海浪包括风浪、涌浪和近岸浪三种。风浪:在风的直接作用下产生的水面波动。风浪波面粗糙,风浪大时波峰附近有浪花和大片泡沫,波峰线短。涌浪:风停后或风速风向突变区域内尚存的波浪和传出风区的波浪。具有较规则的外形,排列整齐,波面较平滑,波峰线长,一般涌浪周期较风浪长,涌浪周期越长,传播得就越快、越远,由于长周期的涌浪传播速度比台风、温带气旋等天气系统移动快,因此涌浪往往能成为一种预警信号。近岸浪:由外海的风浪或涌浪传到海岸附近,受地形作用而改变波动性质的海浪。随着海水变浅和波动遇障碍物,会引起波动折射、绕射和反射等,使波高发生变化,近岸浪的波峰前侧陡,后侧平,直至倒卷破碎。大多数情况下风浪和涌浪并存,两者叠加而成的海浪称为混合浪。
实际海浪变化十分复杂,含随机性质,并非单一的波高、波长和周期的波动,而是由许多个振幅、周期和位相不同的简谐波之叠加。尽管如此,它仍存在一定的统计规律性。为此常用一些海浪特征量来表示,常用浪高特征量是平均波高H和有效波高H。平均波高H:指一段连续记录的所有波高的平均值。
有效波高H米:指连续观测100个波高中取其最高的33个波的平均波高。
影响风浪的因素
决定风浪高度的基本因素有三个:一是风速;二是风在下风方向上作用于水面的距离,即风区;三是刮风的持续时间,即风时。一般地说,风越大浪也越高;在一定的风速条件下,风区距离越长,风浪就越高;风时越长,风浪也就越高。但是,风浪随风区距离的增大和风时的增加而增大是有一定限度的。
在一定的风速条件下具有一定的风区距离和一定的持续时间后,增强风浪因子的作用与阻碍风浪发展因子的作用达到基本平衡后,风浪高度也就不再增加了,也就是说在一定的风速条件下风浪的发展是有限度的。
在大洋海域,波浪的分布与海洋上风的区域分布具有相似的特征,这是由波浪与风的关系所决定的,风大则浪高。在近岸海域,当盛行风自大陆吹向海洋,或受地形阻挡的海湾和内海,由于风区距离短,波浪远较大洋上的小,例如浙江北部渔民有“东风魔儿西风佛”的谚语,因为东风风区较大,西风风区较小,两者引起的浪不一样。在浅水区,由于海底摩擦的作用,风浪也较小。
灾害性海浪气候特征
北太平洋
在北太平洋中北部海域,冬季因温带气旋和锋面的频繁活动而多大风,1月在北纬30°~60°附近,波高逸3.5米的波浪(下面简称大浪)的频率达20%~30%,中心区域的大浪频率达40%以上。波高逸6米的波浪(下面简称狂涛)频率在5%以上,中心区域的狂涛频率在10%以上。主要浪向为西至西北,与盛行风一致。春季,北太平洋大浪区的宽度和强度都有明显减弱,例如4月份大浪频率10%以上的区域宽度从1月的43个纬度减为25个纬度,4月的大浪频率逸30%的区域和狂涛频率逸5%的区域大大缩小,只出现在冬季大浪区的中心部分(东经160°~180°、北纬50°~55°的区域)。夏季是波浪最小的季节,7月大浪频率一般均在10%以下,狂涛频率均在5%以下。这与温带气旋的活动由冬至夏逐渐减弱、风速相应变小是一致的。从夏至冬,随风速的增大,波浪又逐渐增大,大浪区范围也逐渐扩大。10月,大浪频率在10%以上的区域已接近1月,大浪频率在20%以上的区域也比4月大得多,但中心区频率与4月相近,在30%以上,比1月的40%为低,且中心位置偏东,位于阿拉斯加湾的南部。狂涛频率在5%以上的区域亦比4月稍有扩大。此外,秋冬季节东海、南海和菲律宾东部洋面也往往有较大的浪,局部地区大浪频率在10%以上,这是在东北季风或东北信风作用下生成的,因而其主要浪向是北至东北。北太平洋其他海区的大浪很少。
在低纬度热带太平洋地区,因大风很少,波高<2.5米的波浪频率大都在80%以上,甚至90%以上。此外,水域较小或较封闭的海域大浪也很少,例如,白令海峡南部也是一个波浪较小的区域。亚洲大陆附近的暹罗湾、北部湾、渤海等地,即使在冬季风盛行之时,波高<2.5米的频率仍达90%以上。
北大西洋
