熊学军，胡筱敏，赵惠芳，张蔺廉

（1.国家海洋局第一海洋研究所，山东青岛266061；2.福建省晋江市气象局，福建晋江362200；3.浙江省舟山市气象局，浙江舟山316021）

中国近海全潮测验的气象保障分析

熊学军1，胡筱敏1，赵惠芳2，张蔺廉3

（1.国家海洋局第一海洋研究所，山东青岛266061；2.福建省晋江市气象局，福建晋江362200；3.浙江省舟山市气象局，浙江舟山316021）

基于我国近海全潮测验气象保障的迫切需求，根据我们在现场调查中积累的有效经验，把影响中国近海的天气过程看成是大背景场上气压单体的运动，冬季的基本态是气压单体的向海运动，夏季的基本态是气压单体的向陆运动。具体到调查海区，首先把握调查时段天气过程的基本态，关注大背景场中气压单体的运动趋势，推判可能影响到调查海区的气压单体的活动规律以及它们之间的相互作用，确定调查区调查时段天气形势的极端情况；基于可以获得的公益气象预报信息，通过对调查现场基本背景场的踏勘和分析研究，形成局地性修正因子，从而进行调查海区的局地补充订正预报；用现场气象观测站的资料进行验证与反馈，不断改进局地性修正因子；充分结合诸如风动能在一定时段内积分总量准守恒的周期规律性等经验规律，进行调查现场的气象保障服务。

全潮测验；气象保障；动力学分析；气压单体,局地性修正

1 引言

全潮测验是陆架浅海区域性海洋调查的经典观测，它采用大中小潮三个时段、周日连续、多要素同步、多船同步的调查方式，努力用最少的时间、最小的成本，获得区域性海洋系统基本的水动力、水文和气象环境特征。所以，若干年来，全潮测验一直是我国近海海洋工程设计论证中的例行观测。

全潮测验原则上采用大中小潮或小中大潮的顺序，正常情况下要持续8天左右，对于具体的观测海区，大中小潮的潮时基本上是固定的，每个潮时的起始观测时间也只有1天左右的机动期，一旦错过，一般要等半个月左右。而中国近海地处世界最大的大陆亚欧大陆和世界最大的大洋太平洋之间，并与印度洋遥相呼应，受季风影响相当显著，具有7天左右的准周期性天气过程，该过程包括了天气由坏及好或由好及坏的系列变化。所以，中国近海的全潮测验受天气过程的影响巨大，要保证全潮测验期间各潮期观测时段的天气状况都具有相对的良好性，具有相当的难度。由于比较恶劣的气象条件严重影响到全潮测验的人员安全、仪器安全和资料安全，必须做好全潮测验期间调查海区的天气预报，并形成相应的气象保障体系。但截止到目前，从公开渠道可以免费得到的气象预报信息，在空间范围和时间分辨率方面都满足不了全潮测验的要求，依靠职业化的气象预报团队提供全潮测验期间调查海区的精细化天气预报还少有可能，这就要求开展全潮测验团队的自身能够主动进行调查海区的局地补充订正预报，形成相应的保障体系。

本文基于我们多年在我国近海进行全潮测验并进行相应局地补充订正预报的有效实践经验，分析我国近海全潮测验时段气象保障的基本操作和可能实现。由于全潮测验多选择在冬季和夏季两个极端季节进行，这里就只分析冬季和夏季的情况。

