中國近海2022年災害性海浪分析及2023年預測

吳淑萍，王娟娟,3*，邢闖，李本霞

（1.國家海洋環境預報中心，北京100081；2.國家海洋環境預報中心自然資源部海洋災害預報技術重點實驗室，北京100081；3.河海大學海岸災害及防護教育部重點實驗室，江蘇南京210098）

0 引言

海浪災害是海洋災害的重要組成部分，是各種海洋災害中導致人員死亡或失蹤的最主要致災因素，是各種涉海工程設計、施工和運維工作必須考慮的動力因素，是中國海洋安全與保障工作必須面對的自然災害。

我國是海洋大國，同時也是海洋災害損失巨大的沿海國家。根據《中國海洋災害公報》的數據，2000—2022 年我國海洋災害導致的人員死亡（含失蹤）共2 814 人，其中由于海浪災害造成的為1 917人，占比68.1%[1]，可見海浪災害在我國海洋災害中對民眾生命安全的威脅最大。近年來，多項研究集中對我國東海、南海、黃海、渤海等近海海域的海浪特征、變化趨勢及影響因素等方面進行了深入研究，其中，運用遙感、數字模型、觀測臺站等手段開展了精細化海浪觀測和數值模擬工作，并對比分析了歷史災害海浪特征，為近海海浪災害預報和防災減災提供了有效支撐。我國近海的災害性海浪主要分為冷空氣浪和氣旋浪、臺風浪[2]。本文采用歐洲中期天氣預報中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）的全球氣候第五代大氣再分析資料ERA5（Fifth Generation ECMWF Atmospheric Reanalysis）以及基于《中國海洋災害公報》的統計數據進行分析，開展中國近海2022 年災害性海浪分析及2023年預測。

1 數據和方法

采用ERA5 再分析資料[3]進行中國近海的災害性海浪分析。ERA5 是由ECMWF 開發的再分析產品的最新版本，ECMWF 是一個包括34 個國家支持的國際性組織，是當今全球一流的國際性天氣海洋預報研究和業務機構。ERA5 取代了先前成功的ERA40 和ERA-Interim 再分析資料，逐小時同化了大量的高度計觀測有效波高（Hs），目前已經在國際上得到廣泛使用和認可，其海浪有效波高資料的精度也已經得到了充分有效的驗證[4]。ERA5 可以提供1940年以來全球大氣、陸地表面和海浪的全面高分辨率再分析資料。目前官網可下載的海浪產品的水平分辨率為0.5°，風速產品為0.25°，時間分辨率為1 h。

災害性海浪過程和天數的提取方法按照Hs ≥4 m 的閾值進行。對每個空間網格點的逐時有效波高資料，在同一個天氣系統影響下，Hs ≥4 m出現至少一個時次，即定義為一次災害性海浪過程；當天Hs ≥4 m 出現至少一個時次，即累積一次災害性海浪天數。

下文中提到的多年指1979—2022 年，常年指1991—2020年。

海浪災害資料主要參考歷年的《中國海洋災害公報》中關于海浪導致的死亡（含失蹤）人數和直接經濟損失的數據。

2 2022年中國近海災害性海浪概況

表1 為近10 a 及多年平均和常年平均的中國近海災害性海浪過程次數統計結果。2022 年我國近海海域共發生災害性海浪過程36次，其中臺風浪12次，冷空氣浪和氣旋浪24 次；災害性海浪過程次數與近10 a（37.1 次）持平，但少于多年平均值42 次和常年平均值40次。

表1 近10 a災害性海浪過程次數統計表Tab.1 Statistical table of the number of disastrous wave processes in the last 10 years

表2 為近10 a及多年平均和常年平均的中國近海災害性海浪過程出現天數統計結果。2022 年我國近海的災害性海浪累計出現天數為207 d，為近5 a 來最多，且多于多年平均值（190 d）和常年平均值（195 d）。災害性冷空氣浪和氣旋浪出現了139 d，占總數的67 %，顯著多于多年平均值（101 d）和常年平均值（103 d），災害性臺風浪出現了68 d，顯著低于多年平均值（89 d）和常年平均值（92 d）。

