我国已建立了由国家海洋环境预报中心,以及广州、上海、青岛三个分局海洋预报区台和海南(海口)、广西(北海)、福建(厦门)、辽宁(大连)四个省海洋预报台组成的我国海浪预报网。预报已由近海扩大到太平洋、印度洋、大西洋和南极大陆近海。1982年9月27日,按照政府间海洋学委员会(IOC)和世界气象组织(WMO)的规定,由国家海洋环境预报中心每天通过无线传真,同时以3个频率向世界发布西北太平洋海浪实况图和西北太平洋海浪预报图。并于1986年7月1日起,每天通过中央电视台和中央人民广播电台播放中国海和西北太平洋24小时海浪预报。同时还通过电传、电报、电话、有线传真向国内外用户提供上述海区和世界其他大洋的专项预报服务,服务领域包括海洋运输、海洋科学考察、海洋石油开发、海洋渔业、海上军事活动等进行的海上施工、重要拖航、海上救助、海上体育比赛、海上旅游等。近年来,每当灾害性海浪袭击我国大陆近海时,及时地向国家防汛指挥部、沿海省(区、市)政府及其防汛指挥部门、中国石油总公司、海军以及沿海渔业部门发布灾害性海浪警报,由此大大地减轻了海浪造成的危害。经过多年预报结果统计,目前灾害性海浪的24小时、48小时和72小时预报准确率分别为88.8%、86.5%和82.1%。
海浪灾害的预警和应急预案
海浪玉级警报(红色):预计未来受影响沿岸海域出现达到或超过国际波级表7级狂浪(有效波高6.0~8.9米)时,或者东经130°以西海区出现达到或超过国际波级表9级怒涛(有效波高大于14米)时,至少提前12小时发布海浪紧急警报。
海浪域级(橙色):预计未来受影响沿岸海域出现达到或超过国际波级表6级巨浪(有效波高4.0~5.9米)时,或者东经130°以西海区出现达到或超过国际波级表8级狂涛(有效波高9.0~13.9米)时,至少提前12小时发布海浪警报或海浪紧急警报。
海浪芋级(黄色):未来受影响沿岸海域出现达到或超过国际波级表5级大浪(有效波高2.5~3.9米)时,或者东经130°以西海区出现达到或超过国际波级表7级狂浪(有效波高6.0~8.9米)时,至少提前12小时发布海浪警报。
海浪郁级(蓝色):参照世界气象组织规定,无论预报海区有无大浪出现,每天都要按时发布24小时、48小时、72小时海浪预报。
《预案》中规定了各级预警报发布的流程和授权范围等,例如,国家海洋环境预报中心根据国家海洋环境监测预报系统提供的预警信息,预计将达到海浪I(红色)警报时,由国家海洋环境预报中心主任或其授权人签发,在1小时之内以传真形式和其他通信方式报送国务院值班室、国家防汛抗旱总指挥部、中国国际减灾委员会、国家海洋局、总参谋部等有关部门和受海浪影响的沿海省(自治区、直辖市)、计划单列市人民政府以及海区、沿海省(区市)、计划单列市海洋预报(中心)台等。海浪玉级紧急警报(红色)应通过中央电视台和中央人民广播电台播放,国家海洋环境预报中心应在2小时内送达中央电视台和中央人民广播电台,负责与中央电视台和中央人民广播电台协商,在就近整点新闻或新闻联播中播放,跟踪播放情况,并将播放情况报告国家海洋局海洋环境保护司。海浪玉级紧急警报(红色)还应向国家海洋局海监总队、中国海事局、中国海上救助打捞局、农业部渔政局、海上石油生产部门、航海部门发布。
目前沿海省市各级政府,以及海洋运输、海洋石油、海洋渔业、沿海军事等部门一般都制订了防御灾害性海浪的应急预案,预案规定防范海浪灾害的组织指挥体系及相关单位的职责、应急响应、保障措施和善后工作等。目的是全面提升防御海浪灾害的能力,最大限度地减轻海浪灾害带来的损失,保障人民群众生命财产安全和社会经济的持续稳定发展。
海浪预报
海浪预报是指根据影响海浪的生成、发展和消衰的外界条件,结合海区内的初始海浪状态,对海区未来的海浪状态做出计算和预报。而海浪状态的预报,是指预报海浪要素,即预报在统计意义上的特征波高、周期、波向等,有时也要预报作为海浪内部结构的谱(即海浪谱)。要预报海浪,必须知道下面3个因素:淤气象条件。从预报的时刻到被预报的未来时刻的间隔内,海面上的风速和风向在有关海区内的空间分布和时间变化。于海区的地理环境。主要包括水平方向上的陆界分布和垂直方向上的深度分布。这些可根据海图而求得。盂海区内海浪在预报时刻的初始分布。一般,这些初始分布是根据现场观测或先前做出的预报结果而得到的。
