主要分类
国内外学者较多按照诱发风暴潮的大气扰动特性,把风暴潮分为由热带气旋所引起的台风风暴潮(或称热带风暴风暴潮,在北美称为飓风风暴潮,在印度洋沿岸称为热带气旋风暴潮)和由温带气旋等温带天气系统所引起的温带风暴潮两大类。
台风风暴潮,多见于夏秋季节。其特点是:来势猛、速度快、强度大、破坏力强。凡是有台风影响的海洋国家、沿海地区均有台风风暴潮发生。
温带风暴潮,多发生于春秋季节,夏季也时有发生。其特点是:增水过程比较平缓,增水高度低于台风风暴潮。主要发生在中纬度沿海地区,以欧洲北海沿岸、美国东海岸以及我国北方海区沿岸为多。
中国是世界上两类风暴潮灾害都非常严重的少数国家之一,风暴潮灾害一年四季均可发生,从南到北所有沿岸均无幸免。国内外通常以引起风暴潮的天气系统来命名风暴潮。例如:由1980年第7号强台风(国际上称为Joe台风)引起的风暴潮,称为8007台风风暴潮或Joe风暴潮;由1969年登陆北美的Camille飓风引起的风暴潮,称为Camille风暴潮等。
主要特征
总体概述
风暴潮指由强烈大气扰动,如热带气旋(台风、飓风)、温带气旋(寒流)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。一般验潮装置已经滤掉了数秒级的短周期海浪引起的海面波动。如果风暴潮恰好与天文高潮相叠(尤其是与天文大潮期间的高潮相叠),加之风暴潮往往夹狂风恶浪而至,溯江河洪水而上,则常常使其影响所及的滨海区域潮水暴涨,甚者海潮冲毁海堤海塘,吞噬码头、工厂、城镇和村庄,使物资不得转移,人畜不得逃生,从而酿成巨大灾难。
有人称风暴潮为“风暴海啸”或“气象海啸”,在我国历史文献中又多称为“海溢”、“海侵”、“海啸”及“大海潮”等,把风暴潮灾害称为“潮灾”。风暴潮的空间范围一般由几十公里至上千公里,时间尺度或周期约为1-100小时,介于地震海啸和低频天文潮波之间。但有时风暴潮影响区域随大气扰动因子的移动而移动,因而有时一次风暴潮过程可影响一两千公里的海岸区域,影响时间多达数天之久。
东南沿海台风风暴潮特点及其变化规律
东南沿海的浅水大陆架区较广,港口多为喇叭口,且朝向多与热带气旋移动方向相向,均有利于风暴潮能量集中,导致东南沿海风暴潮强度增大。研究利用1949~1990年的台风增水资料,得出了连云港至汕头之间各站的台风增水特征。
各站的最大增水及出现时间,与各港口的地理位置、水深地形、热带气旋路径以及当时的天气系统有着十分密切的关系,它们制约着最大增水出现的时间,从而形成了港口各自的特点。
各港口台风增水类型可分为标准型、多峰值型、波动型、图形对称相似型四种类型;研究将台风增水按轻度(≤0.49m)、较大(0.50~0.99)、严重(1.00~1.49m、1.50~1.99m)、特大(≥2m、≥3m)六个级别统计,得出了连云港、苏北沿岸、长江口舟山、温州福州及台湾海峡五个海区的台风风暴潮特点。
增水时间与变化特点
各站最大增水出现时间的变化,与各港口的地理位置、朝向、海底地形、水深和台风的强度、路径有关,它们制约着最大增水出现的时间,从而形成了港口各自的特点。
根据东南沿海的连云港、吕泗、吴淞、乍浦、宁波、海门、坎门、温州、沙埕、三沙、马尾、平潭、崇武、厦门、东山、汕头等18个验潮站的最大增水出现时间统计,各站最大增水出现时间不一.有的在热带气旋登陆前,有的在热带气旋登陆后,多数站在热带气旋登陆前、后的0~6h内,个别的略长些。
这18个站中,只有连云港最大增水出现时间与台风登陆时间间隔较长,大多在台风登陆后多时,但最迟不超过24h。其时间间隔的长短与热带气旋登陆地点、降水有关,也与转向热带气旋距本站的距离、转向路径的曲率有关,热带气旋距本站越远、降水越少、转向路径曲率越小,则最大增水出现时间越迟。
如7708号台风在上海崇明登陆,连云港的最大增水发牛在台风登陆后19个小时。而坎门则在台风登陆前较长时间。如7209号台风最大增水发生在台风登陆前13个小时。其余16个港口多数的最大增水均在热带气旋登陆前后0~6h内,其中吕泗、海门、沙埕、三沙、崇武、东山多在登陆前,厦门、汕头多在登陆时,吴淞、乍浦、宁波、马尾、平潭多在登陆后。