在北大西洋的中部广大海区,由于大风较北太平洋同纬度为多,因而大浪频率全年都比北太平洋中部高。1月,北大西洋中部大浪区中,大浪频率逸50%的区域为北纬40°~60°,跨20个纬度,其中心的大浪频率在60%以上(北太平洋最多为40%以上);狂涛频率逸15%的区域也相当大,跨北纬45°~63°,而北太平洋上不出现逸15%的狂涛频率区。主要浪向为西北至西南。4月,该大浪区范围和强度虽有明显的减弱,但大浪频率逸30%、狂涛频率逸5%的大浪中心区仍可分别跨北纬40°~61°和北纬45°~65°约20个纬度。和北太平洋一样,夏季也同样是北大西洋波浪最小的季节,但在冰岛南侧始终存在着大浪频率逸15%的区域。10月,大浪区中心的大浪频率迅速增至40%,狂涛频率超过了10%,不仅比7月大大增强,比4月也强得多,是向冬季最多大浪季节过渡。总之,虽然由于海洋面积的关系,北大西洋大浪区比北太平洋要小些,但它的浪高和大浪频率却全年都比北太平洋为高。此外,在加勒比海南部也存在着一个以东北-东浪向为主的大浪区,其波浪一年四季均比周围区域大,有些月份大浪频率达10%以上。
地中海的波浪与同纬度的大西洋的波浪相比要小得多,这一方面是由于地中海的风小一些的缘故,另一方面也与地中海的地形复杂、水面狭窄故而风区距离短有关。因而,除了秋季在埃及北部的局部海面上狂涛频率达到2%以外,其余地区、其他季节的狂涛频率均在2%以下。同时,大浪频率除冬季西地中海局部地区达10%以外,一般均在10%以下。
北印度洋
北印度洋是典型的季风地区,因而波浪也相应地具有明显的季节变化。由于冬季风远较夏季风为弱,因而在冬季,北印度洋的波浪是比较小的。从12月至翌年3月的东北季风时期,北印度洋3.5米以上大浪的频率均在10%以下,波浪大体上由东北向西南逐渐增大,而小浪频率则减少。例如,在阿拉伯海和孟加拉湾东部,1.5米以下波浪频率达80%以上,在索马里半岛东部海面以及锡兰岛与印度半岛之间,波浪较高,1.5米以上的波浪频率逸60%。
盛行西南季风的夏季是风速较大、波浪较高的季节,尤其阿拉伯海是如此。
6月份在阿拉伯海大浪区中心,大浪频率已达40%以上,狂涛频率也在5%以上;孟加拉湾浪稍小些,大浪区中心的大浪频率在10%以上。7月份波浪最大,阿拉伯海大浪区中心(位于索科特拉岛以东)大浪频率达60%以上,狂涛频率在10%以上;孟加拉湾则变化不大,大浪区中心的大浪频率仍在10%以上。8月份,阿拉伯海大浪区中心的大浪频率已降至30%,但狂涛频率仍可达10%以上;孟加拉湾的大浪区中心的大浪频率已降至10%。9月份阿拉伯海大浪区的大浪中心频率已减小到10%了,大浪频率逸10%的区域范围也大大减小了。在夏季,不仅浪大,浪向亦相当稳定,在7月的索科特拉岛东方(大浪区中心),西南浪向的频率达77%,由南至西的浪向频率为97%。
南半球
南纬40°以南的咆哮西风带风力强盛,风向稳定,大陆影响小,致使海面上时常存在着强有力的波浪。这个大风大浪区域的中心,狂涛频率全年都在15%以上,大浪频率全年都在40%以上。风浪尤以南半球冬季月份最大。
在冬季一些月份,狂涛的中心频率达20%以上,大浪频率达50%以上。
在冬季月份不仅风浪最大,大风大浪的范围也广,大风大浪区的北界比夏季偏北。以印度洋为例,1月份大浪频率为40%以上的北界在南纬41°左右,而7月份大浪频率为40%以上区域的北界达南纬36°。
我国灾害性海浪气候特征
中国海域位于欧亚大陆东南部并与太平洋相通,受世界最大陆地和最大海洋的影响,南北冷暖空气交换异常活跃。夏季,我国的南海和东海频繁遭受台风浪的袭击,在冬季和春秋季,我国的渤海、黄海、东海常常受到气旋浪和寒潮浪的袭击。
据资料统计,中国近海及其邻近海域平均每年出现28次6米以上的狂浪区,相当于每13天发生1次;9米以上的狂涛区平均每年出现6次左右,相当于每2个月出现1次。也就是说,我国的渤、黄、东、南海和邻近我国的巴士海峡、台湾省以东洋面,非南则北,每年大约有150天处于狂风巨浪的困扰中,因而这里是世界上最不“平静”的海洋之一。
总地来看,东海区域(包括台湾海峡、台湾省以东洋面和巴士海峡)是我国海浪灾害最频繁、最猛烈的区域,占全国56%的灾害性海浪发生在此海区。
中国近海虽全年都有灾害性海浪发生,但各月间的差别较大。11月最多,为122次,而最少的4月份只有11次。11月至翌年2月共发生373次,占全年总数的53%。而3~6月共发生83次,仅占全年总数的11%。
渤海灾害性海浪
我国渤海是个面积不大的浅水内海,平均水深26米,因风区小,灾害性海浪的频率也小,平均每年仅0.9次(在1983~2007年中,寒潮浪9次,气旋浪121次,台风浪只有2次)。而渤海海峡,因水较深,且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13.6米的最大波高。