表2 近10 a災害性海浪累計出現天數統計表Tab.2 Statistical table of accumulated occurrence days of disastrous waves in the last 10 years

2022年中國近海的災害性海浪有如下特點：

①總體特征

表3為近10 a及多年平均和常年平均的各海區災害性海浪出現天數的統計情況。總體來看，2022年我國近海各海區災害性海浪累計出現天數多于多年平均值或與之持平，其中災害性冷空氣浪和氣旋浪累計出現天數明顯多于多年平均值，災害性臺風浪累計出現天數為近10 a 最少，且明顯少于多年平均值。

表3 近10 a我國近海各海區災害性海浪出現天數Tab.3 Number of occurrence days of disastrous waves in various coastal areas of China in the last 10 years

②災害性海浪過程次數偏少

2022年我國近海災害性海浪過程為36次，較常年偏少4 次，與近10 a（37.1 次）持平，這主要是由于災害性臺風浪偏少（12 次，較近10 a 平均偏少3 次）導致，冷空氣和氣旋浪次數持平（24次）。

③災害性海浪出現天數偏多

2022 年各海區災害性海浪累計出現天數為207 d，明顯多于多年平均值，尤其在臺灣海峽的累計出現天數較多年平均值偏多17%左右、黃海偏多21%左右、東海偏多9%左右。與常年平均值相比，黃海大部偏多4～6 d，東海南部、臺灣海峽偏多8～10 d，南海北部、中部偏多7～9 d（見圖1）。

圖1 中國近海Hs ≥4 m海浪出現天數的常年平均（a）、2022年Hs ≥4 m出現天數（b）及其與常年平均的距平（c）Fig.1 Annual average number of occurrence days of waves with Hs ≥4 m in China offshore waters(a)，number of occurrence days with Hs ≥4 m in 2022(b)and their deviation(c)

2022年各海區冷空氣浪和氣旋浪的累計出現天數多于常年和多年均值。與2021年相比，2022年渤海冷空氣浪和氣旋浪的出現天數偏少，而黃海、東海、臺灣海峽的天數則偏多。2022年各海區臺風浪累計出現天數呈減少的趨勢，比2021年少6 d，比2020年少22 d。與2021 年相比，2022 年臺灣海峽臺風浪出現天數偏多，渤海、黃海、南海基本持平，東海偏少。

④東海、臺灣海峽和南海的海浪影響嚴重

圖2 是基于ERA5 海浪再分析數據產品得到的中國近海Hs 年極值的常年平均、2022 年最大值及其與常年平均的距平。總體來看，東海、南海北部的年極值波高明顯大于其他海域，其次是臺灣海峽，渤海和黃海北部的Hs 年極值最小。2022年Hs 年極值分布類似，東海和南海北部最大，其次是臺灣海峽，而且南海北部波高年極值增強明顯。從圖2c可以看出，與常年相比，2022 年Hs 年極值距平為渤海偏大0.5～0.7 m，東海北部、中部、南海北部偏大1～1.5 m，臺灣海峽偏大1.0 m左右。

圖2 中國近海Hs年極值的常年平均（a）、2022年極值（b）及其與常年平均的距平（c）Fig.2 Annual average(a)and 2022 maximum(b)of Hs in China offshore waters and their deviation(c)

從Hs 年極值和災害性海浪過程出現天數、次數的綜合分析來看，災害性海浪過程對臺灣海峽影響最嚴重（天數最多、強度較大），其次為東海、南海，對渤海的影響最小（天數最少，強度最小）。

