海上絲綢之路風(fēng)候統(tǒng)計(jì)分析范文

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1引言

21世紀(jì)海上絲綢之路，以我國泉州為起點(diǎn)，主要涉及海域?yàn)槟虾！庇《妊?，惠及沿線多國。該海域是全球重要的海上通道之一，也是我亞丁灣護(hù)航的必經(jīng)之地，印度洋更是處于世界海權(quán)體系的中心地位，其“貿(mào)易通道”和“石油航線”是許多國家所依賴的“戰(zhàn)略生命線”，戰(zhàn)略地位不言而喻［1－3］。深入研究該海域的海洋環(huán)境特征，方可為海上絲路建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。例如，航海、港口建設(shè)、海上施工和防災(zāi)減災(zāi)等對大風(fēng)頻率、強(qiáng)風(fēng)向等都極為關(guān)注［4］。深入研究該海域的海洋環(huán)境特征，有利于為21世紀(jì)海上絲綢之路建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)、輔助決策。前人對我國的海洋環(huán)境特征做了較多工作，但對北印度洋的海洋環(huán)境特征的關(guān)注較少，系統(tǒng)性的分析工作更是鳳毛麟角。鄭崇偉等［5］曾分析了南?！庇《妊蟮暮１盹L(fēng)場特征，發(fā)現(xiàn)該海域的風(fēng)速風(fēng)向受季風(fēng)影響顯著；北印度洋大部分海域的海表風(fēng)速以1～2cm／s的速度顯著性逐年線性遞增，南海線性遞增的區(qū)域則較少；南海海表風(fēng)速具有明顯的2．0～2．4a、5．2a的主周期變化，北印度洋海表風(fēng)速：具有明顯的2．4～5．2a的主周期變化及26．0a的長周期震蕩。此外，鄭崇偉等［2］還利用該資料，分析了南?！庇《妊蟮牟ɡ四苜Y源整體狀況，發(fā)現(xiàn)大部分海域的年平均波浪能流密度在2kW／m以上，2kW／m和大于4kW／m以上能流密度出現(xiàn)的頻率都較高，這有利于在一些重要港口、島礁展開海浪發(fā)電、海水淡化等波浪能開發(fā)工作。張磊等［6］曾利用CCMP（cross－calibrated，Multi－platform）風(fēng)場資料，分析了北印度洋海表風(fēng)速的長期變化趨勢，發(fā)現(xiàn)該海域的海表風(fēng)速在近22a（1988—2009年）期間整體上以0．0286m／s的速度顯著性逐年線性遞增。鄭友華等［7］曾分析了北印度洋海表風(fēng)速、有效波高的突變形勢，發(fā)現(xiàn)年平均海表風(fēng)速、有效波高的突變形勢與冬季相似，突變期都在20世紀(jì)80年代初。李培等［8］曾利用1950—1995年共46a的北印度洋氣象船舶資料，按5°×5°網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)單元，對北印度洋的氣候特征進(jìn)行過分析，繪制了歷年各月風(fēng)向頻率、平均風(fēng)速、6級(jí)和8級(jí)大風(fēng)、能見度、霧和雷暴等氣象要素分布圖。前人對南海、北印度洋的風(fēng)候特征做過很大貢獻(xiàn)，但是由于受到資料、分析技術(shù)等諸多因素的限制，早期的研究在空間分辨率、系統(tǒng)性方面還有很大的改進(jìn)潛力。空間分辨率偏低會(huì)將一些重要的海域遺漏，極值風(fēng)速、陣風(fēng)系數(shù)沒有計(jì)算等，這些缺陷意味著不能很好地為海洋開發(fā)提供參考。本文利用來自歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（ECMWF）、近36a（1979－2014年）、高空間分辨率的海表風(fēng)場資料（ERA－interim風(fēng)場資料）、陣風(fēng)資料，綜合考慮風(fēng)速風(fēng)向的季節(jié)特征、（強(qiáng)）風(fēng)向頻率、6級(jí)以上大風(fēng)和陣風(fēng)頻率、陣風(fēng)系數(shù)、海表風(fēng)速的長期變化趨勢等，對南?！庇《妊蟮娘L(fēng)候特征展開精細(xì)化、系統(tǒng)性研究，期望可以為航海、海洋工程、海洋能開發(fā)和防災(zāi)減災(zāi)等提供科學(xué)依據(jù)，為21世紀(jì)海上絲綢之路建設(shè)盡綿薄之力。

