福建省風暴潮時空分布特征分析

董劍希，李濤，侯京明

（1.國家海洋環境預報中心，北京　100081；2.國家海洋局海洋災害預報技術研究重點實驗室，北京　100081）

福建省風暴潮時空分布特征分析

董劍希1，2，李濤1，侯京明1

（1.國家海洋環境預報中心，北京100081；2.國家海洋局海洋災害預報技術研究重點實驗室，北京100081）

分析20世紀50年代以來福建省7個有代表性驗潮站的近700站次臺風風暴潮過程，利用建立的風暴潮評價指標，對福建省風暴潮的時空分布特征開展研究。結果表明：福建省風暴潮主要出現在7月至10月，其中以8月最多，9月次之；風暴潮災害主要發生8月和9月，以9月居多。各級風暴潮中，增水為50~100 cm的風暴潮次數約占70%，沿海各區域中，風暴潮頻發區和嚴重區為閩江口，風暴潮次數明顯偏多、偏強；風暴潮災害頻發區為閩江口，風暴潮災害嚴重區則依次為閩江口和寧德區域。1954-2008年間，風暴潮發生次數總體呈現上升趨勢；風暴潮災害呈較明顯的上升趨勢。

風暴潮；風暴潮災害；時空分布；歷史趨勢

風暴潮是來自海上的一種巨大的自然災害現象（馮士筰，2000），是導致全球生命財產損失最嚴重的自然災害之一，也是影響我國最嚴重的海洋災害。夏秋之時，東南沿海頻繁遭受臺風風暴潮襲擊（葉琳等，2002），其中尤以浙江、福建和廣東省為重，每年均有發生并且成災率較高，造成嚴重的人員傷亡和經濟損失。

目前風暴潮研究取得了很多的成果，以風暴潮數值模型研究為多，于福江等建立了一個覆蓋東海的兩重嵌套網格高分辨率臺風暴潮數值預報模式（于福江等，2002），利用Kalman濾波資料同化技術將海洋站水位觀測資料融入二維線性風暴潮模式優化預報結果（于福江等，2002），馮興如研究了波至輻射應力對桑美風暴潮的影響（Feng et al，2011）。隨著資料的豐富，國內外對歷史風暴潮的研究也逐漸得到重視，Needham等（2012）首次建立了美國海灣的風暴潮數據庫，包括1880年以來195次風暴潮過程的各點峰值風暴潮，開展了空間分布分析，揭示美國西海岸風暴潮強度和頻率的變化等。我國也在風暴潮歷史變化方面開展了研究，楊桂山（2000）基于中國沿海近50年風暴潮災時間變化和空間分布特點的分析著重探討了長江、珠江等三角洲歷史記錄和近50年實測風暴潮災發生頻次的變化及其與氣候波動的關系。但是目前在國內尚未就某一區域開展全面、系統的風暴潮特征分析研究。

福建省作為風暴潮嚴重的區域之一，1954-2008年間福建省共計發生臺風風暴潮過程287次，超過5次/年，居各省之首。歷史上曾多次記載福建省風暴潮（本文指臺風風暴潮，下同）災害損失，例如1969年，6911臺風風暴潮寧德沿海6個鄉鎮的海堤全部被毀，海水倒灌使農田、村莊被淹沒，全省死亡70余人（楊華庭等，1993）；“桑美”風暴潮則造成福建省死亡324人（國家海洋局，2006）?！吨袊Ｑ鬄暮珗蟆方y計數據表明，“十五”期間，福建省風暴潮災害直接經濟損失267.93億元，占全國風暴潮災害經濟損失的42%。

本文選取福建省典型潮位站，分析了建國以來風暴潮資料和風暴潮歷史災害資料，探討了福建省風暴潮時間（月際和年代際）分布特征和空間分布特征，對沿海經濟發展規劃、應急管理及風暴潮研究人員具有重要的參考價值。

1　風暴潮評價指標建立

為了更好的探討風暴潮時空分布特征，在深入分析風暴潮資料的基礎上，選擇風暴潮、超警戒風暴潮兩個因子為代表分別開展福建省風暴潮和風暴潮災害特征研究，其中超警戒風暴潮表示一次風暴潮過程高潮位超過當地警戒潮位的情況，綜合反映風暴潮強度以及是否和高潮位疊加，和風暴潮致災程度有直接關系（方偉華等，2011），考慮超警戒的不同程度，分別在渤黃海、東海和南海海區利用超警戒風暴潮和直接經濟損失擬合建立了近似相關方程，其中東海海區的相關系數可達0.8，因此超警戒風暴潮可以較好地代表風暴潮災害，據此開展了福建省風暴潮和風暴潮災害特點研究。按照風暴增水等級劃分標準，本文中風暴潮均指風暴增水大于或等于50 cm的風暴潮。