⑤災害性臺風浪過程偏少

2022年中國近海的災害性臺風浪過程為12次，較常年偏少3 次，各海區災害性臺風浪累計出現天數為68 d，總體呈減少的趨勢，為近10 a最少。尤其在東海，2022 年影響東海的災害性臺風浪累計天數為18 d，明顯少于2020 年、2021 年和多年平均天數；影響東海、臺灣海峽和南海的災害性臺風浪累計天數均少于多年平均值（見表3）。

3 2022年中國近海海浪災情概況

2022 年沿海各省（自治區、直轄市）海浪災害損失及主要海浪災害過程和損失見表4、表5。2022年海浪災害發生次數（5 次）為近10 a 最少。海浪災害造成直接經濟損失2 411.77萬元，損失偏輕，較近10 a 平均（9 321.11 萬元）少74%；死亡（含失蹤）9人，較近10 a 平均（38 人）偏少76%。海浪災害直接經濟損失最多的省（自治區、直轄市）為浙江，直接經濟損失達1 146.00 萬元，占沿海海浪災害總直接經濟損失的48%；死亡（含失蹤）人數最多的省（自治區、直轄市）為福建，死亡（含失蹤）6 人，占沿海海浪災害總死亡（含失蹤）人數的67%。2022 年東海由于11 號超強臺風“軒嵐諾”的臺風浪過程造成直接經濟損失1 686.00 萬元，約占全主要年海浪致損的70%。

表4 2022年沿海各省（自治區、直轄市）海浪災害損失統計（引自《2022中國海洋災害公報》）Tab.4 Statistics on losses caused by wave disasters in coastal provinces(autonomous regions,municipalities directly under the central government)in 2022(cite from“2022 Bulletin of China marine disaster”)

3 2022年災害性海浪預測檢驗

表6、表7 為2022 年災害性海浪過程出現次數和天數的預測結果與實況的對比。從表中可以看出，中國近海災害性冷空氣浪和氣旋浪的出現次數與預測基本一致，但災害性臺風浪過程的預測次數明顯偏多，這主要是由于2022 年的厄爾尼諾-南方濤動（El Ni?o-Southern Oscillation，ENSO）和熱帶氣旋預測結論導致的。

表6 2022年災害性海浪過程出現次數的預測檢驗Tab.6 Prediction and validation of the frequency of disastrous wave processes in 2022

表7 2022年各海區災害性海浪過程出現天數的預測檢驗Tab.7 Prediction and validation of the number of occurrence days of disastrous wave processes in various seas in 2022

渤海、東海、南海災害性海浪的出現天數預測值與實況相比明顯偏多，黃海、臺灣海峽災害性海浪的出現天數預測值與實況相比偏少。

4 2023年災害性海浪預測

4.1 預測依據

4.1.1 中國近海災害性海浪發生次數的年際變化

圖3 為中國近海1968—2022 年災害性海浪過程發生次數的年際變化圖，多年平均值為42 次，其中災害性冷空氣浪和氣旋浪過程為27次，災害性臺風浪過程為15次。

圖3 中國近海災害性海浪過程出現次數的年際變化Fig.3 The interannual variation of the occurrence frequency of disastrous wave processes in China offshore waters

從資料分析可見，中國近海災害性冷空氣浪和氣旋浪出現次數有明顯的年際變化特征[5-8]。目前，中國近海災害性冷空氣和氣旋浪處于活動偏弱時期，自2007 年以來的發生次數均小于多年平均值（26 次），2017 年到達低谷后，最近幾年呈現平穩上升趨勢。結合2022年的資料分析，災害性冷空氣浪和氣旋浪出現次數處于平穩期，預計2023年我國近海災害性冷空氣和氣旋浪次數與2022年持平，較常年（25次）偏少1次。

由圖3 也可以看出，災害性臺風浪出現次數的年代際變化呈現出較好的周期性。從有記錄以來災害性臺風浪基本維持5 a 左右的變化周期，從2010 年至今其變化周期有增大的趨勢[9-11]，2021 年基本達到5 a 震蕩周期的波谷處。根據變化規律預測，2023 年中國近海災害性臺風浪的出現次數比2022年將有所增加。

