岱山避风渔港对热带气旋的抗风能力研究
时间：2020-10-05 14:42:23 来源：达达文档网 本文已影响 人 
柴乾明 王如鹤 赵亮 胡巧儿
摘要：利用地面观测风力资料资料，对1950-2018年的热带气旋资料进行处理，通过使用模糊综合评价法，结合各渔港附近自动站风力的回归分析，并引入数据偏离度来评估地形、系统过程等因素对渔港的整体影响，以此来评估舟山市岱山县各渔港的抗风能力。最终将各渔港的抗风能力分为三级：一级表示综合抗风能力最强，这类渔港对大部分台风过程都有较好的防范能力;二级表示综合抗风能力较好，这类渔港对不同台风过程的抵御能力有一定差别，部分风向会产生较强的风浪;三级表示综合抗风能力一般，这类渔港地形较开阔，其抗风能力有较大的局限性，对一年中相当一部分大风的抵御能力较弱，在受到长时间较大风力的台风过程影响时，不太适合大量渔船长时间泊港。
关键词：熱带气旋;港口避风;模糊综合评价法;偏离度
中图分类号：U698.91
文献标识码：A
DOI：
10.15913/j.cnki.kjycx.2019. 11.013
1 引言
1.1 研究背景及意义
岱山位于浙江省沿海北部，地处长江口南端、杭州湾外缘的舟山群岛中部，介于北纬30°07′-30°38′，东经121°31′～123°17′之间。东毗公海，南邻舟山岛，北与嵊泗县海域相连;拥有岱衢洋、黄大洋、黄泽洋、灰鳖洋四大传统渔场，海洋渔业是主要基础产业和经济支柱。同时，岱山受台风影响较严重，常年造成影响的台风有4.1个，台汛期（7- 9月）常年降水量为335.9 mm，特别是正面袭击的强台风或沿1220E到124°E北上的强台风，往往对海上作业的渔民、航运部门造成极大的危害。另外，鱼货外流、渔民消费、物资供应等直接影响着岱山经济的繁荣，在台风期间做好全县各渔港安全避风的决策服务，能够提升全县的社会效益和经济效益。因此，十分需要对全县的各大渔港的避风能力进行评估。
1.2 主要研究内容
渔业历来在岱山产业中占有较大的比例，全县三级以上渔港主要有8个，其中衢渔港的容纳量最大，具体渔港信息如表1所示。由于以前的自动站建站布点较少，部分数据无法获得，因此主要从以下两个方面进行研究：①对2012年以前进入东海区域（ 25°N - 32°N.120°E - 127°E）的台风进行统计分析，在整理资料的基础上对台风登陆和北上路径进行分类，分析结果有助于详细了解影响岱山台风风雨、路径的因素;②对于2012年以后造成影响的台风，则通过回归分析对各个港口附近的自动站极大风进行详细统计。
2 抗风等级研究
2.1 模糊综合评价法
抗风能力的判别是一个比较模糊的概念，该项目之前也没有相关的研究和标准，各要素对其等级的界定难以量化[1]。考虑使用模糊综合评价法[2]，通过对有经验的渔民进行调研以及对各渔港附近海域进行实地考察，收集渔民们对大风天气下港口内外部的主观经验并对其进行统计分析，根据模糊数学的隶属度原理将定性评价转化为定量评价，最后根据计算结果确定具体指数等级划分。
通过实地走访各海区，了解各个港口的气象环境特点、地理位置以及起风时船员的实际感受，建立模糊综合评价模型，然后根据模型确立各个要素。结果表明，渔港的抗风能力和地形、过程类型、风力大小等诸多要素相关，但最终直观的感受还是渔港内部的风浪情况。由于浪高与风力有很强的正相关性，因此与风力归为一类讨论。本文主要研究渔场内或附近的风力情况，并与每次过程全县区域内出现的最大极大风速进行对比，最后对结果进行统计，可得到各个渔港抗风能力的综合评价[3]。
2.2 抗风等级模型建立
根据调研结果，把风力作为最主要的影响因子，同时参考实际服务需求，初步将抗风能力分为三个等级，确定评价集为[4]：V={一级，二级，三级}，其中，将渔港附近极大风力f与辖区内出现极大风力F相差两级以上，且受过程风向影响较小的渔港评定为一级;将f与F常相差两级以上，但受风向以及过程强度影响，有时偏差较大的评定为二级;将f与F在特定天气形势或者风力条件下才相差两级左右，偏差值较大的评定为三级。
3 抗风等级研究