2數(shù)據(jù)及方法

利用來自ECMWF的風(fēng)場資料，包括平均風(fēng)和陣風(fēng)資料，系統(tǒng)性、精細(xì)化地統(tǒng)計(jì)分析了21世紀(jì)海上絲綢之路涉及海域的風(fēng)候特征。此外，還重點(diǎn)分析了臺(tái)灣海峽、北部灣、西沙海域、西衛(wèi)灘、馬六甲海峽、吉大港、科摩林角、迪戈加西亞、瓜達(dá)爾港、霍爾木茲海峽、哈豐角、達(dá)累斯薩拉姆一些重要節(jié)點(diǎn)的（強(qiáng)）風(fēng)向頻率，重要節(jié)點(diǎn)分布圖見圖1。平均風(fēng)和陣風(fēng)資料的時(shí)間分辨率都為6h，空間分辨率為0．125°×0．125°，空間范圍為：90°S—90°N，180°W—180°E，時(shí)間范圍從1979年1月1日00∶00時(shí)至今。該數(shù)據(jù)具有較高的可信度，在國內(nèi)外被廣泛運(yùn)用與風(fēng)、浪特征分析［9］。

3風(fēng)候統(tǒng)計(jì)分析

利用來自ECMWF的ERA－interim風(fēng)場資料、陣風(fēng)資料，統(tǒng)計(jì)分析了近36a期間海上絲綢之路涉及海域的風(fēng)候特征，主要包括：不同季節(jié)的風(fēng)速風(fēng)向特征、（強(qiáng)）風(fēng)向頻率、6級(jí)以上大風(fēng)和陣風(fēng)頻率、陣風(fēng)系數(shù)、海表風(fēng)速的長期變化趨勢等。

3．1海表風(fēng)場的季節(jié)特征利用近36a的ECMWF的ERA－interim風(fēng)場資料，分別以2月、5月、8月和11月作為冬季、春季、夏季和秋季的代表月，統(tǒng)計(jì)海上絲綢之路涉及海域在各個(gè)季節(jié)的風(fēng)速、風(fēng)向特征（圖2）。2月，冬季風(fēng)盛行，南?！庇《妊蟠蟛糠趾Ｓ蛞云珫|北風(fēng)為主。值得注意的是，孟加拉灣北部近海的風(fēng)向?yàn)槠鞅毕?、阿拉伯海北部近海為偏西。從風(fēng)速大小來看，南海的冬季風(fēng)強(qiáng)度明顯高于北印度洋，存在兩個(gè)顯著的大風(fēng)中心：呂宋海峽、中南半島東南海域（即傳統(tǒng)的南海大風(fēng)區(qū)）；北印度洋大部分海域的風(fēng)速在5m／s之內(nèi)，相對大值區(qū)分布于索馬里附近海域，在7m／s左右，等值線呈NE－SW向。5月：北印度洋的西南季風(fēng)已經(jīng)逐漸盛行，大部分海域的風(fēng)向都是SW向；風(fēng)速存在兩個(gè)相對大值區(qū)：索馬里海域、斯里蘭卡東南部海域；這個(gè)季節(jié)孟加拉灣的平均風(fēng)速大于阿拉伯海。在南海，季風(fēng)過渡現(xiàn)象比較明顯，17°N以南海域已經(jīng)轉(zhuǎn)換為西南季風(fēng)，17°N以北則屬于E－EN風(fēng)。8月，強(qiáng)勁的西南季風(fēng)已經(jīng)盛行，整個(gè)南?！庇《妊蟮娘L(fēng)向以西南向?yàn)橹鲗?dǎo)。孟加拉灣大部分海域的平均風(fēng)速在7m／s以上，阿拉伯海整體在8m／s以上，尤其是索馬里附近大范圍海域的平均風(fēng)速可達(dá)6級(jí)以上。南海的西南季風(fēng)強(qiáng)度明顯低于北印度洋，相對大值中心分布于傳統(tǒng)的南海大風(fēng)區(qū)，平均風(fēng)速在7m／s以上。11月，傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為該月處于季風(fēng)過渡季節(jié)，對比圖2b和圖2d可以明顯看出，11月的季風(fēng)過渡現(xiàn)象并沒有5月明顯，甚至可以認(rèn)為，西南季風(fēng)向東北季風(fēng)轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，整個(gè)南?！庇《妊蠖家詵|北風(fēng)為主導(dǎo)，尤其以南海的東北風(fēng)較為強(qiáng)勁，10°N以北的平均風(fēng)速在8m／s以上。北印度洋的平均風(fēng)速相對低于南海，大部分海域在6m／s以內(nèi)。

