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1、 年 海 洋 湖 沼 通 报 江苏省南部沿岸海浪特征及分析 文先 华 ， 石洪 源 ， 曹雪 峰 ， 严金 辉 （ 交通运输部天津水运工程科学研究院 ，天 津 ； 中 国海洋大学 海洋环境学院 ，山 东 青岛 ； 国家海洋局南海分局 ，广 东 广州 ） 摘 要 ： 在海洋工程建设中 ， 海浪的危害性是不 得不考虑的问题 。 江苏省作为我国沿海大省 ， 其 海 洋 工 程建设发展迅速 ， 展开其沿岸海浪特征研究意义重大 。 本文利用该海区为期一年的实测海洋波浪资料 ， 对波浪的基本特征 、 变 化规律 、 风与浪的相关关 系等的特征进行统计 、 分 析 、 计 算 ， 为本地的近岸经济建 设提供
2、参考依据 。 关键词 ： 波 浪 ； 波 高 ； 周 期 ； 联 合分布 中图分类 号 ： 文献标志 码 ： 文章编 号 ： （ ） DOI:10.13984/37-1141.2016.01.001 引言 近年来 ， 随着沿海地区海洋开发 、 经济产值的增加 ， 引起人们对海洋灾害的重视 。 对海洋灾害的研究 和预防就成了当今热门 ， 在近岸海洋灾害中 ， 海浪是属于破坏力比较大的一种 。 有研究证明 ： 海 上自然破 坏 力 来自于海 浪 ， 仅 的破坏力直接来自于 风 。 江苏省南部海域地势 平 坦 ， 在 东北大风及东 南 大风长时间作用之 下 ， 易于风浪成 长 ， 产生较大波 浪 。
3、 对其海域波浪特征有必要进 行 分 析研 究 ， 提 高防 御 海浪灾害的能 力 ， 减轻海洋灾害所造成的损 失 。 鉴于海浪的重要 性 ， 早在上世 纪 年 代 就已经开始了 海 浪的研究 ， 并取得一定成 果 。 张成宽 等 首次采用逆波射线追踪法对江苏沿海辐 射 沙洲波浪特性进行 研 究 ；齐义泉 等 用两年的卫星高度计遥感资 料 ， 分析了黄海中部风浪特 征 ； 邱 桔 斐 使 用 模 式 ， 对 江 苏 省沿海风浪特征进行数值模拟研 究 ， 并应 用 高级语言开 发 控件 ， 对计算结果建立数据 库 。 谢冬梅 以 风场资料驱动第三代海浪模 式 。 针对东中国海进行了连 续 年 （
4、） 的波浪后报模 拟 ， 在此基础上开展了东中国海波浪时空分布特征研 究 。 虽然在该区已 经开展了一定的 研 究 ， 但是基于实测资料的波浪统计研究至今没 有 ， 因此 ， 进行该方面研究具有一定价 值 。 本文根据 年 年一年的实 测 资 料对江苏省 南 部近 海 海 浪特征进行统计分析 ， 为近岸工程建设提供一定参考价值 。 站位布设以及仪器介绍 其观测站 位 分 别 为 （ ， ） 和 （ ， ）， 站位布设如图 所示 。 点投放 和 型海洋自动监测系统分别进行海浪和 气象资 料 观 测 ， 点 布 设 型 波 浪 观 测仪器进行波浪要素的观测 ， 点和 点在低 潮时的水深约为 。 观
5、测时间为 年 图 观测站位示意图 第一作者简 介 ： 文 先 华 （ ） ， 男 ， 广西壮族自治区贺日市 人 ， 工 程 师 ， 主要从事海岸港口水文分析研究工 作 。 通讯作 者 ： 严 金 辉 ， 男 ， 研 究 员 ， 主要从事物理海洋研 究 收稿日 期 ： 月 份 全 年 方 向 海 洋 湖 沼 通 报 年 月 年 月 ， 历时一年 ， 采样频率为 。 各仪器指标如表 所示 。 表 调查使用仪器设备及性能指标 序号 设备型 号 名 称 制造厂 技术指标 波高 测量范围 ：（ ） 不确定度 ： 量 程的 波浪骑士 波浪骑士 型 海洋自动 监测系统 荷兰 公 司 荷兰 公 司 中国天津
