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第2章 了解风暴潮(1)

风暴潮的定义

风暴潮是指在强烈天气系统(热带气旋、温带气旋、强冷空气等)作用下所引起的海面异常升高现象。当正好遇上天文潮的高潮阶段时,可导致潮位暴涨,严重危及沿海地区居民的生命和财产安全。风暴潮有时也被称为“风暴增水”或“气象海啸”等。国内外常采用实测潮位与正常潮位预报值的代数差来计算风暴潮的增水值。但也有时由于离岸大风长时间吹刮,致使岸边水位剧降,有人称这种海面异常下降现象为“负风暴潮”或“风暴减水”。

形成严重风暴潮的条件有三个:

(1)强烈而持久的向岸大风。

(2)有利的岸带地形,如喇叭口状港湾和平缓的海滩。

(3)天文大潮配合。根据不同的条件,风暴潮的空间范围一般从几十千米至上千千米不等。

风暴潮的分类

按照诱发风暴潮的大气扰动特征来给风暴潮分类,可分为两大类:由热带风(如台风、飓风等)所引起的风暴潮和由温带气旋所引起的风暴潮。除此之外,还有另外一种风暴潮,只在我国北方的渤海和黄海活动,所以并未引起普遍的关注。

不同类型的大气扰动所引起的风暴潮特点不一样。由于热带气旋(习惯称台风)强度强,移动迅速,所产生的风暴潮增水大,其危害也大。相对而言,温带气旋、强冷空气等天气系统大气扰动强度较弱、影响时间较长,所引起的风暴潮的增水相对不急剧,但持续时间比较长。

热带风暴潮

热带风暴潮也被称为台风风暴潮,夏秋季最为常见的是由热带风暴引起的风暴潮。台风和飓风路经的沿岸,都是风暴潮的多发地带。这不仅是我国特有的现象,而是有台风的地方就有风暴潮。许多国家都会出现这种台风风暴潮,包括北太平洋西部、南海、东海、北大西洋西部、墨西哥湾、孟加拉湾、阿拉伯海、南印度洋西部、南太平洋西部诸沿岸和岛屿等处,涉及地域范围非常广。

例如,日本受风暴潮的影响比较严重,主要是太平洋西部台风所引起的。

还有我国东南沿海地区也是风暴潮的多发地区。美国和墨西哥受来自加勒比海附近发生的飓风的侵袭,而引发飓风潮。

旋风是发生在印度洋的热带风暴,旋风也是诱发风暴潮的重要因素。

例如,1970年11月13日在孟加拉湾沿岸发生了一次热带气旋风暴潮,此次灾害程度可谓是震惊世界,增水6米高的风暴潮在恒河三角洲一带,夺去了约30万条生命,使100万人无家可归。

热带风暴潮引发的风暴潮临近时,尤其是到达大陆架时,会呈现一些特有的现象,大致可分为三个阶段。

第一阶段:先兆波

当台风或飓风风暴还驰骋在外海或者大洋中的时候,便会传来潮位变化的信号,波幅呈现出20厘米或30厘米的缓慢波动。这种在风暴潮来临前趋岸的波,称为“先兆波”,但并不是每次风暴潮来临时都会有先兆波。而且先兆波不一定都是以海面上升的形式出现,有时候会以退潮、海面缓缓下降的形式出现。

第二阶段:主振阶段

主振阶段是指风暴已逼近或过境(该地区)时,出现的水位急剧升高的现象。有时候潮高能达到数米,这是风暴潮产生的主要阶段,持续时间一般为数小时或者一天,时间并不很长。

第三阶段:假潮或(和)自由波

这个阶段一般是存在于风暴过境以后,即在主振阶段过去之后的阶段。主振之后会发生一系列的振动——假潮或(和)自由波。其中假潮一般会出现在港湾和大陆架上;还有一种边缘波,往往出现在风暴平行于海岸移行的时候。

这一系列事后的振动,称为“余振”。余振时间可长达2~3天。在此期间是最危险的,若是与天文潮相遇并形成叠加,会让水位迅速超出该地的“警戒水位”,造成严重的洪涝灾害。