温州港最大增水多数在台风登陆后约6个小时,这是从1968~1982年的资料中统计的。在这15年中共有53个台风影响温州港,其中海上转向的23个,占43.4%,台风登陆前产生最大增水的有12个,占22.6%,台风登陆后产生最大增水的有18个,占34.0%,而最大增水发生在登陆前后0~6h的有27个,占登陆总数的90.0%。
增水高度与台风路径
根据东南沿海台风增水资料分析,台风增水可分为五种情况(如图1所示):
(1)台风在前进方向上正面登陆,这是产生较大增水的主要类型。如5612号台风在浙江象山登陆,杭州湾及周围各港口出现强烈增水,当时吴淞为2.42m,乍浦为4.34m,宁波为2.51m。若热带气旋穿过台湾后第.次登陆福建则产生的增水较弱。
(2)海上打转型。如7203号台风于1972年7月5日在太平洋生成,21日进入东海,在东海打转后,向西北穿过山东半岛在天津登陆,各港口出现最大增水的时间,存浙江、福建沿海各站是由北向南推迟:上海、苏北沿海各站是由南向北推迟。
(3)侧面登陆型。如7701号强热带风暴,1977年6月10日在太平洋生成后,穿过菲律宾进入南海,转向北上,于6月16日在福建福安登录。此类台风增水为中等程度,约为1m左右;在登陆点上方的敖江最大增水为116m,登陆点下方的二沙为0.58m。
(4)海上经过型。此类台风在东海较多,影响整个海区的沿岸港口,按其路径可分为两大类:①略平行于海岸的直线型。如7707、7815号强热带风暴和7909、8104号台风等,各港口增水情况为:台风强的增水大,弱的增水小;离岸近的增水大,远的增水小:在杭州湾的站通常比其他地区的增水大,此与地形有关(见表1)。②抛物线型。如7910、8114、8310号台风等,它们在太平洋生成后,向西北方前进,入东海后折向北,到舟山附近外海转向东北,在朝鲜南部至日本登陆。此类台风对东海沿岸的影响,仅次于西北行的登陆台风,通常增水可达1~2m,其沿程增水呈南北小,中间大,即福建沿岸小,向浙江沿岸增大,到杭州湾、长江口一带达最大,然后往北逐渐减小(见表2)。
(5)台风与其他天气系统共同作用型。在江河口内的水位站,其增水还受到大量降水的影响。江河洪水下泄,使得河口站潮位升高或潮时推后,造成了江河站增水的特殊性,加大了增水频率。此类站最明显的是温州港,据1950~1990年间资料统计,大于2m增水的达27次。由于此类增水一般多发生在热带气旋登陆之后多时,所以它造成的危害相对小些。
成灾因素
风暴潮能否成灾,在很大程度上取决于其最大风暴潮位是否与天文潮高潮相叠,尤其是与天文大潮期的高潮相叠。当然,也决定于受灾地区的地理位置、海岸形状、岸上及海底地形,尤其是滨海地区的社会及经济(承灾体)情况。如果最大风暴潮位恰与天文大潮的高潮相叠,则会导致发生特大潮灾,如 8923和 9216号台风风暴潮。 1992年 8月28日至9月1日,受第16号强热带风暴和天文大潮的共同影响,我国东部沿海发生了1949年以来影响范围最广、损失非常严重的一次风暴潮灾害。潮灾先后波及福建、浙江、上海、江苏、山东、天津、河北和辽宁等省、市。风暴潮、巨浪、大风、大雨的综合影响,使南自福建东山岛,北到辽宁省沿海的近万公里的海岸线,遭受到不同程度的袭击。受灾人口达2000多万,死亡194人,毁坏海堤1170公里,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。
当然,如果风暴潮位非常高,虽然未遇天文大潮或高潮,也会造成严重潮灾。8007号台风风暴潮就属于这种情况。当时正逢天文潮平潮,由于出现了5.94米的特高风暴潮位,仍造成了严重风暴潮灾害。依国内外风暴潮专家的意见,一般把风暴潮灾害划分为四个等级,即特大潮灾、严重潮灾、较大潮灾和轻度潮灾。
历史灾害
风暴潮灾害居海洋灾害之首位,世界上绝大多数因强风暴引起的特大海岸灾害都是由风暴潮造成的。
在孟加拉湾沿岸,1970年11月13日发生了一次震惊世界的热带气旋风暴潮灾害。这次风暴增水超过6米的风暴潮夺去了恒河三角洲一带30万人的生命,溺死牲畜50万头,使100多万人无家可归。1991年4月的又一次特大风暴潮,在有了热带气旋及风暴潮警报的情况下,仍然夺去了13万人的生命。1959年9月26日,日本伊势湾顶的名古屋一带地区,遭受了日本历史上最严重的风暴潮灾害。最大风暴增水曾达3.45米,最高潮位达5.81米。当时,伊势湾一带沿岸水位猛增,暴潮激起千层浪,汹涌地扑向堤岸,防潮海堤短时间内即被冲毁。造成了5180人死亡,伤亡合计7万余人,受灾人口达150万,直接经济损失852亿日元(当年价)。