6、技术中心能见度 传感器 （ 芬 兰 ） 波向 测量范围 （ ） 周期 测量范围 ：（ ） 不确定度 ： 波高 测量范围 ：（ ） 不确定度 ： 量 程的 波向 测量范围 （ ） 周期 测量范围 ：（ ） 不确定度 ： 风速 测量范围 ：（ ） 不确定度 ： 时 ： 时 ： 读 数 风向 测量范围 ：（ ） 不确定度 ： 江苏省南部海区风要素统计 风向特征统计 依据 次 采样频率获取的风数据分析各月 风向频率 。 全年及各月风速风向频率分布 （ 见 表 ）。 调查海 区 全 年 风 向 以 向 风 为 最 多 ， 频 率 达 ， 、 、 向 风 次 之 ， 频 率 依 次 为 、 、 ； 、 、
7、 向风最少 ， 频率分别为 、 、 ； 全年静风频率为 。 表 观测期风向分布统计 风速特征统计 全年及各月风速频率分布见表 ， 调查期间 ， 海区全年平均风速为 ， 其中月平均风速以 月 份为最大 ， 为 ， 月份最小为 ， 月均平均风速变化较小 。 月 份 全 年 方 向 月 份 全 年 方 向 期 江苏省南部沿岸海浪特征及分析 表 风速特征统计 月均 最大风速特征统计 调查期间最大风速统计 （ 见表 ）。 观测到的最大风速为 ， 风 向为 向 ， 出 现在 年 月份 ； 次大风速为 ， 风 向 为 ， 出 现 在 年 月 份 ； 第 三 大 风 速 出 现 在 年 月 份 ， 最大风速为
8、 ， 风向为 。 年 月份 、 月份观测到的最大风速最小 ， 同为 。 表 观测期最大风速统计 最大值 江苏省南部近海海浪特征 资料获取 从波浪仪回收的数据 ， 可直接由仪器 自带软件生成波面高度标准方差 ， 有 效波高 ， 最 大波高 海 洋 湖 沼 通 报 年 ， 平均波高 ， 波浪平均方向 ， 跨零周期 ， 谱峰周期 ， 波面能谱 等波浪参数 。 波向统计 波向表征波动传播方向 ， 其统计结果 （ 见表 ）。 调查期间 点常浪向为 ， 次浪向为 ； 点常浪 向为 ， 次浪向为 。 点和 点的 向波浪分别占全年波向分布的 和 。 表 观测期 点和 点波向频率统计 站号 点 * 点 有效波高
9、 有效波 高 是工程设计的重要 参 数 ， 它 表征海面的海况特 征 ， 在 本年度波浪观测有效波高统计 如 表 所示 。 如表所示 ， 观测期间有效波 高 最 大 值 为 ， 发 生 在 月 份 点海 域 ； 点最大有效 波 高 为 ， 发生在 月 份 ， 即 东 北 大 风 期 间 ； 点 和 点 全 年 有 效 波 高 的平均值分别 为 和 ； 较大有效波高月 份 主要发 生 在 月 、 月 和 月 份 ， 月 、 月有效波 高 较 小 ； 向浪的有效波 高 最大 ， 其次 为 和 向 。 表 特 征统计 月份 点 月最大 * 点 点 月平均 * 点 由 统计可知 ， 点平均有效波高均大
10、 于 点 ； 除 年 月外 ， 其余各 月 点的最大有效波高也高 于 点 ； 观测期内 除 、 向外 ， 其余各 向 点 有效波高均大于对应 的 点波 高 。 因 此 ， 调 查海 区 波浪 由 点 向 点的近岸传播过程 中 ， 由于浅水效应的影 响 ， 波高减小 。 周期统计 波浪平均跨零周期 也是工程 设计的重要参数 ， 它 表征海面的波浪特征 。 表 为观测期内各月波 浪周期特征统计 。 由表可知 ， 观测期内测得 的最大平均跨零周期为 ， 发 生在 年 月的 点和 点 ； 最小周期为 ， 发生在 年 月的 点 。 各月波浪平均周期变化不大 ， 主 要集中在 之间 。 观测期内 ， 点和