2 调查现场气象保障的动力学分析

影响全潮测验海上作业安全的主要是风，以及由风、海流直接或间接引起的波浪，其次是海流、水位等其它因子。

既然风是影响全潮测验现场调查安全的首要因子，直观、主动地理解风的动力学成因至关重要。由于太阳辐射加热、太阳直射点南北移动以及海陆热力性质差异等因素的综合作用，形成了不同地域的气压差异。这种气压差的存在，或者说是压强梯度力的作用，可以直接导致大气从高压区向低压区流动，由于柯氏力的作用，流动方向并不是直接从高压指向低压，而是在压强梯度力和柯氏力作用下，流动方向和压强梯度力的方向有一定交角，这就是风，其大小与压强梯度力成正比。在北半球地面气压分布图上，风在总体上表现为围绕高压中心的顺时针气体流动和围绕低压中心的逆时针气体流动，为了叙述的方便，这里把它们称之为气压单体或者是风单体。全球范围，特别是冬、夏季节大洋与大陆之间由于气压差而导致的气体交换，主要是通过这些风单体来实现的，特别表现在冬季高压单体的向海运动（如寒潮）和夏季低压单体的向陆运动（如台风）。而无论是高压单体或低压单体，其准环状运动都是非对称的，冬季，向海运动的高压单体的向海分支与向海输运的大背景同相，偏北风强劲，而其向陆分支与向海输运的大背景反相，偏南风较弱；夏季，向陆运动的低压单体的向陆分支与向陆输运的大背景同相，偏南风强劲，而其向海分支与向陆输运的大背景反相，偏北风较弱。

根据全潮测验的实际需要，下面具体分析中国近海冬、夏季节观测时段的气象保障。

2.1 冬季观测时段的气象保障分析

对于中国近海而言，全潮测验冬季时段的气象保障最为困难。

冬季，太阳直射点南移，北半球降温，陆地降温比海洋快，亚欧大陆上由于地面冷却迅速易形成气体堆积，逐渐形成亚洲高压，其中心位于副极地地区的蒙古-西伯利亚，称为蒙古-西伯利亚高压[1-2]；而在太平洋上，降温较慢，海面气体因冷却而下沉的趋势不够显著，海面气压相对较低，这就表现出一个相比较而出现的太平洋区的低压。如此以来，本来存在于副极地地区的副极地低压带被陆地上的高压所切断，只保留在海洋上，即是太平洋上的阿留申低压。所以，在亚洲高压和太平洋低压这个大背景上，蒙古-西伯利亚高压与阿留申低压这两个压力区中心遥相呼应，形成了冬季风场的基本态。

对中国近海而言，亚欧大陆上是高压区，环亚欧大陆的太平洋、南海和印度洋是低压区，基本的风通量输运是高压单体的向海运动，而由于风矢量方向与气压场配置的关系，中国近海盛行西北季风和东北季风。

冬季，作为陆海过渡区的中国近海，其最主要的天气形势就是亚欧大陆的高压单体持续不断地向海运动，它们有时单个、有时是几个互相加强或连成一串，总体上来说，一般具有7天左右的准周期性。在台湾海峡和华南沿海，等压线经常呈现出近与海岸平行的态势，东北风出现概率很大。

因为这样背景，冬季全潮测验的难度很大，根据天气过程变化情况合理安排各个潮时的观测时段至关重要。一般情况下，需要全潮测验的气象保障人员提前进入调查现场，提前进行观测海区的气象跟踪与预判，把中国近海天气过程7天左右的准周期性基本规律和调查海区当地的天气过程变化规律充分结合，根据海陆气压场形势进行周、旬、月等时段的气象预报。关于各个潮时观测时段的时间安排，建议首先选择大潮时段天气情况相对较好的期间进行，最好选择风尾时段的大潮期，这样中潮期天气情况一般会较好，小潮期即使遇到下一个天气过程，坚持观测的可能性也相对较大。

2.2 夏季观测时段的气象保障分析

较冬季而言，全潮测验夏季时段的气象保障相对简单。

夏季，太阳直射点北移，陆地增温比海洋快，亚欧大陆上由于地面气体受热上升，逐渐形成亚洲低压，其中心位于副热带地区的印度半岛西北部，称为印度低压[3-5]；而在太平洋上，由于海洋热容量大、升温较慢，海面气体因受热而上升的可能显然小于大陆，海面气压相对较高，这就表现出一个相比较而出现的太平洋区的高压。如此以来，本来存在于副热带地区的副热带高压带被陆地上的低压所切断，只保留在海洋上，即是太平洋上的夏威夷高压。所以，在亚洲低压和太平洋高压这个大背景上，印度低压与夏威夷高压这两个压力区中心遥相呼应，形成了夏季风场的基本态。