以風暴增水量值的大小來表征風暴潮強度，依據增水大小分為：特大、大、較大、中等和一般5個等級，分別對應Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級。具體劃分見表1。

表1　風暴增水等級劃分（單位：cm）

超警戒風暴潮依據最高潮位超過當地警戒潮位的值分為：特大、嚴重、較重和一般4個等級，分別對應Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級。具體劃分見表2。

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表2　風暴潮超警戒等級劃分（單位：cm）

2　代表性驗潮站選取

選取了福建省7個有代表性的、具有長時間序列潮位資料的驗潮站，選擇的驗潮站包括沙埕、三沙、梅花（琯頭）、平潭、崇武、廈門和東山站，這些站分別分布在福建省北部、中部和南部沿海，所處位置代表性良好。7個驗潮站資料的時間序列均在40a以上，見表3。以此分離的風暴潮數據可以很好地代表福建省臺風風暴潮的特點，其中梅花站和琯頭站分別位于閩江口南岸和北岸，均可代表閩江口風暴潮情況，為了避免重復，選取其二者中風暴潮較大者來代表閩江口風暴潮。在此基礎上，分析了風暴潮及風暴潮災害月際和年代際分布特征。

表3　選取的驗潮站及資料年限

3　福建省風暴潮時空分布特征研究

統計分析了每次風暴潮過程的起因、最大風暴增水及發生時間、最高潮位及出現時間、高潮位超過當地警戒潮位等，在此基礎上，繪制了福建省各級風暴增水逐月分布圖、各等級超警戒風暴潮逐月分布圖，風暴潮及超警戒風暴潮空間分布圖等，開展福建省風暴潮及風暴潮災害分布特征分析。

3.1月際分布特征

從圖1-圖2可以看出，福建省風暴潮發生時間為5-11月，其中7-10月發生次數較多并且明顯多于其他月份，又以8月和9月為發生次數最多的2個月；各級風暴增水中，Ⅴ級所占比例約為72%，以8月和9月居多，7月和10月次之；Ⅳ級約占22%，主要發生在8月—9月；Ⅲ級及以上的風暴增水發生次數明顯減少，7月和8月次數接近，為最多；Ⅱ級風暴增水次數僅占1%，發生在7-9月，以9月居多。

因此，8月和9月為福建省發生風暴潮較為頻繁的月份，較大及以上風暴增水也主要出現在8月和9月；福建省歷史上沒有出現過Ⅰ級風暴增水。

浙江省、福建省和廣東省均為我國受風暴潮影響嚴重的省份，三個省中，福建省風暴增水發生次數最多，時間范圍也最廣；浙江?、蚣壖耙陨巷L暴增水所占比例最高，略高于廣東省，均明顯高于福建省，浙江省和廣東省均出現過Ⅰ級風暴增水。

3.2年際分布特征

圖3—圖4表明，福建省風暴潮發生次數年代際變化幅度相對較小，從50年代起呈現快速的上升趨勢，50年代后期和60年代前期達到峰值并保持了一段時間，之后有所減少，70年代前期達到第二次峰值，然后以小幅波動為主，期間70年代前期、80年代后期至21世紀2008年出現的次數相差不大，1990年每站平均發生次數超過4.0次，為歷年最多。

圖1　風暴增水逐月分布

圖2　各級風暴增水逐月分布

各級風暴增水中，Ⅴ級風暴增水次數的年代際變化趨勢與總次數的變化趨勢較為一致，只是波動起伏稍大。Ⅳ級風暴增水從50年代起一直呈現緩慢小幅上升趨勢，90年代起以振蕩波動為主。Ⅲ級風暴增水的變化幅度則較大，70年代起下降幅度明顯，之后至80年代后期為上升期，在小幅波動后從90年代中后期起呈現較為明顯的上升趨勢。Ⅱ級風暴增水出現的年份明顯減少，僅在1960、1961、1969、1971、1982、1996和2005等7年中出現過，分別由6008號、6122號、6911號、7123號、8209號、9608號及0505號臺風引起。強風暴潮是否和天文高潮疊加是隨機性的，可以發生在天文潮的任何時段，Ⅲ級以上風暴潮次數的增加在一定程度加大了超警戒風暴潮發生的幾率。