美国也是一个频繁遭受风暴潮袭击的国家,并且和我国一样,既有飓(台)风风暴潮又有温带大风风暴潮。1969年登陆美国墨西哥湾沿岸“卡米尔-Camille”飓风风暴潮曾引起了7.5米的风暴潮,这是迄今为止世界第一位的风暴潮记录。历史上,荷兰曾不止一次被海水淹没,又不止一次地从海洋里夺回被淹没的土地。这些被防潮大堤保护的土地约占荷兰全部国土的3/4。荷兰、英国、原苏联的波罗的海沿岸、美国东北部海岸和中国的渤海,都是温带风暴潮的易发区域。
中国历史上,由于风暴潮灾造成的生命财产损失触目惊心。1782年清代的一次强温带风暴潮,曾使山东无棣至潍县等7个县受害。1895年4月28、29日,渤海湾发生风暴潮,毁掉了大沽口几乎全部建筑物,整个地区变成一片“泽国”,“海防各营死者2000余人”。1922年8月2日一次强台风风暴潮袭击了汕头地区,造成特大风暴潮灾。
据史料记载和我国著名气象学家竺可桢先生考证,有7万余人丧生,更多的人无家可归流离失所。这是本世纪以来我国死亡人数最多的一次风暴潮灾害。
据《潮州志》载,台风“震山撼岳,拔木发屋,加以海汐骤至,暴雨倾盆,平地水深丈余,沿海低下者且数丈,乡村多被卷入海涛中”。“受灾尤烈者,如澄海之外沙,竟有全村人命财产化为乌有”。该县有一个1万多人的村庄,死于这次风暴潮灾的竟达7000多人。当地政府对此不闻不问,结果流行病横行,又死了2000多人。记录到的这次风暴潮值为3.65米,台风风力超过了12级。
上海地区在历史上也曾发生多起非常严重的特大风暴潮灾。其中最严重的一次发生在1696年,“康熙三十五年六月初一日,大风暴雨如注,时方值亢旱,顷刻沟渠皆溢,欢呼载道。二更余,忽海啸,飓风复大作,潮挟风威,声势汹涌,冲入沿海一带地方几数百里。宝山纵亘六里,横亘十八里,水面高于城丈许;嘉定、崇明及吴淞、川沙、柘林八、九团等处,漂没千丈,灶户一万八千户,淹死者共十万余人。黑夜惊涛猝至,居人不复相顾,奔窜无路,至天明水退,而积尸如山,惨不忍言”。这是我国风暴潮灾害历史的文字记载中,死亡人数最多的一次。
据统计,汉代至公元1946年的二千年间,我国沿海共发生特大潮灾576次,一次潮灾的死亡人数少则成百上千,多则上万及至十万之多。
中华人民共和国成立后的四十多年中,我国曾多次遭到风暴潮的袭击,也造成了巨大的经济损失和人员伤亡。
1956年第12号(Wanda)强台风引起的特大风暴潮,使浙江省淹没农田40万亩,死亡人数4629人。
1969年第3号(Viola)强台风登陆广东惠来,造成汕头地区特大风暴潮灾,汕头市进水,街道漫水1.5-2米,牛田洋大堤被冲垮。在当地政府及军队奋力抢救下,仍有1554人丧生。但较1922年同一地区相同强度的风暴潮,死亡人数减少了98%。
1964年4月5日发生在渤海的温带气旋风暴潮,使海水涌入陆地20至30公里,造成了1949年以来渤海沿岸最严重的风暴潮灾。黄河入海口受潮水顶托,浸溢为患,加重了灾情,莱州湾地区及黄河口一带人民生命财产损失惨重。
另一次是1969年4月23日,同一地区的温带风暴潮使无棣至昌邑、莱州的沿海一带海水内侵达30至40公里。
据统计,1949—1993年的45年中,我国共发生过程最大增水超过1米的台风风暴潮269次,其中风暴潮位超过2米的49次,超过3米的10次。共造成了特大潮灾14次,严重潮灾33次,较大潮灾17次和轻度潮灾36次。另外,我国渤、黄海沿岸1950—1993年共发生最大增水超过1米的温带风暴潮547次,其中风暴潮位超过2米的57次,超过3米的3次。造成严重潮灾4次,较大潮灾6次和轻度潮灾61次。台风风暴潮在中国4个海区都有发生,其中以东海最多,占52%,南海次之,占34%,黄海、渤海占14%。
四十多年中,尽管沿海人口急剧增加,但死于潮灾的人数已明显减少,这不能不归功于我国社会制度的优越和风暴潮预报警报的成功。但随着濒海城乡工农业的发展和沿海基础设施的增加,承灾体的日趋庞大,每次风暴潮的直接和间接损失却正在加重。据统计,中国风暴潮的年均经济损失已由50年代的1亿元左右,增至80年代后期的平均每年约20亿元,90年代前期的每年平均76亿元,1992和1994年分别达到93.2和157.9亿元,风暴潮正成为沿海对外开放和社会经济发展的一大制约因素。