采用線性回歸方法對2023年中國近海災害性海浪過程出現次數、災害性臺風浪過程出現次數以及冷空氣浪和氣旋浪過程出現次數進行預測，預測結果顯示災害性海浪過程將出現39次，災害性臺風浪過程將出現15次，冷空氣浪和氣旋浪過程將出現24次。

（2）中國近海災害性海浪出現天數的年際變化

圖4為中國近海災害性海浪出現天數的年際變化圖。總體來看，中國近海災害性海浪累計出現天數呈上升趨勢。根據其變化趨勢分析[12-13]，預計2023 年中國近海各海區災害性海浪的出現天數比2022年將有所增加。

圖4 中國近海災害性海浪累計出現天數的年際變化Fig.4 The interannual variation of the number of the occurrence days of disastrous waves in China offshore waters

4.1.2 氣候相似年分析

氣候相似年分析對中國近海災害性海浪尤其是災害性臺風浪過程的預測具有重要的指導意義。根據多年的氣候資料分析，2023 年海溫場特征相似年為2006 年、2009年、2012年、2018 年，其災害性海浪過程出現次數統計見表8，出現天數統計見表9，相似年合成和2022 年距平的空間分布圖見圖5。綜合可以看出，相似年災害性臺風浪的出現次數平均為17 次，較常年略偏多2 次，較2022 年偏多5 次，災害性冷空氣浪和氣旋浪相似年平均為24次，較常年偏少1 次，與2022 年持平；相似年各海區災害性海浪過程的出現天數均較常年偏多2～5 d。

圖5 災害性海浪出現天數的相似年平均（a）和2022年距平空間分布圖（b）Fig.5 The similar annual mean distribution(a)and the deviation of 2022(b)of occurrence days of disastrous waves

表8 相似年災害性海浪的出現次數Tab.8 Occurrence frequency of disastrous waves in similar years

表9 不同海區相似年災害性海浪的出現天數Tab.9 Occurrence days of disastrous waves in similar years in various coastal areas

4.2 預測結果

根據中國近海災害性海浪過程的年際變化特征及相似年分析、西北太平洋熱帶氣旋分析及預測，結合采用線性回歸方法的趨勢預測結果，預計2023年中國近海將出現災害性海浪過程39～42次，較2022 年增多，較常年略偏多。這其中，災害性臺風浪過程15～18 次，主要發生在東海、臺灣海峽和南海，較常年略偏多，上海、長江口以北近海海域將發生1～2次災害性臺風浪過程；災害性冷空氣浪和氣旋浪過程23～25次，與常年持平，主要影響渤海、黃海、東海、臺灣海峽和南海。各海區災害性海浪出現天數預測見表10。

表10 2023年各海區災害性海浪出現天數預測Tab.10 Prediction of the number of occurrence days of disastrous waves in various seas in 2023

5 總結

通過本文的分析，得到結論如下：

①2022 年我國近海海域災害性海浪過程出現次數偏少，主要由于災害性臺風浪偏少導致，冷空氣和氣旋浪次數與常年持平。

②2022 年，海浪災害造成的直接經濟損失總體偏輕，顯著低于近10 a的平均值，直接經濟損失為近10 a 平均值的26%，死亡（含失蹤）人數為近10 a 平均值的53%。

③2022 年中國近海災害性冷空氣浪和氣旋浪的出現次數預測與實況一致，但災害性臺風浪過程的預測次數明顯偏多。

④根據災害性海浪的年際變化規律及2023 年的氣候預測，結合采用線性回歸方法的趨勢預測結果，預計2023 年中國近海將出現災害性海浪過程39～42次，較2022年增多，較常年略偏多，其中災害性臺風浪過程15～18 次，主要發生在東海、臺灣海峽和南海，較常年略偏多，災害性冷空氣浪和氣旋浪過程23～25次，與常年持平。