对中国近海而言，亚欧大陆上是低压区，环亚欧大陆的太平洋、南海和印度洋是高压区，基本的风通量输运是气压单体的向陆运动，由于地理纬度和海陆分布的具体差异，中国近海杭州湾以北主要盛行东南季风、以南盛行西南季风。

和冬季高压单体频繁孤立而出的情况不同，夏季，由于海洋性质相对而言比较均一，高压区往往连成一体。而在低纬度地区的热带大洋上，往往出现这样的情况，海面上强烈的太阳辐射使气体加热上升，局地较热会在海面上形成相对低气压区，周围气体于是就向该相对低气压区补充，受柯氏力作用，逐渐在海面附近形成气旋式的风场结构，然后，受热上升和气旋式结构互相加强，这种正相迭加促进上升运动迅速发展，在海面形成强的低压中心，更确切的说是一个超低压单体，当气旋区最大风力达到12级及以上，就成为台风。台风一旦形成，就会在海陆气压差的大背景下，发生向陆向的运动。所以，在中国近海海陆交换的前沿海区，特别是台湾周边海区，台风经过的频率很高。

台风是全潮测验夏季观测时段必须重点关注的现象，或者说，做好了台风对调查海区影响的局地补充订正预报，就基本解决了全潮测验夏季观测时段的气象保障问题。由于台风是强天气系统，卫星监测不到的概率极小，对其路径和移动速度的短期预报一般也不会出现较大偏差，所以，我们对台风的防范原则是：

（1）密切关注西太及南海低纬洋区低压中心的生成，一旦形成为热带风暴和台风，必须保持持续跟踪。

（2）充分估计它到达调查区域的可能性，并基此做好调查安排，如果它可能影响到调查区，一般的底线原则是，在其7级风区距离300 km之前必须做好撤退准备，距离100 km之前必须完成撤离。

（3）台风对调查区的具体影响不能笼统对待，如果把台风对地面的影响结构分为台风中心区（包括台风眼和台风墙）、台风右侧区（指台风方向右侧区）和台风左侧区，台风对调查区的影响因经过调查区的台风结构位不同而不同，一般而言，如果台风中心或台风右翼经过调查区时对调查区影响较大，台风左翼经过时对调查区影响则较小。具体说来，台风中心经过时，气流的水平运动和垂直运动都很大，风大、雨大、电闪雷鸣，调查区大风、大浪，能见度低，海水搅动剧烈，含沙量很高；台风右侧经过时，天气状况也相当恶劣，但气流的上升运动相对较弱，由于辐合带以及与副热带高压的相互作用，天气变化也相对复杂，但台风过境后，一般情况下受高压所控制，天气转好；台风左侧经过时，一般情况首先是偏北大风，随台风过境，北风减小，出现无风期，然后偏南风起，有降雨过程，随后天气转好。所以，台风中心区及台风右侧区过境时，海况恶劣，必须等天气转好后方可下海作业；台风左侧区过境后，无风期是短暂的，不能见风小就下海作业，而应等待风转向及雨带经过之后，天气稳定转好后再下海作业。

另外，从全潮测验的代表性考虑，观测期间的降水会带来表层盐度、温度的变化，所以，对降水的预报也比较重要，针对工程建设的实际需要，要么是要避开降水时段进行观测，要么是针对降水时段进行观测。夏季，锋面雨带和台风过程降雨最为常见，在近岸海区，若有低压区滞留或经过，一般会有明显的降雨发生；一段时间内较持续的加热也会引发局地强对流的发生，沿海地区常出现的午后阵雨就与此有关。

