海浪災害對貽貝脫落率的影響

王 勤，李尚魯，盧 美，郭 敬，丁 駿

(浙江省海洋監測預報中心，浙江 杭州 310007)

0 引言

臺風是對浙江危害最大的一種氣象災害，伴有狂風、暴雨、巨浪及風暴潮, 活動范圍很廣, 具有很強的破壞力。根據浙江省氣象臺的統計資料表明：1950—2019年70 a間，在浙江登陸的臺風有45個，其中 97.8% 都是在6—10月登陸浙江沿海。每年6—10月是貽貝成熟的季節，一旦遭遇大風浪災害，貽貝養殖損失嚴重。2011年的9號臺風“梅花”使嵊泗縣枸杞鄉707 hm2貽貝絕收，直接經濟損失共計達4億元[1]。浙江省漁業互保協會經常接到淺海貝類養殖戶受臺風影響損失的報案，但貽貝存于水下，查勘人員通過選點抽查來確定貽貝脫落比例，效率低下。何豪力[2]通過分析同一貽貝養殖戶在2018年兩次臺風過程的損失，建立了貽貝脫落率和風浪的關系，但分析的樣本較少，僅2018年的“瑪利亞”和“安比”臺風。

嵊泗貽貝養殖發展于近30年，但嵊泗海域附近實際觀測波浪數據偏少，僅有2018年嵊泗嵊山站浮標的部分數據，不足以建立貽貝損失與有效波高的相關性。本文嘗試用SWAN模式計算有效波高，進而分析嵊泗附近海域有效波高重現期分布及臺風期間貽貝損失樣本，并用有效波高對脫落率進行判定，為科學的養殖規劃提供依據，同時能減輕理賠工作量。該方法不受時效性限制，可為漁業互保的保險理賠提供參考。

1 材料和方法

1.1 研究地點與研究對象

嵊泗縣位于舟山群島北部，長江口和杭州灣匯合處，周邊海域水質肥沃，餌料豐富，水溫適宜，擁有浙江省最大的貽貝筏式養殖產業化基地。貽貝養殖區主要集中在水深10～30 m的海域，一般都在初級生產力高、泥沙含量少、作業距離近、水深和流速適宜、風浪較小的海灣或島礁周邊海域。養殖品種以養殖周期1 a、價格稍低的紫貽貝為主，其次為養殖周期 2～3 a，價值更高的厚殼貽貝。近年來，厚殼貽貝養殖面積占比不斷增加，而該品種養殖周期長，遭受風暴襲擊的概率更大。

1.2 數據采集與數據來源

2015—2018年11次臺風過程嵊泗貽貝養殖受災點的貽貝脫落率數據，由浙江省漁業互保協會提供。當養殖戶報案后，保險勘察人員到達現場，在養殖區域不同位置拉3串貽貝上岸，目視判斷脫落率。以1個案列為1個樣本，共獲得267個樣本用于研究，樣本點位置分布見圖1。樣本點大部分位于嵊山島和枸杞島附近，嵊泗的綠華島和花鳥島附近也有零星分布。

圖1 樣本點分布示意圖Fig.1 Diagram of sample distribution

2018年5月—2019年9月有效波高數據來自嵊泗嵊山站浮標觀測數據，由浙江省海洋監測預報中心提供。2015—2017年的有效波高數據通過SWAN模式計算得到。有效波高是將某一時段連續測得的波高序列從大到小排列，取排序后前1/3個波高的平均值。

1990—2019年臺風數據，來自中國臺風網最佳路徑數據集(http:∥tcdata.typhoon.org.cn/)。其中2015—2018年的臺風數據用于脫落率計算，與貽貝養殖損失的數據匹配。1990—2019年，每年選擇2次登陸浙江省或對浙江近海有嚴重影響的臺風用于海浪重現期計算，共60次。其中對浙江近海有嚴重影響的臺風判定標準為在125E以西近岸轉向，且強度達臺風級以上。

1.3 計算方法

海浪重現期選用Pearson-Ⅲ型頻率曲線的方法計算[3]。選用第三代海浪模型SWAN[4]計算嵊泗附近海域的有效波高。SWAN模式考慮了淺水中的波浪破碎、波浪繞射、底部摩擦、能量耗散和地形誘發的三相波波相互作用[5]，采用隱式格式離散控制方程，使該模型合理計算潛水波浪破碎效應，更適用于近岸波浪模擬[6]。

