1621號超強臺風“莎莉嘉”風暴潮特征分析*

黃子眉，李小維**，姜紹材，陳劍鋒

(1.廣西科學院，廣西近海海洋環境科學重點實驗室，廣西南寧 530007；2.國家海洋局北海海洋環境監測中心站，廣西北海 536000)

0 引言

廣西沿海頻繁遭受臺風影響，北部灣是典型的全日潮海區，其天文大潮的高潮位一般較高，其間若遇上臺風，極易造成風暴潮災害。我國學者對臺風風暴潮進行了大量研究和對比分析，但對廣西沿海臺風風暴潮的研究較少。如施素芬[1]探討9711號臺風特大風暴潮預報及災害成因，發現海門港臺風暴增水與風切應力、氣壓下降密切關聯。李文歡等[2]對0312號臺風“科羅旺”風暴潮預報過程進行分析，結果表明海南島東北部岸形特征有利于風暴增水。陳宇東等[3]對0709號超強臺風“圣帕”風暴潮特征與預報進行分析，發現當臺風橫穿臺灣海峽時福建沿海易出現雙增水現象。石海瑩等[4]對0715號臺風“利奇馬”風暴潮進行研究，結果表明風暴增水與地形特點及氣旋自身結構密切相關。吳元鋒[5]對0908號臺風“莫拉克”特征及風暴增水進行分析，發現風暴增水與高潮位、風速、大風持續時間以及浪高等因素有關。盧小鵬[6]對1014號臺鳳“暹芭”期間浙北海域風暴潮特征進行分析總結，結果表明浙北海域的風暴潮半日周期特征明顯，最大增水出現于高潮位后約2 h。還有部分學者利用不同數值模式對整個臺風風暴潮過程進行后報檢驗，并得出風暴潮實況和模擬結果的對比結論[7-13]。1621號超強臺風“莎莉嘉”(以下簡稱“莎莉嘉”)是近年來直接登陸廣西沿海的臺風之一，前人對這一類直接登陸型臺風的風暴潮研究較少，僅有陳憲云等[14]對廣西重要海洋災害風險進行分析，陳波等[15-17]對北部灣風暴潮現狀、臺風對廣西近岸水位變化的影響、風暴射流產生與增減水異常現象進行研究，張敏等[18]基于模型耦合進行北部灣風暴增水與風浪模擬研究，故對“莎莉嘉”風暴潮特征進行分析總結十分必要。本文對“莎莉嘉”影響時期，廣西沿海3個監測站的臺風數據和風暴潮數據進行總結分析，研究其風暴潮特征，并討論其與各有關因素的相關性，為今后該類臺風的風暴潮預報積累經驗。

1 材料與方法

本文主要研究方法是統計分析法和對比分析法。所采用的熱帶氣旋數據來源于中央氣象臺官網(www.nmc.cn)發布的臺風資料。實測潮位數據來源于廣西沿海3個國家海洋觀測基本站的每5 min潮位觀測資料，它們分別是北海海洋監測站(以下簡稱北海站)，坐標為21.5°N，109.1°E；欽州海洋監測站(以下簡稱欽州站)，坐標為21.7°N，108.6°E；防城港海洋監測站(以下簡稱防城港站)，坐標為21.6°N，108.3°E。天文潮位數據來源于國家海洋信息中心計算的天文潮資料。風暴增水采用通用的方法計算[19]，即風暴增水=實測潮位-天文潮位。風向、風速數據來源于上述3個觀測站的每分鐘風向、風速觀測資料。依據常規方法，將北海站潮位超過警戒水位550 cm、欽州站潮位超過警戒水位600 cm和防城港站潮位超過警戒水位510 cm作為風暴潮的基準。

2 結果與分析

2.1 臺風特點

2.1.1 路徑穩定

1621號超強臺風“莎莉嘉”于2016年10月13日20時生成于菲律賓以東洋面上(128.6°E,13.5°N)，后向偏西方向移動，14日05時轉向偏西北方向移動，16日05時又轉成偏西向移動，之后逐漸北移，總體表現為一直沿著偏西方向或西北方向移動(表1)。

表1 臺風“莎莉嘉”特征參數
Table 1 Characteristic parameters of typhoon "Sarika"

