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第4章 风暴潮的危害(1)

风暴潮的灾害

风暴潮灾害居海洋灾害的首位,世界上绝大多数因强风暴引起的特大海岸灾害都是由风暴潮造成的。

在孟加拉湾沿岸,1970年11月13日发生了一次震惊世界的热带气旋风暴潮灾害。这次风暴增水超过6米的风暴潮夺去了恒河三角洲一带约30万人的生命,溺死牲畜50万头,100多万人无家可归。1991年4月的又一次特大风暴潮,在有热带气旋及风暴潮警报的情况下,仍然夺去了13万人的生命。1959年9月26日,日本伊势湾的名古屋一带地区,遭受了日本历史上最严重的风暴潮灾害。最大风暴增水曾达3.45米,最高潮位达5.81米。当时,伊势湾一带沿岸水位猛增,暴潮激起千层浪,汹涌地扑向堤岸,防潮海堤短时间内即被冲毁。造成5180人死亡,伤亡合计7万余人,受灾人口达150万,直接经济损失852亿日元(1959年价)。

美国也是一个频繁遭受风暴潮袭击的国家,并且和我国一样,既有飓(台)风风暴潮又有温带大风风暴潮。1969年登陆美国墨西哥湾沿岸“卡米尔(Camille)”飓风风暴潮潮位曾达7.5米,这是迄今为止世界第一位的风暴潮纪录。历史上,荷兰曾不止一次被海水淹没,又不止一次地从海洋里夺回被淹没的土地。这些被防潮大堤保护的土地约占荷兰全部国土的3/4。荷兰、英国、前苏联的波罗的海沿岸、美国东北部海岸和中国的渤海,都是温带风暴潮的易发区域。

中国历史上,由于风暴潮灾造成的生命财产损失触目惊心。1782年清代的一次强温带风暴潮,曾使山东无棣至潍县等7个县受害。1895年4月28日、29日,渤海湾发生风暴潮,几乎毁掉了大沽口全部建筑物,整个地区变成一片“泽国”,“海防各营死者2000余人”。1922年8月2日一次强台风风暴潮袭击了汕头地区,造成特大风暴潮灾。

据史料记载和我国着名气象学家竺可桢先生考证,有7万余人丧生,更多的人无家可归流离失所。这是本世纪以来我国死亡人数最多的一次风暴潮灾害。

据《潮州志》载,台风“震山撼岳,拔木发屋,加以海汐骤至,暴雨倾盆,平地水深丈余,沿海低下者且数丈,乡村多被卷入海涛中”“受灾尤烈者,如澄海之外沙,竟有全村人命财产化为乌有”。该县有一个1万多人的村庄,死于这次风暴潮灾的竟达7000多人。当地政府对此不闻不问,结果疫病横行,又死了2000多人。记录到的这次风暴潮值为3.65米,台风风力超过了12级。

上海地区在历史上也曾发生多起非常严重的特大风暴潮灾。其中最严重的一次发生在1696年,“康熙三十五年六月初一日,大风暴雨如注,时方值亢旱,顷刻沟渠皆溢,欢呼载道。二更余,忽海啸,飓风复大作,潮挟风威,声势汹涌,冲入沿海一带地方几数百里。宝山纵亘六里,横亘十八里,水面高于城丈许;嘉定、崇明及吴淞、川沙、柘林八、九团等处,漂没千丈,灶户一万八千户,淹死者共十万余人。黑夜惊涛猝至,居人不复相顾,奔窜无路,至天明水退,而积尸如山,惨不忍言。”这是我国风暴潮灾害历史的文字记载中,死亡人数最多的一次。

据统计,汉代至1946年的两千年间,我国沿海共发生特大潮灾576次,一次潮灾的死亡人数少则成百上千,多则上万及至十万之多。

从分析来看,风暴潮的危害主要体现在两个方面,一是剧烈的海风风暴,二是由海风引发的灾难性海浪(包括海浪潮水涌入内陆后形成的洪水)。因此,要了解风暴潮,也必须从这两个方面着手。

