黄渤海风、浪、流等海洋水文要素特征分析

黄渤海风、浪、流等海洋水文要素特征分析①

张江泉1 郑崇伟1 李荣川1 钱粤海2

(1.中国人民解放军92538部队 辽宁大连 116041; 2.海军海洋水文气象中心 北京 100161)

摘 要:随着我国海洋建设的快速发展,深入了解海洋水文环境特征,为海洋工程等提供保障已迫在眉睫。本文根据日常保障经验,结合相关理论,利用QN(QuikSCAT/NCEP)混合风场、模拟海浪数据等资料,对黄渤海海域的海洋水文特征进行分析,主要分析了该海域的海表风场、海浪场、潮汐潮流、海雾、盐度、SST(海表温度——Sea Surface Temperature)的特征,可为防灾减灾、航海、海洋水文保障、海洋工程、海洋能资源开发利用提供科学依据。

关键词:黄渤海 海表风场 海浪场 潮汐潮流 海雾 盐度 SST中图分类号:P731.22文献标识码:A文章编号:1672-3791(2013)11(a)-0112-04

Analysis of Sea Surface Wind Speed, Wave and Current in the Bohai Sea and Yellow

Sea

ZHANG Jiangquan1 ZHENG Chongwei1 LI Rongchuan1 QIAN Yuehai2

(1.NO.92538 Army of PLA,Dalian Liaoning 116041,China;2.Navy Marine Hydrometerological Center,Beijing 100161,China)

Abstract:With the rapid development of China's marine construction, in-depth understanding of hydrologic environment characteristicsof marine,provide security is imminent for Ocean Engineering. In this study, the ocean environmentin the Bohai Sea and YellowSea such as sea surface wind field, wave field, Tidal current, fog, salinity, Sea Surface Temperature were analyzed, which canprovide guidance to Disaster prevention and mitigation, navigation, marine security, ocean engineering, ocean energy developmentand utilization of resources.

Key Words:Bohai Sea and Yellow Sea; Sea surface wind field; Wave field; Tidal current; Fog; Salinity; Sea Surface Temperature

海洋是人类最大的资源宝库,又是未来高技术局部战争的主要战场,既关系到国利益[1～5],“谁能控制海洋,谁就能控制世界”

[6]

个近封闭的内海,海域面积7.7万km2,平均水深18m,最大水深85m,小于30m的范围占总面积的95％,海底平坦,多为泥沙和软泥质,地势呈由三湾向渤海海峡倾斜的态势。渤海背靠我国心脏地区,是京津的门户,在国防上有极重要的意义。

渤海海峡(Bohai Strait):辽东半岛老铁山和山东半岛蓬莱角之间,南北相距57nmile,其间南北纵列40多个大小岛屿,在岛屿之间形成了8条宽窄不等的水道。这些水道经过潮流长期的反复来回冲刷,被切割的又陡又深,海峡中间经常是狂风劲吹、白浪滔天。庙岛群岛散布于海峡之中,把渤海海峡分成八个主要水道。各水道的宽度和深度都不一,但总的来讲,北面的宽而深,南面的窄而浅。渤海海峡北面的老铁山水道,是外海水进入渤海的主要通道;而南面的水道是渤海水流出渤海的主要通道。由于渤海海峡的地形复杂,这里的水文气象状况也很复杂。

黄海(Yellow Sea):东依朝鲜半岛,北靠辽东半岛,西连渤海和山东,苏北海岸,南面以长江口与济洲岛南端的联线与东海为界,黄海后方为京津、华北、东北等重要政治经济区,海域面积38万km2,平均水深44m(北黄海平均深38m,南黄海平均深46m),由东南向北逐渐变浅,近岸水深多在60m以内,唯南黄海中央及东南水深在

80m以上,最大深度位于济州岛北侧深140m。黄渤海深浅不一、海底地形复杂,海洋水文保障难度较大。

家安全战略,又关系到国家和民族的长远.com.cn. All Rights Reserved.。海洋防卫力量,海洋资源,海洋环境,海

2 海洋水文特征

2.1海表风场、海浪场特征

利用1999年8月至2009年7月的QN混合风场,统计了黄渤海的海表风场特征。QN(QuikSCAT/ NCEP)混合风场是对卫星散射计(QuikSCAT)观测数据和美国国家环境预报中心(NCEP)分析数据进行时空混合分析的结果,其空间范围为:88°S～88°N,0°E～360°E,时间范围从1999年8月至2009年7月,其空间分辨率为0.5°×0.5°,时间分辨率为6小时。QN风场具有很高的精度和时空分辨率,常被用作模拟天气过程的驱动场。经验证表明,Zheng等模拟的中国海海浪数据具有较高精度,本文利用Zheng等模拟的海浪场数据,统计了黄渤海的海浪场特征。