3．2（強(qiáng)）風(fēng)向頻率風(fēng)向頻率尤其是強(qiáng)風(fēng)向的頻率，是航海、橋梁設(shè)計(jì)、風(fēng)能開發(fā)等都極為關(guān)注的要素。本文在此利用近36a、逐6h的ERA－interim風(fēng)場資料，統(tǒng)計(jì)分析了海上絲綢之路涉及的一些海域的（強(qiáng)）風(fēng)向頻率，制作了風(fēng)玫瑰圖（各個(gè)風(fēng)向、不同等級(jí)風(fēng)速出現(xiàn)的頻率）（圖3和圖4）。關(guān)注站點(diǎn)主要包括：臺(tái)灣海峽、北部灣、西沙海域、西衛(wèi)灘（位于中國南沙）、馬六甲海峽、吉大港、科摩林角、迪戈加西亞、瓜達(dá)爾港、霍爾木茲海峽、哈豐角和達(dá)累斯薩拉姆。2月，在東北季風(fēng)的影響下，大部分海域的風(fēng)向頻率、強(qiáng)風(fēng)向頻率都以偏NE向?yàn)橹鳎胁町惖氖牵杭蟾郏∟－NW向）、瓜達(dá)爾港（W－SW向）、霍爾木茲海峽（W－WSW向）、迪戈加西亞（W－WNW向），結(jié)果與圖2（a）吻合。需要引起重視的有：臺(tái)灣海峽NE向的強(qiáng)風(fēng)頻率（10～12m／s出現(xiàn)頻率約15％，12～14m／s出現(xiàn)頻率約12％）、北部灣NNE向的強(qiáng)風(fēng)頻率（10～12m／s出現(xiàn)頻率約13％）、西沙海域NE向的強(qiáng)風(fēng)頻率（10～12m／s出現(xiàn)頻率約11％），其余站點(diǎn)則謹(jǐn)慎樂觀。8月，臺(tái)灣海峽、北部灣、西沙海域、瓜達(dá)爾港、哈豐角以SSW向?yàn)橹鲗?dǎo)；馬六甲海峽、吉大港以S向?yàn)橹?；迪戈加西亞、達(dá)累斯薩拉姆以SE－SSE向?yàn)橹?；科摩林角以WNW－W向?yàn)橹?；西衛(wèi)灘以WSW為主；霍爾木茲海峽則是從WSW－SE均勻分布。需要引起重視的是：哈豐角的強(qiáng)風(fēng)非常明顯，12～13m／s的SSW風(fēng)出現(xiàn)頻率高達(dá)25％，13～14m／s的SSW風(fēng)出現(xiàn)頻率更是高達(dá)30％，14～15m／s的SSW風(fēng)出現(xiàn)頻率高達(dá)13％，這是由于索馬里海域強(qiáng)勁的西南季風(fēng)造成的，與圖2（c）吻合。