11、 点的波浪周期主要分布在 的 范围内 ， 分 别占波浪全部周期分布 的 和 ； 是波浪周期的次要集中区 。 表 分布频率统 计 周期 点 * 点 波高与周期联合分布 波高 与 周期的分布是确定某一波高所对应的周期的出现频 率 ， 表 、 是观测期 内 、 联 合分 布 表 ， 图 是各周期段的平均波高分布图 示 ， 由 图表可 见 ， 全 年 为 且 为 的 波浪 最 为集中 ， 点 、 点分别 为 和 ； 且 为 的 波浪 分布次 之 。 为 的最大有效波高小 于 ， 为 的波浪周 期 介于 。 期 累积 最大波高 （ ） 平均波高 （ ） 表 观测期 点波高周期联合分布频率统计 累积 累积
12、 最大波高 （ ） 平均波高 （ ） 图 观测期 内 点 、 点各周期段的平均波高分布图 示 各月最大波高分析 依据观测期获取的所有数据统计各月最大波高及对应周期 、 各月最大 等 （ 见表 和图 ）。 调查 期间观测到的最大波高 为 ， 对 应 周 期 为 ， 浪 向 为 ， 发 生 在 年 月 日 ： 的 点 ， 此时天气过程正 好为东北大风过程 ， 对 应 平均风速为 ， 平均风向为 ， 极大风速为 ， 该大 浪主要为调查海区东北大风形成的风浪和涌浪的混合浪 ； 月份 日 ： 的 点的波高为 ， 对应周期为 。 调查期间观测次大波高为 ， 对 应 江苏省南部沿岸海浪特征及分 析 表 观测
13、 期 点波高周期联合分布频率统 计 累 积 海 洋 湖 沼 通 报 年 周期为 ， 浪向为 ， 发生在 年 月 日 ： 的 点 ， 此时天气过程正好为东南大风过程 ， 对 应的 平均风速为 ， 平均风向为 ， 极大风速为 ， 该大浪主 要为调查海区东南大 风形成的风浪和涌浪的混合浪 ； 同期 点的波高为 ， 对应周期为 。 除 年 月 点和 点基本一致外 ， 其余各月 点的最大波高均明显高于 点的最大波高 ， 各 点最大波高对应的周期差别不大 ， 均在 以下 。 说明调查海区的大浪主要 为本地大风形成的风浪 ， 海 浪向岸边传播过程中 ， 波高衰减 。 图 调查期各月最大波高及对应周期图示 表
14、 各月及观测期波浪特征统计（单 位 ：波 高（ ），周 期（ ） （ ： （ ）， （ ） 月份 点 月最大 * 点 对应 点 周期 * 点 对应 点 波向 * 点 点 月最大 * 点 点 月平均 * 点 风向与浪向的相关性分析 本海区波浪的变化特征与风场的变化相对应的 ， 风场的 特征具有明显的季节性变化 。 因而 ， 波 浪的 变化特征也具有明显的季节性变化 。 图 、 分别是 点和 点浪向和风向频率的分布 玫瑰图 。 由图可见 ， 在以风浪为主的调查海区 ， 风 向与浪向的相关性较好 ， 但在波浪折射绕射和浅水效应的作用下 ， 浪向右偏于风力作用方向 。 以 、 方向为主的东北季风作用期
15、间 ， 浪 向主要集中在 、 向 。 以 方向为主的东南季风作用期间 ， 浪 向 主要集中在 向 。 期 江苏省南部沿岸海浪特征及分析 图 点浪向和风向频率分布（ 月 ， 月 ， 月 ， 月） （ ， ， ， ） 图 点浪向和风向频率分布（ 月 ， 月 ， 月 ， 月） （ ， ， ， ） 海 洋 湖 沼 通 报 年 结 论 本文以一年期海上实测资料为主 ， 对江苏省 南部海区的海浪进行统计分析 ， 给 出其波高 、 波 向 、 周 期 等要素的统计特征 。 该海区波浪特征如下 ： 本海区海浪基本是以 向为主 ； 有效波高基本在 以下 ； 海域内各月周期变化不大 ， 主要集中在 之间 。 在风浪为主期间内 ， 风向和浪向的相关性较好 ， 但在浅水效应和波浪折射的作用下 ， 浪 向偏向风向的 右方 。 参考文献 邹 涛 ， 刘 秀 梅 ， 叶 风娟 天津沿岸海浪特征及分 析 海 洋预 报 ， ，