[科普中國]-風(fēng)暴潮災(zāi)害

風(fēng)暴潮災(zāi)害是指由臺(tái)風(fēng)、溫帶氣旋、冷鋒的強(qiáng)風(fēng)作用和氣壓驟變等強(qiáng)烈的天氣系統(tǒng)引起的海面異常升降造成生命財(cái)產(chǎn)損失的災(zāi)害，又稱“風(fēng)暴增水”、“風(fēng)暴海嘯”、“氣象海嘯”或“風(fēng)潮”。風(fēng)暴潮會(huì)使受到影響的海區(qū)的潮位大大地超過正常潮位，造成巨大破壞。1

簡介因風(fēng)暴潮造成的災(zāi)害。風(fēng)暴潮又稱風(fēng)暴增水、氣象海嘯、風(fēng)暴海嘯。中國歷史文獻(xiàn)中稱為海溢、海嘯、海侵、大海潮等。風(fēng)暴潮由強(qiáng)烈大氣擾動(dòng)，如熱帶氣旋（臺(tái)風(fēng)、颶風(fēng)）、溫帶氣旋等引起的海面異常升高現(xiàn)象。國內(nèi)外學(xué)者按照誘發(fā)風(fēng)暴潮的大氣擾動(dòng)特性，把風(fēng)暴潮分為由熱帶氣旋引起的臺(tái)風(fēng)（在北美和印度洋稱為颶風(fēng)）風(fēng)暴潮和由溫帶氣旋引起的溫帶風(fēng)暴潮兩大類。風(fēng)暴潮的空間范圍一般為幾十千米到上千千米，時(shí)間尺度或周期約1～100小時(shí)。但有時(shí)風(fēng)暴潮影響區(qū)域隨大氣擾動(dòng)因素的移動(dòng)而移動(dòng)，因此有時(shí)一次風(fēng)暴潮過程可影響幾千千米的海岸區(qū)域，影響時(shí)間長達(dá)數(shù)天之久。風(fēng)暴潮引起的海水水位升高一般為1～3米，最大達(dá)7米左右。2

主要特點(diǎn)風(fēng)暴潮所形成的災(zāi)害, 有著下列幾個(gè)特點(diǎn)：

( 1 ) 共生性。海洋風(fēng)暴潮的產(chǎn)生是與臺(tái)風(fēng)或熱帶氣旋的形成, 移動(dòng),中心氣壓值的大小,大風(fēng)半徑的尺度等密切相關(guān)。因此, 臺(tái)風(fēng)災(zāi)害中的所有特點(diǎn)都應(yīng)在風(fēng)暴潮災(zāi)中反映出來, 包括它們所產(chǎn)生的季節(jié)性與區(qū)域性。

( 2 ) 依賴性。由于具有共生性的特點(diǎn),因此在進(jìn)行風(fēng)暴潮災(zāi)害的預(yù)防過程中，臺(tái)風(fēng)中的任何變化都將極大地限制風(fēng)暴潮的發(fā)生發(fā)展。由于臺(tái)風(fēng)環(huán)境場或臺(tái)風(fēng)木身?xiàng)l件的突變,臺(tái)風(fēng)風(fēng)場大小、路徑都會(huì)發(fā)生急劇的變化，尤其南海臺(tái)風(fēng)更是如此,從而造成受擾地區(qū)、時(shí)間及程度上的復(fù)雜變化。

( 3 ) 復(fù)雜性。風(fēng)暴潮災(zāi)害的真正效應(yīng)不僅在于反映了氣象的擾動(dòng)，還反映了近岸地形的變化, 狹灣處，由于地形的收縮作用,風(fēng)暴潮孤立波將在這里產(chǎn)生增幅效應(yīng)，孤立波在河道上的傳播也會(huì)引起波型的改變; 風(fēng)暴潮波與天文潮水位之間, 更有非線性的禍合作用而顯示出多種的風(fēng)暴潮增水形式。往在產(chǎn)生這樣的問題，對(duì)臺(tái)風(fēng)的數(shù)值預(yù)報(bào)來說, 也許在某種空間尺度上其精度巳是足夠的，但對(duì)風(fēng)暴潮的預(yù)報(bào)來說，這種尺度所顯示出來的結(jié)果卻可能是千差萬別的。因此，不同的臺(tái)風(fēng)會(huì)有不同的暴潮增水，不同的地方也有不同的增水規(guī)律，可能的影響因子有上十種的組合，從而構(gòu)成了風(fēng)潮災(zāi)害預(yù)測(cè)的復(fù)雜性。

