fā)生。該日傍晚的預報高潮時間為17∶47，但實際高潮出現(xiàn)時間為16∶43，整整提前64min。而同在該日，凌晨的預報高潮時間為05∶21，雖然凌晨時風力也達到7級，但風向為北北東方向，與爛沙洋航道走向有一定的夾角，加上風力遜于下午漲潮時的風力（見表8），因此高潮出現(xiàn)的提前時間為31 min，比傍晚出現(xiàn)的高潮時提前時間縮短了33 min。

又以2013年4月6日為例。查閱該日天文潮，高潮時為09∶15和21∶56，低潮時為03∶13和15∶44（圖6）。

該日因受冷空氣影響，洋口港海域凌晨到傍晚出現(xiàn)了7-8級的偏北風，傍晚起風力逐漸減小到5-6級。風向則由偏北，上午起逐漸轉為西北（表9）。

凌晨時恰逢低潮落潮階段，潮水順爛沙洋而退，而此時受冷空氣影響，爛沙洋有7-8級的偏北風，因此加速了退潮過程，導致低潮時提前的出現(xiàn)。該日預報低潮時03∶13，實際出現(xiàn)02∶39，提前34 min。

表8　2011年8月7日洋口港實測逐時風速風向

表9　2013年4月6日洋口港實測逐時風速風向

圖6　洋口港2013年4月6日天文潮曲線圖

5　結論

本文以洋口港3年的驗潮實測資料為依據，初步探討了輻射沙洲高低潮時與天文潮的誤差特征，并得出以下一些結論。

（1）蘇北淺灘輻射沙洲高低潮時誤差具有明顯的月際分布特征，各月均有可能發(fā)生高低潮時提前或滯后現(xiàn)象，但提前或滯后個數(shù)多少與月份相關：高潮時滯后次數(shù)年初月份和年底月份較明顯，6-9月相對較少；高潮時提前次數(shù)夏季較多，而年初月份與年末月份相對較少。提前次數(shù)與滯后次數(shù)存在較明顯的反位相現(xiàn)象。低潮時滯后次數(shù)年初月份和年底月份次數(shù)較多，6-9月相對較少，8月處于低谷；低潮時提前次數(shù)6-9月較多，8月出現(xiàn)峰值，而年初月份與年末月份相對較少。與高潮時類似，低潮時提前次數(shù)與滯后次數(shù)存在較明顯的反位相現(xiàn)象。

（2）高、低潮時提前和滯后誤差服從準正態(tài)分布。

（3）受天氣系統(tǒng)影響時，輻射沙洲風力較大時高低潮時誤差尤為明顯，最高甚至可超過1 h，需要引起足夠的重視。當風向與爛沙洋航道走向一致時，應關注大風階段風向與漲潮或落潮的關系。東北、北或西北風時，若遇漲潮則往往出現(xiàn)高潮時提前，若遇退潮，則往往出現(xiàn)低潮時提前；反之東南、偏南大風時，若遇漲潮或退潮，則高、低潮時往往滯后。

參考文獻

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（本文編輯：袁澤軼）

Research on high & low tide time error characteristics in the radial sand ridges area in North Jiangsu Province

WU Hui-ming，XU Chang-san，GAO Xin-xin，JI Hui-feng
（Nantong Marine Environmental Monitoring Center，SOA，Nantong 226002，China）

Abstract：Based on the real tide data from the ocean stations of the Yangkou Port in North Jiangsu Province from Jan. 2011 to Dec. 2013，this paper calculates the error characteristics of high &low tide，including error's monthly distribution，ahead and delay time between real tide and astronomical tide. The causes of high &low tide errors are also preliminarily discussed. The analysis indicates that the error's monthly distribution is obvious，and accords with the quasi-normal distribution. Affected by weather systems such as tropical cyclone，the maximum of ahead or delay time of high & low tide errors could exceed 1 hour，to which enough attention should be paid.

Keywords：radial sand ridges；Yangkou Port；high &low tide time；error analysis

中圖分類號：P731.23

文獻標識碼：A

文章編號：1001-6932（2016）02-0163-07

Doi：10.11840/j.issn.1001-6392.2016.02.006

收稿日期：2015-03-13；

修訂日期：2015-07-05

基金項目：江蘇重點海域綠潮預測預報與漂移擴散模型研究及應用（MATHAB2014004）。

作者簡介：鄔惠明（1964-），男，高工，主要從事海洋防災減災研究。電子郵箱：whm@eastsea.gov.cn。

通訊作者：吉會峰，碩士研究生，助工。電子郵箱：zqjhf@163.com。