风暴潮引起的海风

蒲福风力等级

1805年,英国海军上将法兰西·蒲福根据我国唐代天文学家李淳风撰写的《乙巳占》,依靠观察海面现象的分级法把风力定为13个等级,最小为0级,最大为12级,称为“蒲福风力等级”。最初各级数根据海情或海浪的状况来划分,并没有明确相关联的风速。19世纪50年代起,一般航海使用蒲福风级之后开始改以风杯式风速计测量风速。1923年风速计实现了标准化,对蒲福风级进行了略微修改,以方便气象学使用。到20世纪50年代,随着大气科学的发展,观测到自然界的风实际上大大地超过12级,于是把风级扩展到了18个等级。

根据蒲氏风级将6级风(10.8~13.8米/秒)定义为强风,将8级风(17.2~20.7米/秒)定义为大风。在气象预报业务中一般将平均风速达到6级以上的风,称为大风。

全球主要的海洋大风发生区域

概述

全球主要海洋大风区域有北太平洋、北大西洋中高纬海域(冬季)、北印度洋海域(夏季)和南半球的咆哮西风带(全年),其中包括处于重要航道上的比斯开湾和好望角等处。

北太平洋和北大西洋中高纬海域冬季出现大风的原因主要有三个:淤中高纬海域处于西风带内,又与极锋的平均位置重合,极锋上多锋面气旋生成和活动。于中高纬海域西部是世界上强大的冷、暖海流交汇的地区,北大西洋湾流与拉布拉多寒流交汇,从寒流上流过的冷空气和从暖流上流过的暖空气温度对比更加强烈,加剧了锋面和气旋的形成,并促使其强烈发展。盂冬季位于两大洋中高纬地区的永久性大气活动中心(阿留申低压和冰岛低压)十分强盛,低压中心和周围海域风力强劲,大风范围可伸展到中纬度地区。

北大西洋东部的比斯开湾,地处盛行西风带,且湾口朝西,面对北大西洋,北大西洋上锋面气旋东移时,产生的大风浪长驱直入湾内,使湾内风浪增大。

南半球中高纬海域,陆地少,地形简单,尤其是南纬50°~60°附近,海洋环绕陆地,海面摩擦力小,又位于盛行西风带中,风向终年稳定,西风强劲。

其中位于非洲南端的好望角形成岬角地形,西风受岬角地形影响在角端附近得到加速。

南半球中高纬海洋大风分布和发生频率南太平洋南纬30°以南和南大西洋南纬35°以南的中高纬洋面上,常年吹偏西风,风向变化不显着,平均风力随纬度的升高而增大,除阿根廷近海平均风力为4~6级外,其余洋面7级以上的大风很常见,南非好望角附近由于地形作用,风力常可达11级左右。在南纬40°以南的南太平洋,7级以上的大风频率冬季高达20%~30%,合恩角附近甚至高达40%,夏季亦达10%。

南纬35°以南的南大西洋,冬季7级以上的大风频率为10%~30%,夏季为5%~20%,其中在南纬60°以南的西经40°至东经30°地区高达30%。

在南印度洋上,南纬35°以南终年盛行强劲的西风,冬季7级以上的频率达20%~30%,夏季达5%~10%。

北印度洋大风分布及发生频率

在北印度洋,5月下旬前后,西南季风首先在孟加拉湾盛行,稍后阿拉伯海也为西南季风控制,夏季西南季风发展最盛,风力较强,孟加拉湾为4~5级,阿拉伯海6~7级,有时可达10级以上。全年7级大风频率超过20%,尤其在索科特拉岛东南部海域,大风频率高达40%。