( 4 ) 綜合性。風(fēng)暴潮災(zāi)害的形成，有著與其他災(zāi)害形成的共性。隨著社會(huì)環(huán)境的復(fù)雜化，經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，一方面災(zāi)害激烈化，擴(kuò)大化，同時(shí)也有可能發(fā)生新的災(zāi)害現(xiàn)象。要研究風(fēng)潮災(zāi)害的形成及發(fā)展，不僅要異常重視自然現(xiàn)象和由此造成的直接災(zāi)害問題，而且還應(yīng)該重視次生性的社會(huì)影響問題，即人的行為所引起的災(zāi)害。比如，風(fēng)潮災(zāi)害的情報(bào)通訊與傳遞問題，風(fēng)潮災(zāi)害發(fā)生時(shí)人們應(yīng)采取的行動(dòng)及其控制等。因此，防災(zāi)研究應(yīng)是自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)的結(jié)合,，是一種綜合性的問題。1

中國風(fēng)暴潮災(zāi)害情況據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅公元前48 年至公元1949 年的近2 000 年間，有較詳細(xì)記載的特大風(fēng)暴潮災(zāi)害就有576 次，平均不到4 年就有一次，每次造成的死亡人數(shù)少則過千，多則數(shù)萬至10 多萬。40 年來，我國沿岸風(fēng)暴潮災(zāi)害每年造成的直接經(jīng)濟(jì)損失已由1950 年代的平均1 億元左右，增加到1980 年代后期的20 億元左右。2008 年，我國共發(fā)生風(fēng)暴潮過程25 次，死亡人數(shù)56 人，直接經(jīng)濟(jì)損失192. 24 億元。隨著我國沿海地區(qū)人口密度的增加和經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，風(fēng)暴潮災(zāi)害造成的損失呈上升趨勢(shì)，已位居我國各種海洋災(zāi)害之首。1

形成機(jī)制風(fēng)暴潮災(zāi)害的形成與承載體的脆弱性及孕災(zāi)環(huán)境息息相關(guān)，從觀測(cè)統(tǒng)計(jì)學(xué)、瞬變渦動(dòng)能量學(xué)和中尺度數(shù)值模擬角度，可深入研究海洋風(fēng)暴形成的氣候特征及可能的動(dòng)力學(xué)機(jī)制； 要在分析風(fēng)暴潮自身特征的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)影響風(fēng)暴潮產(chǎn)生因素的研究，如海洋在自身不同熱力結(jié)構(gòu)下對(duì)熱帶氣旋的響應(yīng)研究，熱帶氣旋與風(fēng)暴潮發(fā)生頻次的關(guān)系研究，沿岸地形和海底的深度和形狀對(duì)風(fēng)暴潮的高度影響研究，或針對(duì)某次風(fēng)暴潮災(zāi)害進(jìn)行分析研究等，可全面了解風(fēng)暴潮的形成機(jī)理。

風(fēng)暴潮災(zāi)害是天文潮、臺(tái)風(fēng)、氣象因素、寒潮大風(fēng)等因素交叉作用的結(jié)果 。臺(tái)風(fēng)是誘發(fā)水位異常變化的強(qiáng)迫力，是臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮形成的主要因素，寒潮大風(fēng)也是誘因之一。持續(xù)的向岸大風(fēng)是誘發(fā)風(fēng)暴潮的主要?dú)庀笠蛩?。?qiáng)臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮可以使海平面上升5 ～ 6 m，使影響海區(qū)的潮位大大超過正常潮位，當(dāng)風(fēng)暴潮和天文大潮高潮位相遇時(shí)，會(huì)使水位暴漲、導(dǎo)致潮水漫溢、海堤潰決、沖毀房屋，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。1

強(qiáng)弱等級(jí)根據(jù)增水高度強(qiáng)弱不同分為四個(gè)等級(jí)：①風(fēng)暴增水，增水值小于1米；②弱風(fēng)暴潮，增水值1～2米；③強(qiáng)風(fēng)暴潮，增水值2～3米；④特強(qiáng)風(fēng)暴潮，增水值3米以上。風(fēng)暴潮是破壞作用特別強(qiáng)烈的海洋災(zāi)害，若與天文大潮同時(shí)發(fā)生，二者疊加，往往挾狂風(fēng)惡浪，以排山倒海之勢(shì)猛撲海岸或溯江河而上，使濱海地區(qū)潮水暴漲，甚至沖毀或漫過海堤、江堤，吞噬城鎮(zhèn)、村莊、碼頭、工廠，淹沒耕地，造成特別嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失；有時(shí)風(fēng)暴潮還引起崩塌、滑坡，進(jìn)一步加劇災(zāi)害的破壞損失程度。中國風(fēng)暴潮災(zāi)害分布廣泛，幾乎遍及整個(gè)沿海地區(qū)；但災(zāi)害較嚴(yán)重的地區(qū)主要包括：渤海灣至萊州灣沿海、長江口和杭州灣、浙江中部沿海、福建北部沿海、廣西沿海地區(qū)。2