SWAN模式采用基于波能量的平衡方程。在笛卡爾坐標系下，波能量平衡方程可表示為[4]

(1)

式中：左邊第一項為固定點波能量密度N隨時間的變化率；第二和第三項表示波浪能量在二維地球空間中的傳播，其中Cx、Cy分別為波作用量在x方向和y方向上的傳播速度；第四項表示由于流和水深所引起的相對頻率的漂移導致N在σ空間的變化，Cσ代表在σ方向的波浪傳播速度；第五項表示N在θ空間的轉移，亦即水深及流場所引起的折射，Cθ代表在θ方向波浪傳播速度[5-6]。方程右邊S代表以波譜密度表示的源匯項，包括風能的輸入、波與波之間非線性相互作用和由于底摩擦、白浪、破碎等引起的能量損耗，表示能量的輸入和耗散，具體形式為

S=Sin+Snl3+Snl4+Sds,w+Sds,b+Sds,br

(2)

上式右邊分別表示風能輸入項Sin、三波相互作用Snl3、四波相互作用Snl4、白帽耗散Sds,w、底摩擦Sds,b和波浪破碎Sds,br[7]。

本文采用非結構三角形網格，用大小區域網格嵌套計算的方法獲取嵊泗海域深水區和淺水區的波浪場，分辨率從外到內逐漸增大。大區域網格覆蓋整個東中國海海域，計算范圍為115°E—134°E，16°N—41°N，此網格包括29 193個計算節點，15 423個三角形。小區域的計算網格包含長江口杭州灣海域，網格細致，達到44萬多個，采用局部加密的方式，在嵊泗附近海域最高空間分辨率達200 m。模式采用閉合邊界，由大區域為小區域提供邊界條件(圖2)。

圖2 模式計算網格Fig.2 Grid for model calculation

2 模型驗證

選取2019年影響浙江海域的4次臺風(分別是1905號 “丹娜絲”、1909號“利奇馬”、1911號“白鹿”及1917號“塔巴”)進行模式計算，用嵊泗嵊山站的實測有效波高數據進行驗證，結果如圖3所示。圖3a是1905號“丹娜絲”臺風過程的驗證，模擬的最大有效波高峰值出現較實測提前了2 h，且最大值小于實際觀測最大值。圖3b是1909號“利奇馬”臺風過程的驗證，模擬的峰值出現時間及變化與實測較吻合，但模擬峰值大于實測值。圖3c是1911號“白鹿”臺風過程的驗證，模擬的峰值出現時間與實測較吻合，但模擬峰值大于實測值，臺風登陸消亡期間受其他天氣系統影響，有效波高的模擬值偏小。圖3d是1917號“塔巴”臺風過程的驗證，模擬的峰值與實測較吻合，但有效波高減小的速率較實測值快。

臺風過程中，模擬的嵊泗嵊山站最大有效波高的平均絕對誤差為0.35 m，平均相對誤差為7.6%，近海海浪大于2 m的平均預報相對誤差小于30%。本文所選的模型及網格可用于計算有效波高。

(a)1905號“丹娜絲”臺風過程驗證

(b)1909號“利奇馬”臺風過程驗證

(c)1911號“白鹿”臺風過程驗證

(d)1917號“塔巴”臺風過程驗證

3 結果

3.1 嵊泗海域有效波高重現期分析

基于1990—2019年數據，每年選擇2次登陸浙江省或對浙江近海有嚴重影響的臺風用于有效波高重現期計算，共60次，以P-Ⅲ曲線進行擬合，得到嵊泗海域多年一遇的有效波高(圖4)。圖4a是2年一遇的有效波高分布圖，在枸杞島西北面海域，有效波高為2.5～4.0 m，在枸杞島南面為3.0～4.5 m，在嵊山島南面為3.0～4.5 m。圖4b是5年一遇的有效波高分布圖，在枸杞島西北面為4.5～5.5 m，在枸杞島南面為5.5～6.5 m，在嵊山島南面為5.0～6.5 m。圖4c是10年一遇的有效波高分布圖，在枸杞島西北面為5.0～6.5 m，在枸杞島南面為6.0～7.5 m，在嵊山島南面為5.5～7.5 m。圖4d 是20年一遇的有效波高分布圖，在枸杞島西北面為5.0～6.5 m，在枸杞島南面為7.0～8.5 m，在嵊山島南面為6.5～8.5 m。