沿海风力一直是影响渔业船只出航最重要的因素，台风天气时由于系统深厚，风浪和涌浪都较强，渔港避风就显得尤为重要。由于2013年之前岱山部分渔港还未落地建成，且附近自动站距离较远，代表性较差，在这之前主要通过定性的方式，确定不同形式的台风对本地的大致影响;2013年后随着自动站布点的不断完善.将选取各大渔港周边比较有代表性的自动站，对2013- 2018年所有影响岱山台风风力的数据进行统计，并使用回归分析法，最终判定各渔港的抗风能力。
4 各类台风的影响分析
2013年之前各渔港附近自动站距离较远，代表性较差，更久远的如2000年之前的数据就更少了。因此，主要查阅台风年鉴以及有记录风力数据，对岱山整体受台风的影响做出定量分析。根据1950 -2012年进入东海区域的台风资料及每个台风对舟山4个县（区）影响的风雨情况，统计分析1950- 2012年进入东海区域且对舟山造成一定影响的台风共有106个（过程极大风力9级及以上），其中造成严重影响的台风有45个。
根据台风移动路径进入东海区域的台风分成登陆和北上影响两类，细分为下面五类：①Dll台风，在25°N - 32°N之间登陆后移向东北最后出海消亡的（14个）;②D12台风，在25°N - 32°N登陆后西行或北上在内陆消亡的（20个）;③D13台风在32°N以北登陆（4个）;④HE台风，在125°E以东海上北上转向（37个）;⑤HWN台风，在125°E以西海上北上转向（31个）。
严重影响舟山台风路径分布以Dll、HE、HWN为主，共计35个，占严重影响台风总数的78%，D12、D13造成严重影响概率较小，共4个，只占总数的22%。具体如下。华东登陆台风北上转向类（D11）：这类台风在250N - 2goN登陆，北上转向出海的，过程降水量一般在80 - 200 mm，日降水量达到暴雨到大暴雨。风力11- 12级，个别在12级以上。如果个别台风在30°N附近登陆，属正面袭击舟山台风，这就要看台风本身的强度，如是强台风，无论风雨强度都很大，风力12级以上，雨量在200 mm以上。9-0月份，如遇有弱冷空气侵入，则雨量会更大。
台风近海北上转向类：台风中心经过28°N - 31°N、126°E以西近海北上（HWN），过程降水量一般为50 -120 mm，风力IO - 12级，如果是强台风，风力可达12级以上，个别由于冷空气侵入达150 - 250 mm，其他台风一般都在50 mm以下。台风中心在1250E以东海上转向（HE），台风中心经过29 °N～ 30°N、125°E - 127°E地区，台风中心风力如果达12级以上，则过程降水量一般为50 - 100 mm，日最大降水量为大到暴雨（ 20 - 85 mm）。舟山沿海风力一般为8-10级，个别达1O - 12级。
由此可见，热大气旋多从东南面逐渐影响到西北面，过程风向多旋转变化，其中偏北大风较偏南大风影响频率更高，整体强度更大。
各大渔港地形如图1所示，结合图1初步认定：高亭中心渔港（A）、長涂渔港（C）三面环山，对大部分台风过程都有较好的防范能力;大衢渔港（B）、万良渔港（D）、南峰渔港（E）、秀山渔港（F）和龙潭渔（G）港被两面地形包围，抗风能力较好，但对不同台风过程的抵御能力有一定差别;涨网套渔港（H）地形较为开阔，抗风能力要根据数据再经行具体评估。
5 回归分析
回归分析是数学上常用的确定2种或2种以上变量间相互依赖的定量关系的一种统计分析方法[5]，本文主要用本地受台风影响时最大风速计算出各渔港附近的极大风速。分别以本地过程极大风速为自变量，将8个渔港附近的自动站极大风速与本地过程极大风速的差值作为因变量进行统计。
根据数据的散点分布，通过分析对比，选取一元四次回归模型F（v） =av+bv3+cv2+dv+e作为拟合方程。
各渔港抗风能力拟合方程回归系数以及减风平均值如
表2中的数值代表受台风影响过程中各渔港风力和本地区出现的最大实况风力的差值，差的绝对值越大，代表抗风能力越强。而回归系数则反映了两者的相关性，并为以后的渔港风力预报提供理论依据。