風(fēng)暴潮災(zāi)害預(yù)報(bào)研究風(fēng)暴潮的預(yù)報(bào)數(shù)值模擬技術(shù)包括三個(gè)方面的內(nèi)容：一是臺(tái)風(fēng)氣壓場、風(fēng)場的模擬，二是臺(tái)風(fēng)增水的模擬，三是天文潮與增水的耦合模型! 顯然，三者有著緊密聯(lián)系，其預(yù)報(bào)精度取決于各自的模擬精度。 同時(shí)從減災(zāi)備災(zāi)的角度看，風(fēng)暴潮災(zāi)害預(yù)報(bào)除了對(duì)預(yù)報(bào)精度的要求外，另一個(gè)重要指標(biāo)就是時(shí)效性[11] 。臺(tái)風(fēng)運(yùn)動(dòng)具有多變性，因此對(duì)臺(tái)風(fēng)增水預(yù)報(bào)的預(yù)見期不能很長。從提高精度、增加時(shí)效等幾個(gè)方面考慮，目前大多數(shù)較為先進(jìn)的模型都在朝著臺(tái)風(fēng)云圖—風(fēng)暴增水一體化數(shù)值預(yù)報(bào)模式發(fā)展，模型通過衛(wèi)星云圖接受系統(tǒng)獲得臺(tái)風(fēng)信息，實(shí)時(shí)計(jì)算臺(tái)風(fēng)可能路徑和臺(tái)風(fēng)增水，結(jié)合決策支持系統(tǒng)，形成防治風(fēng)暴潮災(zāi)害的預(yù)警系統(tǒng)。

要進(jìn)行風(fēng)暴潮的數(shù)值預(yù)報(bào)，高性能的數(shù)值模型是關(guān)鍵。目前，國內(nèi)外的有關(guān)研究已取得大量的相關(guān)成果，其主要進(jìn)展表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

第一，采用天文潮和風(fēng)暴潮耦合技術(shù)，考慮二者間的非線性效應(yīng)，提高增水預(yù)報(bào)的精度。

第二，采用描述在氣壓場、風(fēng)場作用下的風(fēng)暴潮基本方程，進(jìn)行數(shù)值求解! 與傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方法比較，綜合利用數(shù)值模型與統(tǒng)計(jì)模型的各自優(yōu)勢(shì)，客觀地反映臺(tái)風(fēng)增水的空間分布和時(shí)變過程。

第三，對(duì)于我國具體海岸風(fēng)暴潮的發(fā)生發(fā)展特定規(guī)律進(jìn)行分析，根據(jù)中國海域的地理特征，對(duì)東中國海和南中國海分別建立模型。采用二級(jí)嵌套網(wǎng)格，保證對(duì)岸邊淺水區(qū)地形有較高的分辨率。結(jié)合我國一些沿海地區(qū)泥沙輸移強(qiáng)度大、地形變化劇烈的特點(diǎn)，

許多模型采用動(dòng)邊界技術(shù)，對(duì)臺(tái)風(fēng)增水引起的灘涂淹沒進(jìn)行較準(zhǔn)確地反映。

第四，隨著國家實(shí)力的增強(qiáng)和科技水平的提高，風(fēng)暴潮的實(shí)際觀測(cè)資料收集漸趨豐富，通過盡量取得可靠實(shí)測(cè)資料對(duì)數(shù)值模型進(jìn)行驗(yàn)證，包括模型在模擬臺(tái)風(fēng)氣壓分布、臺(tái)風(fēng)風(fēng)速、沿岸臺(tái)風(fēng)增水等的多重驗(yàn)證，達(dá)到與實(shí)測(cè)值吻合良好、數(shù)值模型精度大幅度提高。

第五，充分利用數(shù)值模型在操作上和條件變化上的靈活性，增加模型的動(dòng)態(tài)特征，一些模型可動(dòng)態(tài)跟蹤臺(tái)風(fēng)中心的移動(dòng)，隨時(shí)調(diào)整臺(tái)風(fēng)參數(shù)，減少因臺(tái)風(fēng)移動(dòng)不確定性所引起的預(yù)報(bào)誤差。

第六，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，數(shù)值模擬技術(shù)已逐步進(jìn)入一些風(fēng)暴潮防災(zāi)減災(zāi)的實(shí)際決策過程，大多數(shù)模型都在朝著系統(tǒng)化、集成化、通用化的方向發(fā)展，模型的研究開發(fā)大多都在考慮基層工程師的普遍應(yīng)用。典型的風(fēng)暴潮災(zāi)害都是天文大潮遭遇強(qiáng)臺(tái)風(fēng)引起的。 因此，天文潮的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)是風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)預(yù)警的關(guān)鍵技術(shù)。 針對(duì)天文潮預(yù)報(bào)的重要性及沿海、河口水利部門對(duì)天文潮準(zhǔn)確預(yù)報(bào)的迫切性，河海大學(xué)開發(fā)了天文潮高精度預(yù)報(bào)技術(shù)。該預(yù)報(bào)模型采用自動(dòng)分潮優(yōu)化技術(shù)，從306個(gè)分潮中選擇對(duì)預(yù)報(bào)站有效的分潮組成分潮系列，求其調(diào)和常數(shù)。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

屈明 - 副研究員 - 西南大學(xué)