時間Time經緯度Latitude and longitude中心最低氣壓Minimum central air pressure(hPa)最大風速Maximum wind speed (m/s)時間Time經緯度Latitude and longitude中心最低氣壓Minimum central air pressure (hPa)最大風速Maximum wind speed(m/s)14T08126.8°E,13.9°N9902317T08114.8°E,17.2°N9653814T14128.4°E,13.9°N9852517T14113.1°E,17.5°N9604014T20126.0°E,13.9°N9852517T20112.5°E,18.0°N9554215T02125.3°E,14.1°N9822818T02111.6°E,18.2°N9554215T08124.5°E,14.3°N9703518T08110.9°E,18.7°N9504515T14123.9°E,14.7°N9604018T14109.9°E,13.9°N9704015T20122.9°E,15.1°N9504518T20128.6°E,19.0°N9823016T02121.8°E,15.7°N9355519T02108.9°E,20.0°N9823016T08120.0°E,16.2°N9554219T08108.2°E,20.9°N9852516T14118.2°E,16.6°N9653819T14108.2°E,21.5°N9852516T20117.4°E,16.8°N9653819T15108.0°E,21.5°N9852517T02116.0°E,17.0°N9653819T16107.9°E,21.7°N99518

2.1.2 強度強

由表1可見，“莎莉嘉”與10月13日20時生成后，能量迅速聚集，強度級別增高，于10月14日11時加強為強熱帶風暴級別，于15日05時加強為臺風級別，于15日17時加強為強臺風級別，于15日23時加強為超強臺風級別，中心最低氣壓為935 hPa。10月15日一天之內由強熱帶風暴級別直接加強為超強臺風級別，強度增強之迅速十分罕見。“莎莉嘉”登陸菲律賓后，受到陸地摩擦阻隔強度稍微削弱，但進入南海后仍然維持臺風級別，隨后又加強為強臺風級別。18日09時前后，“莎莉嘉”在海南島萬寧市和樂鎮沿海第二次登陸，登陸時中心附近最大風力達14級(風速45 m/s)，中心最低氣壓為950 hPa。19日15時前后，“莎莉嘉”在廣西壯族自治區東興市沿海第三次登陸，登陸時中心附近最大風力為11級(風速23 m/s)，中心最低氣壓為990 hPa。總體上，“莎莉嘉”先由熱帶風暴加強到超強臺風，又由超強臺風減弱為臺風,再由臺風加強到強臺風，最后逐漸減弱為臺風、強熱帶風暴，強度提升迅速，變化快。

2.1.3 移動速度不穩定

氣象數據表明，“莎莉嘉”的移動速度很不穩定。生成后的31 h內，移動速度為10-15 km/h。15日03時,移速開始逐漸加快，于16日02時達到最大速度(26 km/h)。之后速度不斷減小，先是以20-25 km/h的速度前進30 h，再是以15-20 km/h的速度前進27 h，最后以10-15 km/h的速度前進5 h。18日16時后，速度又逐漸加快，以15-20 km/h的速度前進13 h。19日05時后，速度再次減小，以10-15 km/h的速度前進，直到第三次登陸。

2.2 風暴潮特征

2.2.1 前期減水明顯

10月18日，“莎莉嘉”靠近海南島，其外圍風力開始影響廣西沿海。廣西沿海受臺風北側風力覆蓋，盛行離岸偏北風，受此影響沿海潮位開始進入減水階段，且減水明顯，如圖1所示。

2.2.2 增水周期性明顯

10月19日0時，“莎莉嘉”進入北部灣海面，風向開始轉成偏東至西南風，廣西沿海潮位開始進入增水階段(圖1)。19日10-12時，各監測站風暴增水達到最大值。19日15時至20日23時，“莎莉嘉”在廣西沿海登陸直至消散階段，其間廣西沿海潮位一直處于增水階段。從圖1可以得出，“莎莉嘉”風暴增水周期性明顯，增水周期為單峰型，最大增水出現在臺風登陸前的3-5 h。

2.2.3 各站增水周期相近

圖1可以看出，“莎莉嘉”引起的增水較大，主要原因是其強度級別高(登陸海南省時中心附近最大風力達14級，中心最低氣壓為950 hPa)。由表2可見，該臺風引起的廣西沿海最大增水出現時間均落后于監測站天文高潮發生的時間，如果恰好疊加就會超過當地的警戒水位，造成風暴潮災害。因此，臺風過程中最大風暴增水出現時間和達到高度的預報十分重要。由圖1、圖2和表2可以看出，10月19日和20日，3個監測站的最大風暴增水出現時間、強度基本一致。

圖1 “莎莉嘉”臺風期間廣西沿海風暴增水

表2 “莎莉嘉”臺風期間廣西沿海監測站實測高潮位和最大增水(基面：當地水尺零點)Table 2 Measured high tide level and maximum water increase of typhoon "Sarika" at each station in the coast of Guangxi (Base level:Local water gauge zero point)

