福建中南部沿海风暴潮统计特征分析

福建中南部沿海风暴潮统计特征分析
袁方超;吴向荣;卢君峰
【摘要】利用福建中南部沿海4个主要验潮站历史风暴潮资料,对福建中南部沿海风暴潮进行了季节和年际统计特征分析,同时对风暴潮增水和高潮位最大增水划分等级进行统计特征分析,并对最高潮位超警戒潮位频数进行统计分析.结果发现:福建中南部沿海风暴潮存在显著的季节变化,7-9月为一年之中发生最多的月份;福建中南部沿海风暴潮年发生频数分别在1960-1965年、1990-1995年和2000-2005这3个时期出现峰值.福建中南部沿海风暴潮出现较强的风暴潮(增水100 cm以上)次数并不多,过程增水和高潮位增水的年代际变化特征不明显.福建中南部沿海超警戒潮位频数自2000年后出现上升趋势,反映了风暴潮灾害风险程度的上升.
【期刊名称】《海洋预报》
【年(卷),期】2018(035)003
【总页数】8页(P68-75)
【关键词】风暴潮;福建中南部沿海;季节变化;年际变化;警戒潮位
【作者】袁方超;吴向荣;卢君峰
【作者单位】国家海洋局厦门海洋预报台,福建厦门361008;国家海洋局厦门海洋预报台,福建厦门361008;国家海洋局厦门海洋预报台,福建厦门361008
【正文语种】中文
【中图分类】P731.23
1 引言
在西北太平洋沿岸国家中，中国是深受海洋灾害影响的国家之一，同时也是世界上少数几个遭受风暴潮灾影响最为严重的国家之一，平均每年发生9次台风风暴潮，不仅风暴潮灾害发生次数多，而且损失严重。

近些年来我国因受风暴潮而造成的灾害损失呈逐年上升的趋势，每年都在百亿元左右，主要影响省份为海南省、广东省、福建省和浙江省等东南沿海省份[1-3]。

中国沿海已经受到气候变化和海平面上升
的显著影响，沿海城市风暴潮灾害风险显著增加，台风、风暴潮和洪涝等极端天气事件和对沿海地区造成的灾害越来越明显。

日益严重的风暴潮等海洋灾害问题已经引起政府和学术界的广泛关注，国家有关部门和沿海地区政府对风暴潮等海洋灾害的防灾减灾需求也进一步提高，不仅希望获取短期的精准的海洋灾害预报和警报，更希望了解长期的风暴潮特征及风险评估，为制定生产计划和安排防潮减灾工作以及合理布局海洋经济工作提供决策服务[4-8]。

国内学者对中国沿海台风和风暴潮进行了大量卓有成效的研究工作，在台风研究方面，国内学者对影响中国和福建的台风（热带气旋）频数进行统计分析，大致了解了影响中国和福建的台风的活动规律[9-13]。

在风暴潮研究方面，有的学者侧重从单次风暴潮的特征进行分析，主要了解该次风暴潮的特点及其对沿海的影响[14-15]；有的学者侧重从单站点的风暴潮进行分析，主要分析影响该站点的风暴潮的
特征情况，并利用数值模拟的方法模拟分析该区域风暴潮的特点[16-21]；也有部
分学者对区域内的风暴潮进行统计分析，从而得到该区域的风暴潮时空分布特征，进而在风暴潮统计分析的基础上，对风暴潮灾害风险进行初步探讨[21-31]。

前人
关于中国沿海风暴潮已进行了大量研究工作，相关的成果为福建沿海风暴潮预警报工作提供了坚实的理论基础。

前人对于福建沿海风暴潮时空分布统计特征的研究较少。

本文在前人的研究基础上，
利用福建中南部沿海有较长验潮历史的几个主要验潮站的风暴潮资料，进行风暴潮时空分布统计特征分析，了解其总体变化规律，为沿海政府相关部门规划经济社会发展和开展防灾减灾工作提供理论支撑。