渤海冬季涌浪向多为北向,次多涌浪向多为南向(北部)和东南向(南部),涌浪波高一般为0.7~1.0米,最大值达5.0米。春季涌浪向多为南向(北部)和西南向(南部),次多涌浪向为西南向(北部)和西向(南部),涌浪波高是全年中最小的,一般为0.4~1.0米。夏季涌浪向多为南向(北部)和东北向(南部),次多涌浪向为东北向(北部)和南向(南部),涌浪波高一般为0.6~1.0米,最大值达5.0米。秋季涌浪向多为西向(北部)和北向(南部),次多涌浪向为北向和东北向,涌浪波高是全年中最大的,一般为1.0~1.5米,最大值达5.5米。
黄海灾害性海浪
黄海的灾害性海浪次数较多,年平均为5.9次(据统计,在1983~2007年中寒潮浪81次,气旋浪45次,台风浪22次)。在成山头外海的黄海中部,受沿岸流和黑潮支流影响,出现狂浪时容易发生海难,有“中国好望角”之称。
黄海冬季涌浪向多为北向,次多为东北向,涌浪波高一般为0.4~2.0米,最大值达6.0米。春季涌浪以南向为主,涌浪波高一般为0.5~1.5米,最大值达6.0米。夏季涌浪以南向和东南向为主,涌浪波高一般为0.3~2.0米,最大值达7.5米。秋季涌浪以西北向和北向为主,涌浪波高一般为0.4~3.0米,最大值达7.0米。
东海及台湾近海灾害性海浪
东海的灾害性海浪次数则更多,年平均9.8次(在1983~2007年中,寒潮浪94次,气旋浪46次,台风浪104次)。台湾海峡虽面积很小,但灾害性海浪频繁发生,年平均6.1次(在1983~2007年中,寒潮浪74次,气旋浪11次,台风浪68次)。尤其是冬季北——东北风时,因狭管效应,极易出现4米以上的巨浪。台湾省以东洋面及巴士海峡,由于与太平洋相通,水深浪大,具有大洋海浪的特点,其灾害性海浪频率也较大,年平均11次(在1983~2007年中寒潮浪100次,台风浪175次)。台湾省以东洋面和巴士海峡的灾害性(尤其是该海区的台风浪)海浪常会影响和扩展到东海、台湾海峡和南海。
东海冬季涌浪向多为北向,次多为东北向和西北向,涌浪波高一般为1.0~2.5米,最大值达8.0米。春季涌浪多为东、东北和北向,涌浪波高一般为1.0~1.5米,最大值达7.0米。夏季涌浪以南向和东南向为主,涌浪波高一般为0.9~2.0米,最大值达12.5米。秋季涌浪以北向和东北向为主,涌浪波高一般为1.5~2.5米,最大值达10.5米。
南海灾害性海浪
南海面积广阔,水深浪大,也具有大洋海浪的特征。灾害性海浪在南海出现的频率最大,年平均为14.1次,其中台风浪年平均为7.6次。南海是受台风浪影响最严重的海区之一,而气旋浪的影响主要限于黄海和东海,对南海影响不大。
南海冬季涌浪向多为
东北向,涌浪波高一般为1.0~2.3米,最大值达8.0米。春季涌浪向随地区而异,南海北部和吕宋海峡南部以东、东北向居多,北部湾以南向为主,其他海域以南向和西南向为主,涌浪波高一般为0.5~1.3米,最大值达4.0米。夏季涌浪以南向和西南向为主,涌浪波高一般为0.6~2.1米,最大值达5.0米。秋季涌浪以东北向为主,涌浪波高一般为0.8~3.0米,最大值达7.5米。
引发灾害性海浪的天气形势
台风
台风的范围一般有近千千米,风力强劲,能引发很大的波浪。由于台风中风向是旋转的,它造成的波浪由台风区向四方扩散到范围广大的海域。台风内风浪最大区域位于风向与台风移动方向一致的区域,即台风移动方向的右半部分,该区域风速大、风时长。波浪最小的区域是风向与台风移动方向相反的区域,因其区域风速相对较小、风时较短。在台风中心,虽然风力较小,但由于台风区中波浪都向中心汇集,波浪很大,且出现波陡很大的三角浪。在远离台风区的海上有规则、整齐的涌浪。
强冷空气
强冷空气天气过程的风场特点是风向一般为北-西北,风区不断地随冷锋南移而从北向南扩展。由于这种风在各海区洋面上吹的大多是离岸风,所以波浪在海洋北部生成,不断向南传播,在传播过程中成长变大,因而造成西北小、东南大的分布。并且这种风的风力风向比较稳定,波浪的大小分布在风吹刮相当时间后即进入稳定状态,离海洋的西北岸愈远,波浪愈大。在冷锋过后数小时内,波浪即达到最大,即在地面锋线后300千米左右海面波浪最大。在北纬35°以北海区,冷锋速度通常大于涌浪波速,故锋前一般没有涌浪,但到了北纬35°以南海面后,冷锋速度减慢,锋前一般都出现涌浪。
温带气旋