圖2 “莎莉嘉”臺風期間廣西沿海潮位變化

2.3 風暴增水原因

2.3.1 風暴增水與風向、風速有關

分析“莎莉嘉”影響期間的逐日每小時風向、風速資料可以看出(圖3)，北海站于19日02時開始由偏北風轉成偏東至西南風，轉風向后于19日08時風速達到最大值(10.4 m/s)，而風暴增水于19日07時開始出現，于19日10時達到最大值(67 cm)。欽州站于19日09時開始由偏北風轉成偏東至西南風，轉風向后于19日11時風速達到第二峰值(12.3 m/s)，而風暴增水于19日06時開始出現，于19日12時達到最大值(84 cm)。防城港站于19日11時開始由偏北風轉成偏東至西南風，轉風向后于19日22時風速達到第二次峰值(14.4 m/s)，而增水于19日07時開始出現，于19日12時達到最大值(48 cm)。從圖3可以看出，“莎莉嘉”影響期間，隨著風向的轉變和風速的增大，3個監測站風暴增水呈現逐漸增大的趨勢，風暴增水與風向、風速的變化趨勢基本一致，風向轉成偏東至西南風后才開始進入增水階段。

2.3.2 風暴增水與臺風移動路徑、強度有關

在“莎莉嘉”的風暴增水過程中，北海站、欽州站和防城港站最大增水時間分別出現在10月19日10時(67 cm)、12時(84 cm)和12時(48 cm)，3個監測站的最大增水時間間隔很短，處于臺風登陸廣西沿海前3-5 h的時間段內，其間“莎莉嘉”強度一直維持在強熱帶風暴級別。對比廣西沿海歷史上最強直接登陸型臺風——1409號超強臺風“威馬遜”(圖4)，北海站、欽州站和防城港站最大增水時間分別出現在2014年7月19日08時(170 cm)、08時(250 cm)和10時(180 cm)，3個監測站的最大增水時間間隔同樣很短，不同的是處于臺風登陸廣西沿海后1-3 h的時間段內，其間“威馬遜”強度雖然由強臺風逐漸減弱為臺風級別，但是強度仍高于“莎莉嘉”。

圖4 “威馬遜”臺風期間廣西沿海風暴增水

通過對比2個臺風的相關數據可以發現，2個臺風最大風暴增水處于的時間段顯著不同，主要是因為兩者移動路徑存在巨大差異。“莎莉嘉”在海南島中部沿海登陸后進入北部灣，先沿著西北向移動后轉成偏北向移動，故最大增水出現在臺風登陸廣西沿海前3-5 h。而“威馬遜”在海南島北部沿海登陸后進入北部灣，一直向西偏西北方向移動，且路徑更靠近廣西沿海，因此最大增水出現在臺風登陸廣西沿海后1-3 h。這一現象表明風暴最大增水與臺風的移動路徑有關。“莎莉嘉”影響期間，廣西沿海3個監測站的最大增水為48-84 cm，而“威馬遜”引起的最大增水值為170-250 cm，說明風暴增水與臺風強度有關，臺風強度越強最大增水越大。

2.4 預報服務概況

“莎莉嘉”一經形成，廣西海洋預報臺立即進行跟蹤監測，密切關注臺風發展動態。根據“莎莉嘉”發展趨勢，廣西海洋預報臺于10月14日17時向廣西區防汛應急單位發布“海浪消息”和“風暴潮消息”，預計10月18-19日廣西沿海和北部灣將有1次大浪和風暴潮過程。于18日08時發布“風暴潮Ⅳ級警報(藍色)”“海浪Ⅱ級警報(橙色)”，預計19日白天，廣西沿海將出現40-90 cm的風暴增水過程，各監測站將于19日上午出現接近當地警戒潮位的高潮位。事后經實測資料(表2)驗證，此次臺風風暴預報與實際情況基本一致，說明臺風預預報可在臺風災害預警中發揮重要作用，有效減輕災害損失。

3 結論

1621號超強臺風“莎莉嘉”登陸廣西防城港市沿海，廣西沿海出現48-84 cm的最大風暴增水過程，本文分析其相關數據獲得了以下結論：

(1)“莎莉嘉”是源自海上的直接登陸型臺風，臺風路徑穩定、強度等級高、移動速度不穩定，此類臺風一般會引起較大的風暴增水，如遇上天文大潮期，極易造成風暴潮災害。

(2)“莎莉嘉”風暴潮前期減水明顯，然后一直處于增水階段，增水周期性明顯，多為單峰型，最大增水出現在臺風登陸前3-5 h；3個監測站的最大增水出現時間、強度基本一致。

(3)影響“莎莉嘉”臺風風暴增水的因素主要有2個：一是風向轉變和風速增大，一般風向轉成偏東至西南風后才開始進入增水階段；二是臺風的移動路徑和強度等級，最大增水出現時間與臺風移動路徑有關，強度等級越高最大增水越大。

(4)此次臺風風暴潮預報與實際情況基本一致。在臺風風暴潮預報中，對最大風暴增水出現時間和水位高度進行預判具有重要意義。