2 数据和方法
文中利用福建中南部沿海4个有长期验潮资料的主要验潮站风暴潮资料进行统计分析，本文中验潮站具体位置和资料时间序列分别见图1和表1，从图1中可以看出：平潭站的分析结果基本可以代表莆田沿海的特征，崇武站的代表泉州沿海的特征，厦门站的代表厦门沿海的特征，东山站的代表漳州沿海的特征。

结合前人研究成果，进行福建中南部沿海几个主要验潮站风暴潮特征分析，主要分析:4个验潮站风暴潮、风暴潮最大增水和高潮位最大增水季节分布和年代际分布特征。

根据《警戒潮位核定规范》（GB/T 17839—2011，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会，1999）和董剑希等[22]、王晶等[27]对广东和浙江沿海风暴潮研究划分标准，将风暴潮划分为4个等级，划分标准见表2。

图1 验潮站地理位置示意图
表1 福建中南部沿海主要潮位站及所用资料时间长度潮位站东山厦门崇武平潭所属地市漳州厦门泉州福州资料时间序列/（年/月）1959/01—2015/12
1959/01—2015/12 1959/01—2015/12 1966/01—2015/12风暴潮次数/次221 235 216 197
表2 福建中南部沿海风暴增水等级划分标准等级增水值/cm高潮位增水值/cmⅠ（特大）≥200≥100Ⅱ（大）150～199 80～99Ⅲ（较大）100～149 50～79Ⅳ（一般）50～99 30～49
经过普查1959—2015年间福建中南部沿海4个主要验潮站风暴潮资料，发现4个主要验潮站出现超过200 cm的风暴潮次数极少，因此在此讨论风暴潮季节变化
和年际变化时，均只讨论了Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ3个等级的情况。

3 风暴潮频次分析
3.1 月分布特征
对福建中南部沿海4个验潮站风暴潮发生频次按月份进行统计分析发现，风暴潮
基本发生在每年的4—11月，主要出现在夏、秋两季，其中在7—9月最为集中，此3个月中风暴潮次数占一年中的70%以上。

具体分布特征见图2，图中蓝色、
绿色和红色柱线分别代表的是第Ⅳ等级、第Ⅲ等级和第Ⅱ等级的分布次数。

进一步对各等级风暴潮进行统计分析，东山、厦门和平潭验潮站第Ⅳ等级次数在8月份最多，而崇武验潮站则是在9月份最多。

第Ⅲ等级的次数基本是分布在7—
10月，次数最多的月份分布同第Ⅳ等级一致，除崇武站在9月份外，另外3站均在8月份。

第Ⅱ等级的次数分布特征在各站的情况不尽相同，东山站出现在8月，厦门站出现在7月，崇武站则是7月和8月各出现一次，平潭站在6月和9月各
出现一次。

从福建中南部沿海风暴潮分布特征来看，在1959—2015年这66 a里，风暴潮第Ⅳ等级出现的次数占总次数的60%以上，各站风暴潮超过100 cm（Ⅲ级）的总
次数不超过50次，占风暴潮总次数的比例不到25%，每年平均不到1次，而风
暴潮超过150 cm（Ⅱ级）以上次数更是有限，不超过5次，由此可见福建中南部沿海风暴潮增水主要集中在50～100 cm这个区间段里，单纯就风暴潮增水幅度（以最大增水值表征）而言，福建中南部沿海风暴潮增水并不大，风暴潮并不算严重，基本以第Ⅳ等级为主。

受地域等环境因素和不同路径台风（热带气旋）影响，虽然各站出现最大增水的月份不尽相同，但风暴潮重点影响时段基本一致，基本出现在8月和9月这两个月份，这两个月也是福建沿海台风活跃期，特别是强台风
风暴潮多出现在此期间。