风向、波向:春季,黄渤海温带气旋活动频繁,风向不稳定,风浪浪向分布散乱,渤海及黄海北部海域偏南向浪增加很快,偏南向浪总频率逐渐大于偏北向浪总频率。黄海中、南部海域仍有较多的偏北向的风浪,北向风浪频率为15%～20%。夏季,受来自太平洋东南季风的影响。渤海由于地

洋空间,海洋开发和管理能力,是综合国力的重要组成部分。近海和二岛链海域对我国在航海、渔业、军事、矿物勘探、海洋工程等诸多领域具有非常重要的意义。开发利用海洋,必须充分了解海洋水文环境特征,

[7～做到“开发利用海洋,评价和规划先行”13]

,方可有效避免盲目开发。海洋水文环境

对军事的影响主要表现在:对舰船自身船体及操纵的影响、登陆作战、导弹击水概率、舰炮射击精度、布设鱼水雷、舰载机的起降、反潜、海上搜救、非战斗减员(人员晕动病)、潜艇航行安全、隐蔽、潜坐、通信、补给等诸多方面[14～22],海军尤其关注海表风场、海浪场、潮汐潮流、海雾、盐度、SST(海表温度——Sea Surface Temperature)等要素。本文根据日常保障经验,结合相关理论,对黄渤海的海洋水文特征进行分析,为防灾减灾、航海、海洋水文保障、海洋工程、海洋能资源开发利用提供科学依据。

1 黄渤海地理特征

渤海(Bohai Sea):位于大连西边,是一

①作者简介:张江泉,男,主要从事防救及海战场环境方面的研究。E-mail:364704410@qq.com。

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能源与环境

2013 NO.31SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯为主,频率为25%,偏南向浪的总频率为35%～40%。黄海受来自太平洋东南季风的影响明显,以南一东南向浪为主,南一东南向浪频率最大达30%～35%,黄海偏南向浪的总频率为40%～55%。秋季,同春季一样,渤海和黄海浪向分散,渤海及黄海北部仍以偏南向浪为主,频率在16%～25%之间,渤海海峡、黄海北部已开始转向为北向浪为主,频率较小,在15%～20%之间,黄海中、南部海域已开始转向为北向浪为主,频率在20%～30%之间。冬季,渤海以北向浪为主,北向浪的频率为25%,渤海北部海域东北向浪为次,渤海南部海域西北向浪为次,频率均为16%。渤海偏北向浪(东北至西北,下同)的总频率为45%。黄海以北向浪为主,频率为30%,黄海北部海域以西北浪为次,黄海中、南部海域以北北东向浪为次,频率均为20%～25%。黄海偏北向浪的总频率为55%。中国海海浪波高波向的季节特征请见图1a-图1e。

有效波高(SWH——Significant WaveHeight)、海表风速:渤海和黄海月平均波高变化在0.5～2.0m之间,基本特点是冬季高,秋季次之,春、夏季最小。渤海冬季月平均波高最大为1.5m,夏季月平均波高最小为1.0m。黄海北部冬季月平均波高最大为1.5m,夏季月平均波高最小为0.5m。黄海中部冬季月平均波高最大为1.8m,夏季月平均波高最小为1.0m。黄海南部冬季月平均波高最大为2.0m,夏季月平均波高最小为l.0m。海表风速的分布特征与有效波高分布特征较为相似。

波周期:渤海和黄海月平均周期变化于2.3～7.0s之间。基本特点:黄海南部月平均周期大于渤海和黄海北部月平均周期。渤海冬季月平均周期最大为3.8s,夏季月平均周期最小为2.5s。黄海北部冬季月平均周期最大为5.4s,夏季月平均周期最小为2.3s。黄海中部冬季月平均周期最大为4.9s,夏季月平均周期最小为2.9s。黄海南部冬季月平均周期最大为7.0s,夏季月平均周期最小为3.3s。2.2大浪特征