北太平洋大风分布及发生频率北太平洋冬季大风分布范围比夏季广,大风出现的频率也比夏季高,大风主要出现在大洋中高纬度海域。

冬季,在北纬30°以北,北太平洋西部风速大于东部,除鄂霍次克海、旧金山以西附近洋面外,其他区域6级以上大风出现的频率均高于30%,其中7级以上的大风频率达10%~20%,千岛群岛至阿留申群岛之间高达40%。北纬30°以南,北纬11°~15°、东经132°~137°区域以及台湾海峡和南海地区,6级以上大风的出现频率大于30%。

夏季,除热带气旋活动外,北太平洋整个洋面风力都较小,一般为2~4级。

春、秋两季风的分布状况介于冬、夏两季风之间。4月,除局部海域6级以上大风发生频率还高于10%外,其余海区风力都减至6级以下。10月,在北纬30°以北的北太平洋,洋面东部平均风力大于西部,6级以上的风力大值区位于西经178°以东、北纬40°以北的洋面上,6级以上大风的频率在40%以上。

北大西洋大风分布及发生频率北大西洋的风的分布特征和北太平洋很相似,冬季大风分布范围比夏季广,大风出现的频率也比夏季高,大风主要出现在大洋中高纬度海域。

冬季,7级以上的大风频率达10%~30%,北纬55°、西经20°附近海域高于40%,并且在北纬58°、西经30°海域以及格陵兰岛南端至北纬38°、西经52°之间的狭长海域,8级风频率在30%以上。

夏季,除热带气旋活动外,北大西洋部分洋面(格陵兰和冰岛南部海域除外)风力都较小,一般为2~4级。

春、秋两季风的分布状况介于冬、夏两季风之间。4月,除局部海域6级以上频率还高于10%外,其余海区风力都减至6级以下。10月,北纬40°以北的格陵兰南部和挪威海北部,8级以上大风频率可达5%~20%。

我国近海强风分布和发生频率

概述

我国(包括近海)地处东亚季风气候区,冬、夏季风差异显着。冬季,因受到来自西伯利亚的寒潮冷空气的频繁侵袭,常常造成大面积的大风降温天气,盛行偏北大风。夏季,受副热带高压和西南暖湿气流的控制,除西北太平洋热带气旋给东南沿海带来短暂的狂风暴雨外,天气晴热、风速一般不大。春、秋季节为冬、夏季风的转换期,气候宜人、少有大风天气发生。

受季节、海岸带地形、海表温度等的影响,我国近海冬季的风力较强,11~12月份的大风最多,平均风速也最大,夏季次之,春、秋季最弱。而且,不同海域的主导风向不尽相同。冬季,主导风向较为稳定,过程性风的持续时间较长,而且主导风向自北向南呈现顺时针变化的特征,即渤海、黄海主导风向为西北风或北风,东海南部转为东北风,南海北部和中部为东北风,南海南部转为偏北风。夏季,主导风的稳定性不如冬季强,过程性风的持续时间也不如冬季长。

我国近海不同海域的大风天数也不尽相同,其中8级以上大风年平均天数,以东海近海最多,黄海和渤海次之,南海最少。

渤海、黄海北部

渤海和黄海北部地区,冬季的大风天数最多,且平均风速最大,春、秋季次之。因纬度较高,该海域受热带气旋的影响较小,夏季的大风天数和平均风速均不及春、秋两季。

该海域冬季的平均风速为6~7米/秒,并有11%~19%的时间处于6级以上的大风天气之中。春季和秋季平均风速均为4~5米/秒,6级以上的大风天气约占5%,夏季的平均风速为4米/秒左右,发生6级以上的大风天气只有2%~4%。

对于黄海北部海域,全年有半年以上的时间处于大风多发阶段,且以4月份的大风天数最多。就风向而言,9月至翌年5月以西北大风为主,夏季则以东南大风为主。

黄海中南部

黄海中南部海域,盛行北风或西北风,冬季的平均风速和大风天数均较大,夏秋季次之,春季最小。该海域冬季的平均风速为6~8米/秒,有10%~24%的时间发生6级以上大风天气,夏秋季的平均风速为5~6米/秒,6级以上的大风天气占5%~10%,春季的平均风速为4~6米/秒。