3.2 年分布特征
由于风暴潮影响范围较广，一次风暴潮过程，沿海几个主要验潮站均可能受到其影响，因而各站每年发生风暴潮的次数基本一致。

图3显示的是福建中南部沿海每
年发生风暴潮次数的年统计分布特征，图中柱线颜色所代表的等级与图2相同。

从图3各站风暴潮第Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ3个等级的发生频数年际变化可看出，福建中南部沿海年平均发生约4次增水超过50 cm的风暴潮，仍以第Ⅳ级所占比例较高，年
平均出现超过2次增水在50～99 cm的风暴潮，而超过100 cm及以上的风暴潮次数较少。

在年际变化上，可看出风暴潮总次数和Ⅳ级的次数二者变化趋势基本一致，分别在1960—1965年、1990—1995年和2000—2005年3个时段内出现峰值，这与许金镜等[13]和夏丽花等[24]对影响福建南部地区的台风活动的年际变化情况的结论基本一致，在这3个时期福建沿海台风较为活跃，出现的风暴潮频
数也较多。

而第Ⅱ等级风暴潮次数自2005年之后，出现增加趋势，表明福建中南部沿海出现大的风暴潮的次数有所增加，更大的增水意味着风暴潮潜在的风险变大。

4 风暴潮极值分析
4.1 高潮位最大增水分布特征
图2 福建中南部沿海4个主要验潮站风暴潮增水季节变化
图3 福建中南部沿海风暴潮增水年分布特征
前面对福建中南部沿海风暴潮总体特征进行了分析，但在实际业务应用中特别是风暴潮预警报工作中，往往更关注的是风暴潮过程的最大增水和高潮位的最大增水分布特征，因为如若在天文大潮期间发生风暴潮，风暴潮最大增水叠加在天文高潮位的时候，往往会出现超过当地警戒潮位的高潮位，从而出现风暴潮灾害。

对福建中南部沿海风暴潮过程最大增水和高潮位最大增水进行分析，图4显示的是高潮位
最大增水4个等级的季节分布特征，图中蓝色、绿色、橙色和红色柱线分别表示
的是第Ⅳ等级、第Ⅲ等级、第Ⅱ等级和第Ⅰ等级出现的次数。

从图4中可看出，
高潮位最大增水月份分布与风暴潮分布月份类似，各站高潮位最大增水分布也是在
7—9月居多，这3个月的次数占全年总数的60%以上，东山、厦门和平潭站高潮位增水超过50 cm以上的次数在8月最多，崇武站不同等级出现次数最多的月份
在7—9月均有分布，第Ⅳ等级出现次数最多月份是9月，而第Ⅲ等级则是出现在8月份，第Ⅱ等级在7月出现最多。

值得注意的是在8月和9月份，特别是9月份，福建中南部沿海处于天文大潮期，天文潮位普遍较高，在天文潮位较高的情形下，即使出现风暴潮即使是增水幅度较小的风暴潮，也容易出现超过警戒潮位的高潮位，带来一定的风暴潮灾害。

而每年的8、9月份是福建中南部沿海台风活跃期，风暴潮发生次数多，风暴潮和高潮位的叠加效应不容忽视，因此，对8、9月份的风暴潮进行统计分析，找出显著特征，对于实际业务中开展风暴潮中长期预警报、灾害风险评估等具有实际意义。

4.2 风暴潮最大增水年际分布特征
图4 福建中南部沿海高潮位增水季节分布特征
图5厦门站风暴潮最大增水和高潮位最大增水变化
图5 显示的是对厦门站风暴潮过程中每年的最大增水和高潮位最大增水逐年进行
分析的结果，其中蓝色实线表示风暴潮过程最大增水，红色虚线代表的是高潮位最大增水。

从图中可看出，厦门站年最大增水基本维持在110 cm上下波动，年最大增水平均值为108 cm；高潮位最大增水维持在80 cm上下波动，年高潮位最大
增水平均值为73 cm。

