上川岛大风气候特征及其对船舶航行的影响
时间：2021-01-17 22:04:07 来源：达达文档网 本文已影响 人 
申定雁 张志慧 黄杰雄 甘晓星
摘要：选取上川岛国家基准气候站（59673）1975—2018年逐日大风气象资料，采用气候统计方法，分析上川站大风的气候变化特征及其对船舶航行的影响。结果表明：上川站年平均大风日数为53.3d，年大风日数最多79d（1984年），最少34d（2007年），以气候倾向率-2.92d·10a-1呈显著下降趋势;1a中各月都有大风天气，1月最多，6月最少;大风日数冬季>秋季>春季>夏季，冬半年>夏半年;从年代际来看，20世纪90年代为大风多发期，21世纪20年代为低值期。海上大风天气严重影响船舶航行安全，但通過一定的防御措施可减少或避免其带来的危害。
关键词：大风;气候特征;上川站;航行安全
中图分类号：S16文献标识码：ADOI：10.19754/j.nyyjs.20200815045
收稿日期：2020-07-02
作者简介：申定雁（1989-），男，本科，助理工程师。研究方向：地面气象观测服务。
引言
大风是指瞬时风速达到或超过17.0m·s-1的风，是一种严重的灾害性天气，大风常伴随着激烈的降温、雨雪等，给航运、海上捕捞、渔船作业、海水养殖以及人们的生产生活等带来巨大的危害。长期以来，由于大风的强灾害性和频发性，使其一直成为气象研究的热点问题[1-5]。研究表明，大风日数的年际变化呈显著的下降趋势，冷锋是最主要的影响系统[6];青海省河南县和内蒙古阿拉善右旗的大风日数也呈显著性减少趋势[7，8];范兰艳等从大风的成因入手，得出辽宁省朝阳地区大风天气可分为4种类型，冷锋过境后的偏北大风、高压后部偏南大风、东北低压发展加强时的大风、飑线过境和雷暴天气出现时伴随的大风[9]。
上川岛地处广东省台山市西南部，岛屿面积为157km2，具有优越的旅游资源、丰富的渔业资源和海水养殖资源。全年出现多种灾害性天气，其中大风的出现频率最高，给当地旅游、养殖和捕捞带来重大影响的同时也威胁着川岛航线的航行安全。因此，本文利用上川岛地区1975—2018年的大风资料，对其大风气候特征进行分析，进一步了解当地大风变化规律，最大可能减少灾害损失，为防灾减灾提供决策参考，也为当地决策部门提供科学依据。
1资料与方法
选取上川岛国家基准气候站1975—2018年共44a逐日大风日数的气象资料。四季划分如下：3—5月为春季，6—8月为夏季，9—11月为秋季，12月—翌年2月为冬季;4—9月为夏半年，10月—次年3月份为冬半年。采用一元线性回归方程进行线性拟合，用Yi表示样本量为n的某一气候变化量，Xi表示Yi所对应的时间，建立Yi与Xi的一元线性回归方程：
式中，a为回归系数，b为回归常数，回归系数a的符号表示气候变量Y的趋势倾向（a×10为气候倾向率）[10]。当a>0（a<0）时，说明随时间X的增加Y呈上升（下降）趋势。a值的大小表示上升或下降的倾向程度。
a和b用最小二乘法进行估计。观测数据Yi及对应时间Xi的回归常数b和回归系数a的最小二乘法估计为：
2大风日数的变化特征
2.1年际变化特征
从1975—2018年上川站年大风日数统计得出，44a里共出现2343d大风天气，年平均日数为53.3d，年大风日数最多为79d（1981年），最少为34d（2007年）。利用最小二乘法分析44a上川站年大风日数变化特征（图1），得出上川站大风日数的一元线性回归方程为：
相关系数|r|=0.405。气候倾向率为-2.92d·10a-1，说明上川站年大风日数呈显著下降趋势（p<0.01）。1975—2002年出现的大风日数大部分都在平均线以上，大风日数超过平均值的年份达18a;2009—2015年为大风日数低值期，出现的大风日数在37～48d波动，均小于平均值。
2.2月、季变化特征
分析1975—2018上川站大风日数月变化（图2）可知，上川站的大风天气在1—12月都有发生，但各月发生的次数有明显差异。上川站1—12月的大风日数呈“V”型，6月大风日数最少（93d），占比3.97%，1月大风日数最多（315d），占比13.44%。
统计结果表明，上川站不同季节的大风发生日数也不相同（图略）。春夏秋冬四季的平均大风日数分别为10.3d、8.3d、15.0d、19.7d，其所占比例为19.3%、15.6%、28.2%、36.9%。夏半年大风平均日数为19.8d，占比35.0%，冬半年为36.8，占比65.0%。由此可见，上川站冬半年大风日数远远大于夏半年，也进一步说明冷空气南下是引起上川站大风天气的主要因素，强对流和热带气旋的影响是次要因素。