温带风暴潮

温带风暴潮是指由温带气旋引发风暴潮,由西风带天气系统引起,这类天气系统包括温带气旋和冷锋等,我国长江口以北的黄海、渤海沿岸是温带风暴潮的多发区,其中莱州湾和渤海湾沿岸是重灾区。

1.冷锋配合温带气旋类此类气旋多发生于春秋季节,渤海湾和莱州湾的风暴潮主要属于此种类型。

温带气旋主要是黄海气旋和渤海气旋。地面气压场的特点是,渤海中南部和黄海北部处于北方冷高压的南缘,南方气旋的北缘,构成“北高南低”的天气形势,在东-东北风的作用下,大量海水涌向渤海湾和莱州湾,导致强烈的风暴潮。

2.冷锋类

西伯利亚-蒙古冷高压东移南下,但无南方低压配合,冷锋掠过渤海和黄海造成东北大风,致使渤海湾、莱州湾和江苏省北部沿岸易发生风暴潮。此类的风暴潮增水幅度一般在1~2米,比前一类低,加之多发生在冬季、初春和深秋的枯水季节,成灾机会少。

3.强孤立温带气旋类指无明显冷高压与之配合的、暖湿气流活跃的气旋。这类风暴潮往往在春秋季和初夏期间发生。渤海有验潮记录以来的这类风暴潮的最大值是2.19米。

我国春冬季节的风暴潮一般是由温带气旋引起的。这种温带气旋引起的风暴潮水位呈缓慢变化,而不是急剧变化,这点与热带气旋引起的风暴潮有明显的区别,造成这种情况的原因是热带气旋移动速度要比温带气旋快。

前面我们提到,还有一种渤海和黄海特有的风暴潮。一般发生在春、秋过渡季节,这是因为这个时候,渤海和黄海是冷、暖气团角逐较激烈的地域,引发由寒潮或冷空气激发产生的风暴潮。因为寒潮或冷空气具有低压中心,所以又称这类风暴潮为风潮。这种风暴潮的特点和温带气旋引起的风暴潮特点差不多,水位变化持续但不急剧。

风暴潮发生区域与时间

主要发生区域

根据气象学,全球可以划分出8个热带气旋多发区:东北太平洋、西北太平洋、西北大西洋、南太平洋、孟加拉湾、阿拉伯海、西南印度洋和东南印度洋。太平洋是世界上台风发生最多的地区,全球一多半的台风都发生在这里,其次是印度洋占26%,西北大西洋占11%。

遭受台风风暴潮侵袭最为频繁的国家都分布在上述的三大洋沿岸,主要包括中国、日本、朝鲜、印度、越南、孟加拉、菲律宾、美国、澳大利亚等国。由于地理位置、海底地势等因素的不同,台风登陆造成的风暴潮灾害也不同,但是风暴潮发生的频率与台风出现的频率基本是一致的。北纬20°以北的海域是受温带风暴潮影响严重的地区,而在北纬20°以南一般较少出现,即使出现,影响也很小。

我国是世界上遭受风暴潮灾害最严重的国家之一,经常遭遇到风暴潮的正面猛烈袭击。除新疆、西藏、青海、甘肃、宁夏、四川以外,其余各省、自治区都有遭受热带风暴袭击的可能。南起北部湾,北到渤海辽东湾,这一区域内的沿海是台风特大暴雨带,强度从沿海向内陆呈迅速递减趋势。福建、浙江、广东、广西、海南、台湾是台风登陆最多的省和自治区,也是台风风暴潮规模最大和发生次数最多的地区。

除我国外,世界上还有两个风暴潮灾害严重的国家,它们是美国和孟加拉国。美国地处中纬,其东海岸以及墨西哥湾沿岸,濒临大西洋,多在夏秋季节发生飓风风暴潮,每隔四五年发生一次,每次损失均高达数亿美元。孟加拉国邻近印度洋,位于孟加拉湾的海岸呈喇叭口状,面向印度洋,极易受风暴潮的侵袭。