(a)2年一遇

(b)5年一遇

(c)10年一遇

1990—2019年臺風期間嵊泗海域有效波高的數值模擬表明：枸杞島東南面受臺風浪影響最大，枸杞島西北面受臺風浪影響相對較小;嵊山島南面的貽貝養殖區，離島近的海域受風浪影響相對較小，但離島較遠的海域受臺風浪影響較大，與枸杞島南面相當。

3.2 貽貝脫落率與有效波高的關系

將2015—2018年11次臺風過程中嵊泗貽貝養殖受災點的貽貝脫落率及對應的有效波高作統計分析。有效波高大于3 m時，貽貝脫落的概率達 97.8%，貽貝開始出現脫落的可能性較大。2007 年世界銀行建議，可依據農業自然災害風險發生的經驗概率將風險劃分四個管理層次：1～7 a發生一次、7～15 a發生一次、15～25 a發生一次以及25 a以上發生一次，各層次適宜的風險分散機制依次為風險自留、農業保險、再保險(以及大災保險基金等)和政府統籌[8]。也即作為風險自留的保險閾值要選擇2年一遇或5年一遇有效波高。5年一遇有效波高的賠付率太低，會出現無人參保的現象，因此選擇2年一遇有效波高作為賠付閾值。但根據2年一遇有效波高最小值枸杞島西北面的2.5 m，賠付率是100%，不符合保險賠付設定，因此選擇枸杞島南面和嵊山島南面2年一遇的有效波高最小值3 m作為賠付閾值。

當有效波高為3～5 m時，貽貝脫落率達30%的樣本占11.70%，脫落率達40%的樣本占 18.71%，脫落率達50%的樣本占20.47%，脫落率達60%的樣本占34.50%，即85.38%的樣本脫落率均在30%到60%之間，脫落率達70%～90%的樣本數都為零，僅幾個樣本損失100%，可能是受其他因素的影響(圖5a)。當有效波高為5～6 m時，僅6個樣本，貽貝脫落率達50%的樣本占83.33%(圖5b)，暫由線性插值得出結論，需要后期更多樣本的補充來修正。當有效波高為6～9 m時，貽貝脫落率達100%的占 39.47%，脫落率達80%的占5.26%，脫落率達70%的占7.89%，脫落率達60%的占5.26%，脫落率達50%的占18.42%，即脫落率達50%以上的占76.3%(圖5c)。有效波高達9 m以上樣本中脫落率達100%的占 65.2%，脫落率達80%的占2.17%，脫落率達70%的占19.57%，即脫落率達70%以上的占 86.96%(圖5d)。通過上述分析，得到有效波高與貽貝脫落率的關系如表1所示。

表1 貽貝脫落率與有效波高間的關系Tab.1 Relationship between mussel loss rateand significant wave height

(a)有效波高3～5 m

(b)有效波高5～6 m

(c)有效波高6～9 m

(d)有效波高大于9 m

4 小結

本文根據舟山嵊泗海域的特點，選用SWAN海浪模式，計算得到嵊泗貽貝養殖海域臺風期間的有效波高。用2019年嵊泗嵊山浮標的觀測數據進行模型驗證，模型達到較高精度。利用模式計算對1990—2019年影響浙江的60次臺風進行重現期分析，得出枸杞島西北面受臺風浪影響相對較小，東南面受臺風影響最大。

利用2015—2018年11次臺風期間嵊泗海域的有效波高，分析有效波高和貽貝脫落率之間的關系可知：有效波高和脫落率有明顯的相關性，當有效波高達3 m時，貽貝開始脫落；有效波高為3～5 m時，貽貝脫落率為30%～60%；當有效波高為5～6 m時，貽貝脫落率為40%～90%；當有效波高為6～9 m時，貽貝脫落率為50%～100%；有效波高超過9 m時，貽貝脫落率為70%～100%，出現100%脫落的可能性較高。

對臺風期間貽貝脫落率與有效波高關系的研究，可為浙江省漁業互保協會的保險理賠提供參考，使之不受時效性限制，減輕理賠工作量。但本文僅考慮了有效波高對貽貝脫落率的影響，對風力、潮流、養殖環境等因素的影響[9]還有待更深入的研究，使研究結果可信度更高，更具實際意義。