3 调查海区局地补充订正预报的实现

对于全潮测验的非专业气象预报人员来说，进行调查海区的局地补充订正预报，需要充分参考与借鉴相关气象台站和其它专业机构提供的实时和预报产品，充分利用目前的网络信息资源，收集整理局地补充订正预报需要的基本资料，主要包括：中央气象台网站公开发布的与调查海区有关的气象信息产品；调查海区周边气象台网站公开发布的气象信息产品；韩国天气图产品；日本气象传真图的系列产品；以及其它相关的气象信息资源。

然而，如果只根据这些从公开渠道可以免费得到的气象预报信息，进行全潮测验观测计划的制定，往往是很困难的，甚至没法进行。原因不是它们预报的不对，而是因为它们预报的海区范围往往比调查海区大很多，预报的时间范围也往往比调查需求的时间分辨长很多，这样预报的极值就会相应增大，也不能较好地分辨天气过程的发展变化，从而与调查海区的实际情况产生一定的误差。事实上，这就是进行全潮测验必须进行调查海区局地补充订正预报的主要原因。

对调查海区进行局地补充订正预报，具体就是对这些大范围的预报结果针对调查海区进行局地性修正：

（1）在调查现场附近设立对调查海区有充分代表性的气象观测站，掌握调查海区的地理区位，特别是该区位的海陆关系以及和周围气象台站的分布关系。

（2）对调查海区所在的背景场，最好是尽可能大的背景场，进行总体趋势的把握和极端天气形势的界定。在季节层次上理清海陆基本气压场的分布，把握该时段气压单体的基本运动趋势，明确大范围场内可能存在的极端天气形势。

（3）明确调查海区所处的气压场性质，若是低压区则注意降水的预报，分析等压线的分布与可能的疏密变化，量化可能最大气压梯度，密切关注调查海区气象上游区的气压单体，跟踪它与周围气压单体的相互作用及发展变化，推测调查海区可能发生的天气过程发展趋势，综合现有预报结果给出主动性的判断。

（4）参考以上判断，在公开发布的有关调查海区的预测结果之间进行比较，进一步判断调查海区更可能的天气情况，形成初步的局地性修正措施。例如，海坛海峡位于平潭、福清和长乐三个预报区的交界处，根据它们之间的区位关系，多数情况下，海坛海峡的风速要小于平潭预报区，大于福清或长乐预报区。

（5）将公开发布的预报信息和局地性修正措施相结合，进行调查海区的现场预报，用现场气象观测站的资料进行验证与反馈，明确差异，分析原因，不断改进局地性修正措施。

另外，一些经验性的规律，也可以用在全潮测验局地补充订正预报的局地性修正上，例如：

（1）对于一个具体的区域而言，风动能不是持续不变的，而是有着从大到小、又从小到大的变化过程，根据经验粗略判断，在非特殊情况下，具体一个调查区在特定季节的风动能，具有在一定时段内积分总量准守恒的周期规律性。以此推断，强风过后，一般会是弱风期。这个规律可以用在冬季时段全潮测验的局地补充订正预报，在冬季，冷空气过境后，会有一段时间的弱风期，可以趁冷空气的风尾出海调查。

（2）海上风速的大小会随着不同潮时潮运动的状况而发生变化。实际的观测经验表明，风表现为背景风和涨/落潮风的迭加，流表现为背景流和涨/落潮流的迭加。当背景风和涨/落潮风一致时，风力加大，风向稳定；当背景风和涨/落潮风不一致时，风力减小，风向不稳定。当背景流和涨/落潮流一致时，流速加大，流向稳定，有压浪效果；当背景流和涨/落潮流不一致时，流速减小，流向不稳定，有增浪效果。当背景风和涨/落潮风一致，背景流和涨/落潮流一致，且风和流一致时，压浪效果显著；当背景风和涨/落潮风不一致，背景流和涨/落潮流不一致，且风和流不一致时，增浪效果显著。另外，小潮时段的海况一般不会太差，即使有天气过程经过，海况的恶化程度也比较有限，而大潮期则反之。所以，全潮测验的局地补充订正预报，要根据不同潮期和潮时的情况区别对待。