圖3　大于50 cm風暴增水年際變化

Ⅱ級風暴增水出現的年份明顯減少，僅在1960、1961、1969、1971、1982、1996和2005等7年中出現過，分別由6008號、6122號、7123號、8209號、9608號及0505號臺風風暴潮引起，福建省歷史上沒有出現過Ⅰ級風暴潮。

（圖待續）

圖4　各級風暴增水年際變化

3.3空間分布特征

綜合考慮福建省各代表性驗潮站的風暴潮及各級風暴增水的發生次數及所占比例，繪制了福建省臺風風暴潮空間分布圖，見圖5。

如圖5所示，福建省北部、中部及南部沿海均有風暴潮發生，各代表站依次代表寧德、閩江口、平潭、泉州、廈門及漳州沿海?？梢钥闯?，閩江口為風暴潮頻發區，次數明顯多于其它沿海區域，平均2.9次/年，泉州沿海次之，平均2次/年，寧德和廈門沿海較為接近，分別為1.8次/年和1.7次/年，漳州沿海1.5次/年；閩江口也為福建省風暴潮嚴重區，僅在閩江口發生過Ⅱ級風暴潮，約占2.6%，Ⅲ級風暴潮所占比例明顯增大，約為12.6%；其它沿海Ⅲ級風暴潮的發生次數非常少，寧德和平潭沿海為2次，廈門和東山沿海為1次；總體來看，福建沿海以Ⅴ級和Ⅳ風暴潮為主，Ⅴ級風暴潮所占比例均超過50%，其中閩江口為河口區域，較為平坦，易于發生風暴潮，為風暴潮頻發區和嚴重區。

4　福建省風暴潮災害空間分布特征研究

4.1月際分布特征

超警戒風暴潮與風暴潮強度及天文潮高度密切相關，8-10月為福建省天文潮較高的時期，也是風暴潮的頻發期，特別是Ⅲ級以上風暴潮主要出現在這期間，較高的天文潮以及較強的風暴潮增加了風暴潮超警戒的幾率。

從圖6-圖7可以看出，福建省超警戒風暴潮發生時間跨度較大，為5-11月，其中7-10月的次數明顯多于其它月份，又以8月和9月居多；各級超警戒風暴潮發生在8月和9月的次數也多于其它月份，其中9月偏多。超警戒風暴潮中，Ⅳ級所占比例約為65%；Ⅲ級約占總次數的30%；Ⅱ級則明顯減少，僅占總次數的5%，發生在7-10月，8月最多，7月次之；福建省歷史上沒有發生過Ⅰ級超警戒風暴潮。

圖5　福建省臺風風暴潮空間分布

圖6　超警戒風暴潮逐月分布

在對浙江省、廣東省超警戒風暴潮的分析中發現，浙江省、福建省和廣東省三個省超警戒風暴潮的頻發期略有不同，浙江省以8月和9月發生的次數較多，其中8月最多，福建省8月和9月的次數較多，以9月為最多，廣東省則以7月和9月次數偏多，又以7月居多。各級超警戒風暴潮所占比例也有所不同，廣東?、蚣壖耙陨纤急壤c浙江省較為接近，遠高于福建省。浙江省和廣東省均發生過Ⅰ級超警戒風暴潮。

圖7　各級風暴潮超警戒逐月分布

4.2年際分布特征

從年代際變化圖（圖8-圖9）中可以看出，福建省超警戒風暴潮年代際變化呈現明顯的上升趨勢，從50年代后期起呈現上升趨勢，特別是在80年代前期至90年代中后期，上升幅度較大，之后起伏波動趨勢。

各級超警戒風暴潮發生次數變化趨勢不盡相同，Ⅳ級從50年代起至90年代前期為波動式上升趨勢，之后有所減低，90年代中后期后開始緩慢上升；Ⅲ級在80年代前期至90年代中后期呈緩慢上升趨勢，之后為振蕩起伏態勢；Ⅱ級也是在90年代前期至90年代中后期呈快速上升態勢，90年代后期下降速度較快；可以看出，福建省超警戒風暴潮中，Ⅲ級及以上主要發生的年份為90年代至21世紀前10年中期。

全球變暖從兩個方面影響超警戒風暴潮，一方面，熱帶氣旋強度會有所增加（吳立廣，2009）；另一方面，全球海平面也會上升?！?012年中國海平面變化狀況》表明，中國沿海海平面變化總體呈波動上升趨勢，1980年至2012年，中國沿海海平面上升速率為2.9 mm/年，高于全球平均水平。