东海

东海海域盛行东北风,虽然夏秋季受西北太平洋热带气旋的影响较大,但仍以冬季的平均风速为大(大风天数为多),夏季次之,春秋季最小。冬季,该海域的平均风速为8~9米/秒,6级以上的大风天数占20%~25%。

夏季,平均风速为6~7米/秒,6级以上的大风天数占7%~9%。春秋季,平均风速为5~7米/秒,6级以上的大风天数占6%~9%。

由于地形的影响,台湾海峡的平均风速及大风天数的季节变化更为明显,冬季的平均风速可达10~11米/秒,6级以上的大风天数占20%~25%,夏季的平均风速只有5米/秒,而春秋季的平均风速则可达7米/秒左右,6级以上的大风天数约占20%。

南海

南海海域盛行偏东风,虽然夏秋季节易受西北太平洋热带气旋的影响,但仍以冬季的平均风速为大(大风天数为多),夏秋季次之,春季最小。冬季,大风区主要位于吕宋岛以北、巴士海峡和南沙群岛以西的海域,平均风速可达11~12米/秒,6级以上的大风天数占40%~55%。夏秋季的平均风速为7~8米/秒,6级以上的大风天数占15%~20%。春季的平均风速最小,仅为4~5米/秒,6级以上的大风天数2%~4%(北部湾稍大些)。

引发我国近海大风的因素

冷空气

冷空气活动在地面气压系统上表现为北方冷性高压(反气旋)的积聚生成,向南侵袭,最后入海变性的过程。冷空气(冷高压)活动是引起我国沿海和海区大风的主要天气系统之一,特别是一次强大冷空气活动,往往反映了大气环流的巨大变化。当欧亚大陆环流比较平直、锋区偏北时,经常从斯堪的纳维亚半岛到新地岛之间,由极地向南伸出一个小槽,然而,往往就是从这一小股冷空气活动开始,欧亚大陆的环流调整为经向环流,使锋区压到很南的位置。

又当欧亚大陆环流经向度很大时,乌拉尔山附近有强大的阻塞高压,但遇北欧来的冷空气能使阻塞高压崩溃,导致一次强大冷空气活动。冷空气活动在天气变化中的作用十分重要,对我国沿海及海区影响较为频繁,特别是对中高纬度沿海及海区,在冬半年作用更为显着。

首先我们了解一下冷空气活动的气候概念,中央气象台规定:长江中下游及其以北地区48小时内气温下降10益以上,长江中下游最低气温达4益以下,陆上伴有5~7级风,海上伴有6~8级风,称为寒潮。如果48小时内,降温达14益以上,则为强寒潮。24小时内气温下降8~10益,最低气温在5益以下时,称为强冷空气;24小时内气温下降5~7益,最低气温5益以下时,称为中等冷空气。

据统计,影响我国的冷高压平均每年有91次,平均约4天就有一个冷高压进入我国。冷空气的活动,在春季(3~5月)最频繁,平均26次。秋季(9~11月)次之,平均24次。夏季(6~8月)平均21次。冬季(12月至翌年2月)最少,平均20次。

影响我国冷空气的源地主要分为三类:第一类是在新地岛以西的洋面上,冷空气经巴伦支海、俄罗斯进入我国。它出现的次数最多,达到寒潮强度的也最多。第二类是在新地岛以东的洋面上,冷空气大多经喀拉海、太梅尔半岛、俄罗斯进入我国。它出现的次数虽少,但是气温低,可达到寒潮强度。

第三类是在冰岛以南的洋面上,冷空气经俄罗斯、欧洲南部或地中海、黑海、里海进入我国。它出现的次数较多,但是温度不很低,一般达不到寒潮强度,但如果与其他源地的冷空气汇合后也可达到寒潮强度。

侵入我国的冷空气95%都要经过西伯利亚中部(东经70°~90°,北纬43°~65°)的关键区,并在那里堆积加强。从关键区入侵我国的冷空气的路径有四条。

1.中路(西北路径)

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