3．3大風(fēng)、陣風(fēng)頻率大風(fēng)頻率密切關(guān)系到航海安全、海上施工等［10－12］。本文利用近36a、逐6h的ERA－inter－im風(fēng)場資料，統(tǒng)計(jì)了該海域在各個(gè)季節(jié)6級(jí)以上大風(fēng)頻率（圖5）；利用同期、同時(shí)空分辨率的EC－MWF陣風(fēng)資料，統(tǒng)計(jì)了該海域各個(gè)季節(jié)6級(jí)以上陣風(fēng)出現(xiàn)的頻率（圖6）。6級(jí)以上大風(fēng)頻率：由圖5可見，秋冬兩季的北印度洋、春季的南海大風(fēng)頻率都在5％以內(nèi)。2月，南海冬季風(fēng)較為強(qiáng)勁，存在兩個(gè)顯著的大值區(qū)：臺(tái)灣島周邊海域、傳統(tǒng)的南海大風(fēng)區(qū)，在20％以上。5月，南?！庇《妊蟮拇箫L(fēng)頻率整體偏低，在西南季風(fēng)的影響下，索馬里海域、斯里蘭卡東南部海域?yàn)橄鄬Υ笾祬^(qū)。8月，在強(qiáng)勁西南季風(fēng)的影響下，阿拉伯海大部分海域的大風(fēng)頻率在40％以上，索馬里附近大范圍海域更是高達(dá)90％以上；雖然西南季風(fēng)對孟加拉灣和南海的影響也比較明顯，但帶來的6級(jí)以上大風(fēng)頻率并不高。11月，6級(jí)以上大風(fēng)的高頻海域主要分布于南海北部海域，大值區(qū)可達(dá)40％以上。圖3海上絲綢之路重要站點(diǎn)2月的風(fēng)向玫瑰圖6級(jí)以上陣風(fēng)頻率見圖6：2月，整個(gè)南?；驹?5％以上，大值區(qū)更是高達(dá)55％以上，此外，波斯灣、紅海、索馬里附近海域6級(jí)以上陣風(fēng)出現(xiàn)頻率也較為明顯。5月，南海6級(jí)以上陣風(fēng)出現(xiàn)頻率很低；孟加拉灣大部分海域、阿拉伯海西部海域則出現(xiàn)頻率較高，在20％以上。8月，阿拉伯海、孟加拉灣6級(jí)以上陣風(fēng)出現(xiàn)頻率非常高，阿拉伯海大部分海域在90％以上，孟加拉灣大部分海域在60％以上；南海相對偏低，在40％左右。11月，北印度洋6級(jí)以上陣風(fēng)出現(xiàn)頻率整體較低，基本在10％以內(nèi)；南海中北部出現(xiàn)頻率則較高，在40％以上，大值中心（呂宋海峽西部海域）可達(dá)80％以上。本文在此只是討論了6級(jí)以上大風(fēng)頻率和陣風(fēng)頻率的季節(jié)特征，在未來的工作中，還需要對大風(fēng)頻率和陣風(fēng)頻率的長期變化趨勢展開研究，為防災(zāi)減災(zāi)、海洋工程的中長期規(guī)劃提供依據(jù)。