从图5中看出，在最大增水的年份也容易出现高潮位最大
增水，特别是在1990—2000年间，高潮位最大增水与最大增水较为接近；进一
步分析发现二者的相关系数为0.49，通过0.05的显著性检验。

过程最大增水和高潮位最大增水的年际变化特征并不明显。

其余3个验潮站的分析结果类似，具体
图形不再列出。

4.3 超警戒潮位次数分布特征
图6 福建中南部沿海超警戒潮位高潮位季节分布特征
风暴潮过程最高潮位是风暴潮预报中的重要预报要素，这是因为出现高潮位特别是极值（极端）高潮位，海水容易越过海堤等防护设施，淹没沿海低洼地区，给低洼地区人民群众生命财产带来不同程度的灾害。

为了更好开展海洋防灾减灾工作，在实际应用中通常用超过当地警戒潮位来表征风暴潮高潮位的风险特征。

由于福建沿海堤防提升改造，防潮能力大幅提高，警戒潮位值几经修正，在本文中统计的超警戒潮位次数是按照当时的警戒潮位值来衡量的，这样可以较为客观的反映出当时出现的极值高潮位对沿海的影响。

对福建中南部沿海4个主要验潮站超警戒潮位次
数统计发现，在月份分布上（见图6），出现超警戒潮位的时间集中出现在8月和9月这两个月，前文的分析表明8、9月份福建中南部沿海出现较强台风风暴潮较多，而这两个月天文潮位也相对比较高，在二者的共同影响下，极容易出现超过警戒潮位的高潮位。

而在年际分布上，从图7各站超警戒潮位（超警）次数分布看，福建中南部沿海超警次数并不严重，在统计时间段内，有一半以上的年份未出现超警的情况；即便在出现超警的年份，大部分也是出现超过1次的情形。

东山站在2001年和2013年各出现3次超警的情况，崇武站和厦门站均是在2013年出现
3次超警戒潮位的情况，平潭站在2001年和2013年各出现了超警2次的情况。

进一步分析发现各站在2000年之前，出现超警次数不多，但自2000年后，各站超警次数呈增加趋势，超过警戒潮位频数的增加从侧面反映了风暴潮灾害风险程度的上升。

5 结论
本章利用福建中南部沿海历史风暴潮资料，分别从风暴潮、高潮位增水的频数的季节变化、年际变化和超警戒潮位次数的变化情况对福建沿海风暴潮特征进行分析。

得出主要结论如下：
（1）福建中南部沿海在每年的4—11月间均可能发生风暴潮，风暴潮存在显著的季节变化，主要集中在7—9月这3个月中，此3个月中风暴潮次数占一年中的
70%以上；
（2）对福建中南部沿海风暴潮进行分级统计发现，第Ⅳ等级出现的次数最多，从第Ⅳ等级到第Ⅰ等级出现的频数逐渐减少。

表明福建中南部沿海出现较强的风暴潮次数并不多；
图7 福建中南部沿海各主要验潮站超警戒潮位频数年际变化
（3）对福建中南部沿海风暴潮年际变化进行统计发现，每年平均出现4次增水超过50 cm的风暴潮过程，年发生风暴潮次数分别在1960—1965年、1990—1995年和2000—2005年3个时段内出现峰值；
（4）对各站高潮位最大增水的分析表明高潮位最大增水分布也是在7—9月居多，这3个月的占全年总数的60%以上，高潮最大增水在月份分布上各站不尽相同；（5）福建中南部沿海风暴潮过程最大增水和高潮位最大增水分析结果表明各站年最大增水基本维持在110 cm上下波动，高潮位最大增水维持在80 cm上下波动。

过程最大增水和高潮位最大增水的年代际变化特征并不明显；
（6）福建中南部沿海各站超警戒潮位次数分析表明，出现超警戒潮位的次数在月份分布上，主要集中在8、9月份。

从2000年后，各站超警戒潮位次数呈增加趋势。

而超过警戒潮位频数的增加从侧面反映了风暴潮灾害风险程度的上升。

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