（3）向岸风与离岸风对观测海区的不同影响也是全潮测验局地补充订正预报必须考虑的问题。在向岸风情况下，即使风速不大，海况也相对较差；在离岸风情况下，即使风速很大，海况却相对较好。

（4）调查海区的局地性中小尺度过程也须得到全潮测验局地补充订正预报的关注。例如，夏季海面的持续加热，有时会引发局地强对流的发生，伴随着局地性阵风和阵雨；如果调查海区位于较大山的附近，需要关注落山风过程的发展变化。

4 全潮测验现场气象保障个例

采取如上的思路和措施，多年来我们在全潮测验的现场主动进行调查海区的局地补充订正预报，并形成相应的调查现场气象保障体系，收到良好效果。这里以我们新近执行的海坛海峡全潮测验任务为例，简述其现场气象保障关键性的节点。

（1）基本场概况：计划于2011年2月执行冬季全潮观测，2月初，就派遣人员进驻现场，进行现场踏勘与气象观测，进行气象保障的先期准备。基本情况表明，总体背景场呈向东、向南输运的态势，高压单体的基本移动规律也是向东、向南运动，高压中心的移动速度多在10—50 km/h之间变化，可能造成调查区大风天气的是高压单体的南下分支，表现在调查海区为东北风。所以，关注可能影响到调查区的高压单体的活动规律，是做好该时段气象保障的关键。

（2）调查海区基本概况：海坛海峡西倚长乐和福清，东接平潭，北口通过大练岛、小练岛周围的水道与外海相接，南口通过塘屿、草屿与外海相接，涨潮时海水从两端向中间涨，落潮时海水从中间向两端落。在东北风情况下，大练岛、小练岛以北海区由于风区长、深水波向该处传播等影响，海况较差，海况预报需正相修正（累加型修正）；以南海区海域窄狭，除中央航道外水深较浅，加上于大练岛、小练岛的屏障作用，海况较好，海况预报需负相修正（减弱型修正）。基于调查海区的区位布局，需要对福清预报区和长乐预报区进行正相修正，需要对平潭预报区进行负相修正。

（3）前期阶段天气形势：2月上旬，调查海区天气状况良好，但由于正值春节，观测船只及现场协助等难以准备就绪。根据天气过程波动变化的规律性判断，2月中旬天气状况较差是大概率事件，根据序列天气图和预报图进行动力学分析的结论也是如此。但该时段是冬季全潮测验的理想时段，须尽可能择机调查。2月中旬的头几天，调查海区天气情况基本都不好，但高压入海的趋势是明显的，所以，15日前后是天气过程的转折期，做好这一阶段的局地补充订正预报，对下海时间的决策至关重要。

（4）现场决策：临近中潮的2月15日，天气预报称次日风速七到八级，阵风九级。从天气图上（见图1）看，高压中心已入海，调查区次日有风力减少的趋势，15日当晚，风力增强，我们根据风动能在一定时段内积分总量准守恒的经验规律性，判断这个行将蜕变的冷高压当下在调查区出现的强风不会持续太久，且强风过后会有一定时段的弱风期，于是，我们计划次日上午9时（北京时，下同）出航，这样可以保证中潮观测的理想时段。出航现场，风力六到七级，阵风八级，已较夜间有所减小，说明弱风期很快就到要到来，所以决定按计划出航；2小时后，调查现场风力减为四级，现场观测正式开始；4小时后，风力减为2级，海况趋于平稳。海上观测进行期间，考虑涨/落潮风、涨/落潮流等时变因子，结合背景风场和流场，及时进行海况预报，通告各现场观测船。