海浪预报方法大致可分成两类:淤把实际出现的复杂海浪,按统计观点抽象成一种简单的特征波,并在风要素和这种特征波的波要素之间建立直接的函数关系,根据这种关系,由风要素可求得波要素的数值。美国科学家斯韦尔德鲁普和蒙克提出的方法即属于这种类型,他们以“有效波”作为特征波,利用能量平衡方程和无量纲量波陡(波高和波长之比)与波令(波速和风速之比)的经验关系求得预报图解。于在另一种类型中,把实际出现的海浪看做是由振幅不等、频率不等、波向不同且具有随机初相位的正弦波叠加而成。在这种意义上,海浪状态可用海浪谱来描述。预报时,通过风要素可计算出未来时刻的海浪谱,进而求得各种统计意义上的波要素值。W.J.皮尔孙、G.诺伊曼和R.W.詹姆斯提出的预报方法,即属于这种类型。
20世纪50年代后期,出现了海浪的数值预报方法。此方法可大致分为两类:淤对组成波分量建立能量平衡方程,方程中包括能量的局部变化、对流变化、地形引起的变化、反映能量输入和消耗的源函数。这一类方法的主要困难在于源函数项难以精确地确定。于将海浪谱参量化,建立参量方程,从而避免对每一组成波进行计算,而直接用数值法求解谱中的参量,进而得到海浪要素。
海浪预报可为海上的船舶运输、渔业生产、海上石油开发和军事活动等提供环境资料和变化信息,保障海上活动的安全。
古代从事海上活动的人,早已积累了估计未来海浪状态的经验。但是真正对海浪预报进行系统研究,却始于第二次世界大战期间。当时由于军事上的需要,美国空军气象局海洋部委托斯克里普斯海洋研究所的科学家H.U.斯韦尔德鲁普和W.H.蒙克探索海浪预报的方法。经过研究,他们得到了根据风要素预报海浪要素的半经验半理论的方法,被同盟国应用于欧洲、亚洲等战区。以后,由于航运、海上生产活动和军事活动的需要,海浪预报的研究得到迅速发展。至20世纪60年代初期,各海洋国家的科学工作者提出的预报方法,已达数十种之多;中国文圣常教授提出“普遍风浪谱”理论,在此理论基础上,中国的有关单位共同合作,提出了海浪预报图解。
到了近海石油开发兴起的年代,建立在海上的孤立平台,常遭受一个或几个大的波群破坏和摧毁,全世界因狂风恶浪遭到翻沉的平台已超过60座以上,原有的海浪预报时效和精度已不能满足需要。随着电子计算机的广泛使用,进一步促进了海浪预报的发展,产生了海浪的数值预报方法,新型的利用波谱计算波群的数值预报方法得到很好的运用,已取得较好的效果。
我国的海浪预报是20世纪60年代中期开始的,随着海上巨浪翻船的恶性事故的增长,海浪预报业务得到了重视和加强,现已基本建立起一个全国性的海浪监测预报业务网络。预报范围已由近海扩大到大洋,从1982年9月27日开始已按照国际统一规定,每天通过无线电传真,同时以3个频率向世界播发西北太平洋海浪实况图和24小时海浪预报图。80年代以来,又相继为近海石油平台发布专项海浪预报。1986年7月1日,国家海洋环境预报中心通过中央电视台固定节目定时向全国发布海洋预报服务信息。2005年10月,我国开展了全球海浪业务化数值预报,使我国海浪预报范围由过去的西北太平洋扩大到全球,成为继美国、日本、欧洲中心等海洋预报发达国家和国际组织之后,世界上少数几个可以发布全球海浪数值预报的国家之一,为海洋捕捞、大洋科考、远洋航行及国防安全等提供了重要的信息,保障了海上生产的安全。
鉴于我国海浪观测站点稀少,手段落后,预报的时效和精度在某些方面还满足不了经济建设的需要,有关部门已积极采取措施,加强海上观测网的建设和管理,确保海上的观测实况能够及时向预报部门传送。与此同时预报部门积极开展预报方法研究工作,加强国际间有关海洋预报系统方面的合作,努力提高预报质量,为保障海上安全做出贡献。
海浪预报面临的困难和挑战
已使用的海浪预报方法,虽能初步满足实际工作需要,但仍需进一步改进和发展。主要面临三方面的困难和挑战:淤对海浪规律了解有限。海浪是一种极其复杂的现象,它的生成、发展和消衰,仍需深入探索研究。海浪预报方法的改进,在很大程度上依赖于对这些规律的了解。于天气预报技术有待改进。
预报海浪时需要预先知道海面上的风速、风向的空间分布和变化,所以海浪预报的精度和风速、风向预报的精度密切相关。目前全球海上风场的现场观测有限,我国尚缺乏满足海上风场检测精度要求的风场监测卫星,海上风场预测精度难以满足要求。海浪预报技术的发展,依赖于天气预报技术的改进。盂缺乏完善的监测系统。海浪监测可提供海浪预报时所需的初始浪场资料,可以检验预报结果的准确性。更重要的是海浪监测有助于我们对海浪现象和规律的了解。