2.3年代际变化
由表1可知，上川站20世纪90年代的大风平均日数最多，21世纪20年代的大风平均日数最少，二者之差为10.2d。1975—2000年前的大风日数普遍大于50d，而2000年后的大风日数普遍小于50d。年代际平均大风日数总体呈逐步减小趋势，与大风日数年变化特征相对应。
3大风对船舶航行的影响
川山群岛地理位置的特殊，只有一条川岛航线使其与内陆连接，经常出现的大风天气严重影响川岛航运交通，对船舶的航行安全构成极大威胁，主要影响的天气系统有冷空气、热带气旋和强对流性天气。冷空气在11月中旬开始影响川岛海域，12月—次年2月活动最为频繁，一直到次年4月结束。冬季强烈的冷高压活动带来强冷空气侵袭，给川山群岛附近海面带来激烈降温、大风等灾害性天气。强冷空气南下影响时，海上风力可达8～10级，有时会出现12级大风，持续影响时间多在1～2d，个别强冷空气（寒潮）持续影响时间多达3～4d。热带气旋是夏秋影响上川岛地区的主要灾害性天气系统，多出现在7—10月。超强台风正面登陆时，瞬时风力可达15～16级（2008年“黑格比”、2018年“山竹”），受台风外围环流影响时的大风风速多为8～10级（2017“天鸽”、2018年“艾云尼”）。强对流性天气产生的雷雨大风是一种生成时间短、影响范围小，来势猛、破坏力大、突发性强的中小尺度天气系统。现阶段利用天气形势分析、数值预报、天气雷达和气象卫星等方法对雷雨大风进行预测，相对于冷空气大风和台风大风至少提前24h做出准确预报，给予港口、码头、船舶充裕的时间做出反应，进而避免或减少大风造成人员伤亡和财产损失。雷雨大风的影响时间、地点等尚难以提前、准确地预报，还存在很多局限性。
大风在海上必然引起涌浪，风速越大，涌浪越高，对船舶的影响越大。船舶在航行过程中遇到大风浪时，船体会出现激烈晃动，航向不稳，进而引起操纵困难，严重时将导致船体倾覆。大风产生的涌浪将增大船舶航行时受到的阻力，增加涌浪和船体之间的碰撞力度和频率，增大对船体的危害。波浪高时，船体被抛出水面，造成螺旋槳空转，还可能受到波峰的作用，发生中拱现象，使船体变形，严重时会造成船体断裂。另外，由于波浪和大风的共同作用，行进中摇晃的船体还未恢复初始平衡位置，就被后续的涌浪和风持续影响，船舶向受两者作用而倾斜的方向继续倾斜，最终导致船体倾覆。甲板和船舱上浪严重，海水腐蚀加上船体与涌浪的猛烈撞击，船上设备极易受损。
4船舶防御大风对策
川山群岛海域大风天气必然形成巨浪，在大风浪的环境中，船舶航行安全受到威胁，需要预报员提前做出预报，及时发布预警信息，港口、码头要充分利用预警时间，选择正确的避险方式。船员应熟悉船只性能，密切关注气象部门发布的海况信息和预报产品，详细了解大风影响的持续时间和影响范围。同时，强化船员的专业素质，加强船员应对大风浪天气的专业技术技能培训，定期开展应急演练，加强船员的安全意识和应急反应能力。全力推进船舶更新换代，投入标准化、专业化和适应地方特色的新型船舶，全面提升船舶适应各种复杂海况的安全性能。
5结论
上川站年平均大风日数为53.3d，最多79d（1981年），最少34d（2007年），年大风日数呈显著下降趋势，下降幅度为2.92d·10a-1;1975—2002年为大风天气多发期，2009—2015年为低值期。
上川站1a内均有大风天气发生，但月间波动较大，1月最多，12月次之，6月最少。年代际平均大风日数最多是20世纪90年代，最少是21世纪20年代，二者相差10.2d。
冷空气、强对流和热带气旋是产生川山群岛海域大风的主要天气系统;提高预报准确率、强化船员专业素质和推进新型船舶下水是防御海上大风的有效手段。
参考文献
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[8]王秀云.1960—2018年阿拉善右旗大风气候特征分析[J].内蒙古气象，2019（05）：11-13.
[9]范兰艳，杨雷，耿文杰，等.朝阳地区大风天气成因及预报方法[J].吉林农业，2018（10）：106.
[10]申定雁，梁兴文，张志慧.台山站和上川站的雷暴气候特征对比分析[J].广东气象，2018，40（04）：28-30.
（责任编辑李媛媛）