3．4陣風(fēng)系數(shù)在通常的數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品中，預(yù)報(bào)風(fēng)速往往只是顯示平均風(fēng)，而在實(shí)際的航海、海洋工程中，陣風(fēng)的影響是比較大的，同時(shí)也是兵器研究、靶場試驗(yàn)很關(guān)注的問題［13－14］。統(tǒng)計(jì)陣風(fēng)系數(shù)，有利于根據(jù)預(yù)報(bào)的平均風(fēng)來防范陣風(fēng)。陣風(fēng)系數(shù)定義為：在某一時(shí)刻，觀測到的最大陣風(fēng)風(fēng)速與相應(yīng)10min平均風(fēng)速之比［15］。本文計(jì)算了南海—北印度洋在JJA（June，July，August）和DJF（De－cember，January，F(xiàn)ebruary）期間，平均風(fēng)速大于5級(jí)（8．0m／s）時(shí)的陣風(fēng)系數(shù)，由于運(yùn)算量偏大，本文只列出了2014年JJA和DJF期間的陣風(fēng)系數(shù)。對比圖7（a）和圖7（b）不難發(fā)現(xiàn)，在北印度洋，JJA期間的陣風(fēng)系數(shù)明顯大于DJF期間，大值區(qū)的范圍也更廣，南海則相反。DJF期間，南海中北部大部分海域（除北部灣、泰國灣）的陣風(fēng)系數(shù)在1．3以上；在北印度洋，僅孟加拉灣西部一小范圍海域、索馬里近海小范圍海域的陣風(fēng)系數(shù)相對偏大，分別為1．2～1．3、1．2～1．4，其余大部分海域的陣風(fēng)系數(shù)在1．2以內(nèi)。JJA期間，北印度洋海表風(fēng)速的陣性特征非常明顯，阿拉伯海和孟加拉灣大部分海域的陣風(fēng)系數(shù)在1．3以上，索馬里附近海域更是高達(dá)1．8以上；整個(gè)南海的陣風(fēng)系數(shù)基本都在1．2以內(nèi)。

3．5海表風(fēng)速的長期變化趨勢海表風(fēng)速的長期變化趨勢與海上風(fēng)能資源開發(fā)、研究全球氣候變化密切相關(guān)，將近36a、逐6h的海表風(fēng)速處理稱為逐月平均的數(shù)據(jù)，即1979年1月至2014年12月432個(gè)月的海表風(fēng)速數(shù)據(jù)，采用鄭崇偉等［16－17］的方法，計(jì)算了南?！庇《妊蟮暮１盹L(fēng)速在近36a的逐年變化趨勢見圖8（a）；還將逐月的風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行5點(diǎn)滑動(dòng)平均，得到滑動(dòng)平均后的逐年變化趨勢見圖8（b）。南?！庇《妊蟠蟛糠趾Ｓ虻暮１盹L(fēng)速在近36a期間沒有表現(xiàn)出顯著的變化趨勢。呈顯著性遞增的區(qū)域主要分布于10°S—0°S，趨勢為1～4cm／s；此外，阿拉伯海西南部區(qū)域的遞增趨勢也較為明顯，趨勢為1～2cm／s。呈顯著性遞減的區(qū)域主要分布于：印度半島東西兩側(cè)近海、蘇拉威西海等小范圍海域。5點(diǎn)滑動(dòng)平均之后的變化趨勢并沒有大的變化，只是具有顯著變化趨勢的范圍稍廣。

4結(jié)論

本文利用來自ECMWF、近36a、逐6h、高空間分辨率的ERA－interim海表10m風(fēng)場資料、陣風(fēng)資料，綜合考慮風(fēng)速風(fēng)向的季節(jié)特征、（強(qiáng)）風(fēng)向頻率、6級(jí)以上大風(fēng)和陣風(fēng)頻率、陣風(fēng)系數(shù)、海表風(fēng)速的長期變化趨勢等，系統(tǒng)性、精細(xì)化地統(tǒng)計(jì)分析了21世紀(jì)海上絲綢之路涉及海域的風(fēng)候特征，得到如下主要結(jié)論。（1）2月，南海盛行東北風(fēng)，北印度洋盛行N－NE風(fēng)；冬季風(fēng)對南海的影響明顯強(qiáng)于對北印度洋的影響。5月，南海17°N以南、北印度洋已經(jīng)完成由東北風(fēng)向西南風(fēng)的轉(zhuǎn)變；南海17°N以北處于季風(fēng)過渡期。8月，阿拉伯海的西南季風(fēng)最為強(qiáng)勁，索馬里海域的平均風(fēng)速可達(dá)6級(jí)以上；孟加拉灣、南海的強(qiáng)度次之。