渤海是个面积不大的浅水内海,风区较小,灾害性海浪的频率也小,平均每年仅0.9次(在25年中,寒潮浪9次,气旋浪12次,

图1 a-b:中国海多年平均春季、秋季的波高波向

为了便于观察,波高以背景色表示,波向均取矢量箭头,波高单位:m

Fig.1 China Sea wave field in spring (a) and autumn (b), significant wave height unit: m

[2]

.com.cn. All Rights Reserved.台风浪2次)。渤海海峡水较深,当吹偏东风或偏西风时,有足够长的风区,加上狭管效应,风浪易于成长,曾出现过13.6m的最大波高。黄海的灾害性海浪的次数较多,年平均为5.9次(在25年中,寒潮浪81次,气旋浪

形影响,东南季风不太明显。渤海北部海域以南一西南向浪为主,频率最大达26%,偏

南向浪(东南至西南,下同)的总频率为35%～50%。渤海南部海域以东南一南向浪

科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION113

科技资讯2013 NO.31SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION图2 a-e:中国海多年平均有效波高[2],单位:m

Fig.2 Annual average significant wave height in the China Sea, unit: m

图3 中国海4月的4米以上大浪出现频率[2],单位:%

Fig.3 Big wave frequency in the China Sea in April,unit:%

45次,台风浪22次)。在成山头外海的黄海中2.3海雾

部,受沿岸流和黑潮支流影响出现狂浪时容易我国沿岸海域的海雾,总的趋势是北多南发生海难,有“中国好望角”之称。

少。年平均有雾日数:黄海和东海较多,渤海

114科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION

能源与环境

和南海一般较少。辽东半岛东部、山东半岛的成山头至青岛、长江口至福建北茭和琼州海峡一带为多雾区,其中成山角年均雾日为83天,最多一年达96天,最长连续雾日有长达27天的记录,有“雾窟”之称。黄渤海的海雾又以平流雾出现频率最高,辐射雾次之,其次是蒸发雾,冬、春季和夏初,沿岸多海雾,尤以7月最多。2.4潮汐潮流

潮汐:黄渤海的潮汐主要是太平洋的潮波传入所产生的,在受到各海区的地转和地形的影响下,产生各自的潮波系统。渤海,只有秦皇岛和黄河口附近为正规全日潮,其外围环状区域为不正规全日潮,此外的大部分海区均为不正规半日潮。潮差大多为2～3m,渤海海峡区平均为2m左右。沿岸平均潮差以秦皇岛附近最小,不到2m。最大在辽东湾顶,营口达5.4m,其次在渤海湾顶,塘沽达5.1m。黄海,除成山头以东、海州湾和济州岛附近为不正规半日潮外,大部分海区均为正规半日潮。潮差一般是海区中部小而近岸大,东岸一般又比西岸大。朝鲜半岛的西侧,潮差一般为4～

8m,最大在仁川附近,可达11m,是世界有名的大潮差区。中国大陆沿岸潮差一般为2～4m,成山头附近最小,还不到2m。然而西岸也有潮差较大之处,例如掠港至小洋口一带,平均可达3．9m以上。

潮流:潮流的大小与潮差成正比,黄渤海除个别地方外,都是半日潮流和不正规半日潮流,渤海潮流的流速一般约1～2节,葫芦岛、秦皇岛及登州头附近为2.5～3节,渤海海峡老铁山水道近岸最大潮流流速可达6.3节。黄海潮流多为回转式,海区中央流速小,约l节,近岸大,而东岸又比西岸更大。我国沿岸在2节左右,个别地区达3节,最大流速出现在成山头附近,可达3～4节。2.5盐度、SST

中国海表层海水盐度主要受大陆径流、外海流入的高盐海水的影响,其次是蒸发、降水量等的影响,渤海年平均盐度值约为30,黄海约为31;渤海海域SST的年平均值约为12℃,黄海约16℃。

3 结语

海洋水文环境研究是一项长远、意义重大的工作,“开发利用海洋,评价和规划

先行”,避免盲目开发,深入研究我国近海乃至整个全球海域的海洋水文环境特征,可为防灾减灾、航海、海洋水文保障、海洋工程、海洋能资源开发利用提供科学依据,促进我国“由黄水迈向蓝水”。

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图4 中国海4月表层流速流向[2],单位:m

为了便于观察,流速以背景色表示,流向均取矢量箭头,流速单位:m/s

Fig.4 Current in the China Sea in April, unit: m/s

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