现今监测系统的不完善,海上监测缺乏时空连续性,有赖于各海洋国家的努力和有效有序的国际合作。
台风风暴潮的灾害
台风是发生在热带海洋上的一种破坏性很大的猛烈低压涡旋(近中心最大风速大于3217米/秒)。依其强度可分为热带低压、热带风暴、强热带风暴与台风四个等级。在外海,热带气旋灾害主要表现为由它引起的风与浪所造成的灾害;在近岸则表现为风、浪与风暴潮结合引起的灾害;在内陆则主要表现为风和暴雨灾害以及由暴雨引起的洪水和诱发的滑坡、塌方及泥石流等灾害。暴雨洪水也能加剧沿岸风暴潮灾害。一般情况下,暴雨引起的洪峰迟于台风风暴潮的峰值发生时间。这里所谓的台风风暴潮灾害,包括所有等级热带气旋引起的灾害。然而,我国沿海不仅遭受台风风暴潮灾害,而且在我国东部沿海,特别是黄海、渤海沿岸,还遭受温带风暴潮灾害。
在全球8个台风生成区中,西北太平洋生成区频率最高,占全球总数的36%,同时,西北太平洋的台风强度也是全球最强的(台风中心气压低达870hPa)。在西北太平洋沿岸国家中,我国受台风登陆袭击次数最多,占总数的34%。我国风暴潮灾一年四季均有发生,受灾区域几乎遍及整个中国沿海,所受灾害居西太平洋沿岸国家之首。
我国风暴潮史料极其丰富。据统计,自公元前48年至1946年,在这一漫长时期中发生的重大潮灾576例,死于一次潮灾的人数,少则数百到数千人,多则几万人乃至10万人!康熙三十五年(1696年)6月1日,一次风暴潮灾使上海、宝山、崇明、吴淞一带淹死10万余人。本世纪以来,我国死亡人数最多的一次潮灾发生在1992年8月2日,使广东省汕头地区七个县受灾,共死亡7万余人。
中华人民共和国成立后,我国多次遭受强风暴潮灾害。请看以下几例。
1956年12号强台风于8月2日在浙江象山县登陆。在强台风袭击下海塘溃决,纵深10千米一片汪洋,海水淹没农田41万亩(1亩=666.7平方米),房屋7万多间,死亡3403人。
1969年6903号台风来势猛、强度特大,粤东风灾空前严重,大海潮为历史罕见,冲垮海堤几百千米,淹没良田近140多万亩,物质财产损失和人员伤亡(死亡1000余人)相当严重。
1989年23号台风带来的潮、雨、风三者夹击,致使浙江7市(地)的37个县(市)681万人受灾,直接经济损失1316亿元。
1992年8月28日至9月2日,我国东部沿海遭受特大风暴潮袭击。福建、浙江、上海、江苏、山东、天津、河北、辽宁均受到此次特大风暴潮的袭击,死亡近300人,直接经济损失94亿多元。在这次灾害中,以浙江、山东尤为严重,其中浙江全省死亡114人,经济损失3115亿元。
1994年8月21日,正值农历7月15日天文大潮期,大潮、巨浪、狂风(9417号台风)并发,形成浙江省沿海百年不遇的罕见特大风暴潮灾害。特大海潮伴随巨浪,以排山倒海之势突袭温州一带沿海,给浙江沿海带来了惨重灾难,据调查,温州市、台州地区共损坏海塘461千米,其中温州326千米,台州135千米。据统计,浙江全省死亡1216人,直接经济损失12414亿元。
1996年8号台风是本年度登陆我国最强的台风,登陆前后(7月31日至8月1日)又恰逢这一带海域的天文大潮期,强台风裹胁着大风、暴雨、潮水给福建、浙江两省造成极大的灾害。受其影响我国东南沿海出现了10~12级大风、100~225厘米高的风暴潮,沿海有7个验潮站9次出现超过历史纪录的高潮位。据不完全统计:福建受灾人口达772125万,其中死亡55人,损坏江海堤425千米,受淹农田361986公顷,船只损失270艘,公路桥梁损坏259座,直接经济损失达40125亿元。浙江受灾人口达742万人,其中死亡67人,各地约有395千米海塘江堤、695千米路基、459千米输电线路和714km通讯线路遭到损坏,停产和半停产企业约有1132万家,直接经济损失3315亿元。
1997年9711号热带风暴(Winnie)于8月10日8时在关岛以东洋面生成,生成以后向西北偏北方向移动,8月10日14时发展成强热带风暴,并于11日8时发展成台风。其后经过8天稳定地向西北偏西方向移动,于18日21时30分在浙江省温岭石塘镇登陆。登陆时台风中心气压960hPa,近中心最大风速达40米/秒,风力超过12级。台风登陆后,穿过浙江省中西部地区,于19日7时30分进入安徽境内,后转为偏北行,于20日9时进入山东,20日15时入渤海,最后于21日21时消失在辽宁境内。