图1 2011年2月15日17时的地面气压分布图

（5）补充介绍：冬季其它潮段天气状况良好，没有争议性问题影响对气象预报的判断，就不赘述。而该海区夏季时段的全潮观测在2011年6月下旬至7月上旬进行，根据天气形势的总体判断，计划从6月25日或26日开始依小潮、中潮、大潮的次序观测，但6月22日05号台风米雷在菲律宾以东洋面上形成，密切关注米雷的活动规律并作出其对观测海区影响的判断，是现场气象保障的重点。从2011年6月25日7时第05号台风米雷实况图（见图2）和5时的地面气压分布图（见图3）可以看出，米雷正在经过台湾东北海域，其七级风圈半径基本影响不到位于台风中心左侧区的调查海区，而由于台风这个超低压的存在，其附近风场的气压梯度力大于柯氏力，辐合的趋势大于沿等压线运动的趋势，所以该时刻调查海区是离岸的偏北风。随后在9点左右出现无风期。针对这种情况，我们的现场分析认为，该无风期过后应该是偏南风，之后会有阵雨发生，阵雨过后，可以下海作业，所以决定26日上午开始现场观测。随后调查现场的天气变化基本符合我们的判断，现场观测顺利。

图2 2011年6月25日7时第05号台风米雷实况

图3 2011年6月25日5时的地面气压分布图

5 结语

开展全潮测验的团队，因地制宜主动性地进行调查海区的局地补充订正预报，不仅可以有效保障自身现场调查的安全，更能丰富和完善全潮测验的内容和内涵，其中，总结如下建议：

（1）充分利用公开发布的各类相关气象预报信息；

（2）理清有范围区别的控制层次，其一是整体背景场，关注调查海区所在的海陆交换的大背景场，确定基本态；其二是研究分析可能影响到调查海区的气压单体的活动规律以及它们之间的相互作用；其三是针对调查海区的局地补充订正预报；

（3）根据动力学分析，将引起天气结果的成因分解成一系列正、反相因子，再针对具体的海区、时段和天气过程等进行因地制宜的组合，特别是局地补充订正预报需要的局地性修正因子；

（4）建立现场气象观测站，及时验证与反馈。

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Analysis on the meteorological support of the hydrologic measurements over the entire tidal cycle in the China coast

XIONG Xue-jun1，HU Xiao-min1，ZHAO Hui-fang2，ZHANG Lin-lian3
(1.The First Institute of Oceanography，SOA，Qingdao 266061 China；2.The Jingjiang Meteorological Bureau of Fujian Province,Jingjiang 362200 China；3.The Zhoushan Meteorological Bureau of Zhejiang Province,Zhoushan 316021 China)

With the requirement for the meteorological support of the inshore hydrologic measurements over the entire tidal cycle in our country,we attribute the synoptic processes in the offshore of our country to the motion of the air-pressure monomers on the large scale background.The basic situation is the seaward movements of the air-pressure monomers in winter,and landward in summer.First of all,we should understand the basic situation of the synoptic processes during the investigation period,pay attention to the movement trends of the air-pressure monomers on the large scale background,predict the variations and interactions of the air-pressure monomers which may influence the investigated sea area,and determine the extreme weather situations during the investigation period for this area.With the help of the meteorological forecast information,we can obtain the local correction factors required for the local weather forecast by analyzing the basic background of the field.The in-situ data acquired by local weather station can be used for verification and feedback to improve the local correction factors.Such experiences as the quasi-conservation of the integral of the wind kinetic energy over a certain period are recommended being involved in the fine meteorological suppprt service in the field survey.

hydrologic measurements of entire tidal cycle；meteorological support；dynamical analysis；air-pressure monomer；local correction

book=290,ebook=290

P456

：A

：1003-0239（2012）05-0078-07

2011-11-22

“973”计划资助（2012CB955601）；公益专项（200905024）

熊学军（1976-），男，副研究员，主要从事区域海洋学与调查技术研究。E-mail：xiongxj@fio.org.cn