温带风暴潮大多发生在中高纬度地带的沿海国家。我国是亚洲最易遭受温带风暴潮灾害的国家之一。在渤海、黄海北部沿海地区的渤海湾、莱州湾周围地区,经常遭受东北大风袭击,产生的温带风暴潮,淹没大片土地,居民生命及财产都受到严重损失。新中国成立后全国较为严重的温带风暴潮灾害多发生在渤海沿岸。朝鲜、日本也经常遭受温带风暴潮灾害。

欧洲最易遭受温带风暴潮灾害的是地处北海和波罗的海沿岸的一些国家,如荷兰、英国、德国、比利时、挪威、波兰、丹麦、俄罗斯等。特别是荷兰,温带风暴潮引起的灾害极其惨重,1953年2月的温带风暴潮,水面高出平均水位3米多,淹没了荷兰30万公顷的土地,洪水冲毁了防护堤坝,造成800多人死亡。这次温带风暴潮同时波及英国,导致英国300多人死亡。美国和加拿大是美洲最易遭受温带风暴潮灾害的国家。

主要发生时间

一般每年5~11月都有可能发生台风引起的风暴潮,发生最多的是夏秋季节,即7月、8月、9月三个月。台风风暴潮来势迅猛、速度极快、强度很大、破坏力超强。

有关资料显示,影响我国近海的温带气旋平均每年约有50个,最多的年份还会超过100个。比如,1989年就有115个。温带气旋全年都有可能发生,但它造成的风暴潮则比较集中,多发生在春秋季节,夏季也时有发生。

风暴潮的成灾因素

当暴风从大洋刮向海岸时,就会导致海水不断以风浪的形式推向海岸。而海岸对于这些海浪必然会起到一定的阻挡作用,正是这样的阻挡促使沿岸海平面增高数米,尤其是浅水域水位增高更为明显。除了潮位非常高造成的潮灾外,风暴潮能否造成灾害还有一个重要因素,就是风暴潮与天文潮的相遇。

其次是当地环境,例如,地理位置、海岸及沿岸地形等。再者就是当地防御措施的兴建程度。

当风暴潮与天文潮相遇时,会导致特大潮灾发生。如1992年的8923号和9216号台风风暴潮就受到了热带风暴和天文大潮的共同影响,致灾情况严重。

从1992年8月28日至9月1日,巨大的风暴潮先后波及了我国福建至辽宁省长达近万千米的海岸线。风暴潮、巨浪、大风、大雨的袭击,使受灾人口达2000多万人,194人死亡,毁坏海堤1170千米,受灾农田193.3万公顷,成灾33.3万公顷,直接经济损失90多亿元人民币。与风暴潮的区别

海啸的定义

谈自然灾害不能不提到风暴潮,风暴潮是一种严重的自然灾害。在加勒比、北美地区和东太平洋地区,人们称它为飓风。在太平洋地区被称为台风,在印度被称为旋风。

产生于赤道附近的风暴潮具有巨大的能量。风暴潮在海面上运动时,伴随着暴雨、狂风以及巨浪,冲到陆地后,仍然保持着暴雨和狂风。把海面波浪、风暴潮与海啸对比一下,才能深切体会到海啸的传播速度有多快。

海啸的传播速度非常快,每小时可达700~900千米。而水面波的速度比较慢,风暴潮比水面波快一些,但最快也只有每小时300千米左右,比起海啸要慢得多。海啸的波长极长,海啸波一旦从深海到达岸边,前进受到阻碍,全部的能量,就会转变成巨大的破坏力量,摧毁一切可以摧毁的东西,从而造成巨大的灾难。