11月，傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為該月處于季風(fēng)過渡期，本文發(fā)現(xiàn)該月西南季風(fēng)向東北季風(fēng)的轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，整個(gè)南?！庇《妊蠖家詵|北風(fēng)為主導(dǎo)，南海的東北風(fēng)較為強(qiáng)勁。（2）2月，大部分海域的（強(qiáng)）風(fēng)向頻率以偏東北向?yàn)橹?；有差異的是吉大港（N－NW向）、瓜達(dá)爾港（W－SW向）、霍爾木茲海峽（W－WSW向）、迪戈加西亞（W－WNW向）。需要引起重視的有：臺(tái)灣海峽NE向的強(qiáng)風(fēng)（10～12m／s出現(xiàn)頻率約15％，12～14m／s出現(xiàn)頻率約12％）、北部灣NNE向的強(qiáng)風(fēng)（10～12m／s出現(xiàn)頻率約13％）、西沙海域NE向的強(qiáng)風(fēng)（10～12m／s出現(xiàn)頻率約11％）。8月，大部分海域以偏SW、偏S向風(fēng)為主，科摩林角以WNW－W向?yàn)橹?。需要引起重視的是：哈豐角的強(qiáng)風(fēng)，12～13m／s的SSW風(fēng)出現(xiàn)頻率高達(dá)25％，13～14m／s的SSW風(fēng)出現(xiàn)頻率更是高達(dá)30％，14～15m／s的SSW風(fēng)出現(xiàn)頻率高達(dá)13％。（3）6級(jí)以上大風(fēng)頻率：秋冬兩季的北印度洋、春季的南?！庇《妊蟮拇箫L(fēng)頻率都很低，在5％以內(nèi)。2月和11月，大值區(qū)分布于南海。8月，阿拉伯海的大風(fēng)頻率在40％以上，索馬里附近海域更是高達(dá)90％以上。6級(jí)以上陣風(fēng)頻率：2月，整個(gè)南?；驹?5％以上，大值區(qū)高達(dá)55％以上。5月，南海出現(xiàn)頻率很低；孟加拉灣、阿拉伯海西部海域在20％以上。8月，阿拉伯海在90％以上，孟加拉灣在60％以上；南海在40％左右。11月，北印度洋在10％以內(nèi)；南海中北部在40％以上。（4）在北印度洋，JJA期間的陣風(fēng)系數(shù)明顯大于DJF期間，大值區(qū)的范圍也更廣，南海則相反。DJF期間，南海中北部大部分海域的陣風(fēng)系數(shù)在1．3以上；北印度洋大部分海域的陣風(fēng)系數(shù)在1．2以內(nèi)。

JJA期間，北印度洋海表風(fēng)速的陣性特征非常明顯，阿拉伯海和孟加拉灣大部分海域的陣風(fēng)系數(shù)在1．3以上，索馬里附近海域高達(dá)1．8以上；整個(gè)南海的陣風(fēng)指數(shù)基本都在1．2以內(nèi)。（5）近36a期間，南?！庇《妊蟠蟛糠趾Ｓ虻暮１盹L(fēng)速?zèng)]有顯著的變化趨勢。呈顯著性遞增的區(qū)域主要分布于10°S—0°S，趨勢為1～4cm／s；阿拉伯海西南部區(qū)域的遞增趨勢為1～2cm／s。呈顯著性遞減的區(qū)域主要分布于：印度半島東西兩側(cè)近海、蘇拉威西海等零星小范圍海域。

作者：鄭崇偉 李訓(xùn)強(qiáng) 高占勝 付敏 羅霞 單位：海軍大連艦艇學(xué)院 中國科學(xué)院大氣物理研究所LASG實(shí)驗(yàn)室 解放軍理工大學(xué) 氣象海洋學(xué)院 國家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心