从表2中可以看出，高亭中心渔港、长涂渔港、秀山渔港平减风平均绝对值较大，都超过了6.0 m/s，换算成风力等级为减弱近2级;大衢渔港平减风平均绝对值在5.0 m/s左右;万良渔港、南峰渔港、龙潭渔港平减风平均绝对值较小，在3.0 m/s左右，换算成风力等级为减弱近1级;涨网套渔港减风平均绝对值最小，为1.9 m/s。考虑到附近自动站高度较高，风力可能存在偏大的情况，实际抗风能力要略好于表中反映的数值。
由于台风移动路径的不确定性比较高，每次过程的影响程度不可能完全相同，所以回归分析得出的结果拟合程度一般[6]，即便是同一个渔港在相似的几个台风影响时，抗风能力也出现了不同程度的偏离。这主要是各渔港都有其独特的地形，而地形是渔港避风的关键因素，且受台风影响时，移动路径和风向风速变化较快，在同一过程中，抗风能力随着台风移动而变化。地形因素和台风的实时影响是一个比较模糊的概念，目前也没有相关的研究和标准，具体数值的界定难以量化，所以本文直接用每个减风值和拟合数据之间的偏离值[7]，结合调研得出的结果来反映各个渔港抗风能力的上下限，以此求出的数据来模拟两种较为极端的情况，一种是地形较好地减弱了台风的影响，且台风移动较快，风向变化不大，渔港内的船只可一直安全避风;另一种是地形的开口处受到台风袭击，或者受台风影响时间较长，风向在旋转过程中出现严重影响渔港的情况。偏离值用标准差D来表示：
从表3中可以看出，涨网套渔港抗风能力变化最小，基本在1级风左右，说明地形并没有起到决定性的作用;其余各渔港受地形及台风本身各因素影响，偏离值在2.7 - 3.7之间浮动，上下限差值为5.2 - 7.2，即面对不同台风时，抗风能力强弱会有两三级风的区别。以高亭中心渔港为例，受娜基莉（ 1412）和马勒卡（1616）影响时，沿海都最大出现10级大风，而马勒卡在近台湾北部转向西北方向前进，岱山沿海以偏北风为主，高亭中心渔港偏北方向被岱山岛完全掩护，抗北风能力较强，风力减弱6.3 m/s;受娜基莉影响时，台风在125.50E附近沿经线北上，岱山沿海偏南大风较大，而南面朝向小岛，抗南风能力较弱，风力减弱2.3 m/s，曲线拟合值5.1 m/s，两者相差4m/s。
结合客观偏离值以及通过调研地形等要素经行综合评估，高亭中心渔港、长涂渔港的抗风等级最高，被评定为一级，即港口内和外海极大风力相差通常为两三级，对大部分台风过程都有较好的防范能力;大衢渔港、万良渔港、南峰渔港、秀山渔港和龙潭渔港抗风能力被评定为二级，这类港口内部和外海极大风力也相差两级左右，但是地形并不是三面环山或海拔较低，对不同台风过程的抵御能力有一定差别，再实际决策时，相关渔船需要根据过程风力的大小和方向经行适当的转移;涨网套渔港抗风能力被评定为三级，该渔港内和外海极大风力相差一两级，如果遇上较强的偏北大风时，则几乎减风量不明显，所以其抗风能力有较大的局限性，对沿海偏南大风有较好的防范能力，而对偏北大风的抵御能力较弱，在受到长时间较大风力的台风过程影响时，不太适合大量渔船长时间泊港。
6 总结
本文建立了受热带气旋影响时，岱山各渔港避风能力的研究方法和整体框架，确立了各主要因子。
对各渔港附近的极大风力和沿海极大风力之间的差值经行了回归分析，同时引入偏离度来反映地形和热带气旋过程等综合因素的影响，为日后的风力预报及数值模式的建立提供一定的参考依据。
结合客观数据并通过调研地形等要素经行综合评估，评定高亭中心渔港、长涂渔港的坑风等级为一级，这类港口对大部分台风过程都有较好的防范能力;评定大衢渔港、万良渔港、南峰渔港、秀山渔港和龙潭渔港抗风能力为二级，这类港口对不同台风过程的抵御能力有一定差别，部分风向会产生较强的风浪;评定涨网套渔港抗风能力为三级，该渔港地形较开阔，其抗风能力有较大的局限性，对沿海偏南大风有较好的防范能力，而对偏北大风的抵御能力较弱，在受到长时间较大风力的台风过程影响时，不太适合大量渔船长时间泊港。本文研究结果对台风天渔船避风有较大的实际意义，为以后的决策服务提供了客观的依据。
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