海水波动

为了加深对海啸特点的认识,我们除了要知道什么是海啸外,还要知道什么不是海啸。

在海水中有多种波存在,流体力学中说:波动是指海水质点的振动在海水中的传播过程。质点振动要能维持,必须存在恢复力。

根据不同的恢复力,可以把海水中的波动分为以下四种。

重力波:无论质点以哪种方式离开平衡位置,重力总为恢复力。

潮汐波:由太阳、月亮的引力产生。

涟波:由流体表面张力引起的微小的波,又称毛细波。

声波:由流体本身的可压缩性引起的波。

海啸与风暴潮的区别归纳起来说,风暴潮与海啸的区别体现在以下几个方面。

1.成因不同

风暴潮是由海面大气运动引起的,主要是海水表面的运动。而海啸是由海底升降运动造成的,是海水整体的运动。

2.波长不同

海啸的波长长达几百千米,而风暴潮的波长在1000米以下。和海水的平均深度相比,海啸波长要大很多,对于波长几百千米的海啸来说,水深高达数千米的海洋犹如一池浅水,因此海啸波是一种“浅水波”。而风暴潮波长比海水的深度小很多,因此是一种“深水波”。

3.传播速度不同

海啸的传播速度每小时可达700~900千米,非常快,可以与越洋波音747飞机保持同步。而水面波传播速度比较慢,风暴潮要快一点,但是最快的台风速度也只有300千米/小时左右,比海啸要慢得多。

4.激发的难易程度不同

风暴潮或海浪很容易被风或风暴所激发,而多数海啸是由海底地震产生的。

只有在非常特殊的情况下,极少的大地震才能激发起灾害性的大海啸。如果有风和风暴,一定有风暴潮;而有大地震发生,未必一定产生海啸。10个大地震中只有1~2个会发生海啸。

风暴潮和台风、飓风的关系风暴潮指由强烈大气扰动,如热带气旋(台风、飓风)、温带气旋等引起的海面异常升高现象。沿海验潮站或河口水位站所记录的海面升降,通常为天文潮、风暴潮、(地震)海啸及其他长波振动引起海面变化的综合特征。

台风和飓风都属于北半球的热带气旋,只不过是因为它们产生在不同的海域,被不同国家的人用了不同的称谓而已。在北半球,国际日期变更线以东到格林尼治子午线的海洋洋面上生成的气旋称之为飓风,而在国际日期变更线以西的海洋上生成的热带气旋称之为台风。一般来说,在大西洋上生成的热带气旋,被称作飓风,而把在太平洋上生成的热带气旋称作台风。

风暴潮的形成因素

天气系统

台风

飓风与台风都是风力达到12级时的热带气旋,热带气旋就是发生在热带海洋上的大气涡旋。全球热带气旋主要源地分布在南、北半球5~20个纬度带内的东北太平洋、西北太平洋、西南太平洋、西北大西洋、阿拉伯海、孟加拉湾、澳大利亚西北部和南印度洋西部等8个大洋区。这8大洋区的台风,有约36%集中在西北太平洋,而我国东面正好临西北太平洋,所以受西北太平洋台风影响十分显着,其中约有35%的台风在我国登陆,从而经常造成风暴潮灾害。

温带气旋

温带气旋也叫锋面气旋,顾名思义,气旋里有锋面,锋面就是冷暖空气的交界面。也就是说,温带气旋里既有冷空气也有暖空气,两种空气同时围绕中心旋转,南半球顺时针旋转,北半球逆时针旋转。

温带气旋的影响范围一般局限于北纬20°以北的海域和陆地,对北纬20°以南的区域影响不大。我国沿海地区全年都有低压活动,并以温带气旋为主,例如,东海气旋、江淮气旋、黄河气旋、东北低压等。

(1)东海气旋。春冬季较多,生成于东海海面及西部沿岸地区,向东北方向位移、发展逐渐加强,在东海上促成6级??????????以上偏北大风。

(2)江淮气旋。春夏季较多,其中6月最为活跃。生成于长江中下游和淮河流域,是造成江淮地区暴雨天气的重要因素之一。江淮气旋分为南北两支入海,其中北支在苏北沿岸入海,南支在长江口附近入海。入海后的江淮气旋获得更大能量,不仅能形成暴雨天气,还能产生6~8级大风。在黄海中部和南部的是由北支引起的偏东大风,东海北部是南支引起的偏北或偏南大风。

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