圖8　超警戒風暴潮年際變化

4.3空間分布特征

如圖10所示，福建省北部、中部及南部沿海均有超警戒風暴潮發生，但出現的次數卻差別較大，其中寧德沿海和閩江口發生次數最多，為超警戒風暴潮頻發區，其次為平潭、崇武和東山沿海，以廈門沿海發生的次數為最少。

（圖待續）

超警戒風暴潮頻發區也為風暴潮災害嚴重區，閩江口發生超警戒風暴潮的平均次數為1.31次/年，寧德沿海為1.3次/年，上述區域均發生過Ⅱ級以上超警戒風暴潮，所占比例也明顯高于其它區域，分別為10.0%和6.4%；平潭和泉州沿海僅發生過1次Ⅱ級超警戒風暴潮，廈門和東山沿海則只發生過Ⅲ級和Ⅳ級超警戒風暴潮。圖中也表明，福建省沿海超警戒風暴潮中以Ⅳ級所占比例最高，特別是在廈門、漳州沿海，Ⅳ級風暴潮約占比例分別為75%、77%，閩江口Ⅳ級所占比例最低，約為48%。因此寧德沿海和閩江口為福建省風暴潮災害頻發區和嚴重區。

圖9　各級超警戒風暴潮年際變化

圖10　福建省超警戒風暴潮空間分布圖

5　結論

選取福建省7個典型的、具有長時間序列潮位資料的驗潮站，分析、探討了福建省風暴潮及風暴潮災害時空分布特征。結果表明：

（1）福建省風暴潮主要發生時間為7-10月，其中8月和9月發生次數相近并且明顯多于其他月份；從年代際變化來看，福建省風暴潮發生次數年代際變化幅度較小，總體呈微幅上漲趨勢，Ⅲ級風暴潮的變化幅度則較大，從90年代中后期起呈現較為明顯的上升趨勢；風暴潮空間分布則表明，風暴潮頻發區和嚴重區為閩江口，風暴潮發生次數和強度超過其它區域。

（2）福建省風暴潮災害主要發生時間為7-10月，9月最多；福建省超警戒風暴潮年代際變化呈現明顯的上升趨勢，特別是在80年代前期至90年代中后期，上升幅度較大，Ⅲ級以上超警戒風暴潮次數呈現增多趨勢；從空間分布看，風暴潮災害頻發區和嚴重區為寧德沿海和閩江口，和其它區域相比，超警戒潮位的次數偏多，強度偏強。

（3）與浙江省和廣東省相比，福建省沒有發生過Ⅰ級風暴潮和Ⅰ級超警戒風暴潮，Ⅱ級風暴潮和Ⅱ級超警戒風暴潮所占比例也偏低?？傮w來看，福建省風暴潮強度和風暴潮災害嚴重程度低于這兩個省份。

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（本文編輯：岳心陽）

Analysis on the spatial and temporal distribution characteristics of the storm surge of Fujian Province

DONG Jian-xi1，2，LI Tao1，HOU Jing-ming1
（1 National Marine Environmental Forecast Center，Beijing100081，China；2 Key Laboratory of Marine Environmental Information Technology（MEIT），State Oceanic Administration，Beijing 100081，China）

Utilizing the storm surge evaluation indices established，a research on the spatial and temporal distribution characteristics of storm surge of Fujian Province is launched by analyzing nearly 700 typhoon surge events observed by 7 representative tide stations in Fujian Province since the 50 s of the 20th Century.The results indicate that the storm surge of Fujian Province mainly occurs from July to October.Storm surge occurs most frequently in August and then in September，and the storm surge disaster mainly occurs in August and September and occurs most frequently in September.Among storm surge events with the surge height greater than 50 cm，the frequency of storm surge with the surge height of 50-100cm accounts for approximately 70%.Minjiang estuary is an area with frequent occurrence of serious storm surge events.The frequency and magnitude of storm surges in this area are obviously above the average level，and Minjiang estuary is also an area where the storm surge disaster occurs very frequently.Minjiang estuary and Ningde coastal areas are vulnerable to the storm surge disaster in Fujian Province.The total number of the occurrence of storm surges presented a rising trend from 1954 to 2008，and the storm surge disaster presented a relatively obvious rising trend in this period.

storm surge;storm surge disaster;spatial and temporal distribution;historical trend

董劍希（1973-），女，碩士，高級工程師。主要從事風暴潮預報與研究。電子郵箱：djx@nmefc.gov.cn。

P76

A

1001-6932（2016）03-0331-09

10.11840/j.issn.1001-6392.2016.03.012

2015-05-22；

2015-06-30

海洋公益性行業科研專項（200905013）。