张秀芝+孔亚文

摘 要：使用中国近海28个浮标观测数据对1991—2015年多源卫星高度计校准的波高数据集进行了验证，并用于中国近海海浪气候研究。结果表明：浮标波高与卫星波高的相关系数为0.91～0.99，均方根误差绝大部分为0.09～0.34m，浮标减卫星的波高差平均值绝大多数为-0.06～-0.29m；各海区验证结果略有差异，其中相关系数在东海至南海北部最大达0.97，黄渤海和长江口外海区略小，分别为0.947和0.948；均方根误差在东海至南海北部最小为0.281m，长江口外最大为0.325m，黄渤海居中为0.286m。利用该多源波高数据集进行了中国近海多年平均有效波高和多年一遇波高极值分析。结果表明，中国近海多年平均有效波高为0.6～2.2m，东海东南部、台湾海峡以及南海东北部平均波高较大。大部分海域的有效波高都具有明显的季节变化特征：冬季和秋季的波高明显高于春季和夏季。100年一遇大浪最大的区域位于琉球群岛东南的西北太平洋海域，约9～12m；其次是南海东北部海域和东海海域，约7～11m；中国近岸最大的海域为广东东部和浙江南部，约7～8m；长江口至渤海最小4～6m。

关键词：多源卫星波浪数据；浮标观测；中国近海；波浪分布

1 卫星波高数据验证

海上自然破坏力的90%来自海浪，大浪对航船、海洋工程具有很强的破坏性。了解中国近海海域的海浪状况，不仅有利于海洋防灾减灾，还可以为海洋开发和海上军事活动提供可靠的保障。

目前海浪区域气候研究主要基于海浪模式输出资料、大气模式再分析资料以及卫星高度计的波高数据等。本文比较了多个国际机构校准的沿轨数据集，发现欧洲空间局（ESA）GlobWave项目下法国海洋开发所Queffeulou等建立的数据集[1]，时间跨度长（1991-2015年），卫星数量多（9颗星，见图1a），时空覆盖上都优于以往的数据集。

由于卫星反演模式参数确定过程中没有中国海上的实测数据，因此使用该数据集之前需要将该数据集与中国近海实测数据进行对比分析。收集到中国近海28个浮标（见图1b）每30分钟平均波高数据，筛选与浮标所在位置的距离小于20km的同期卫星30分钟平均波高，对比分析结果表明：浮标波高与卫星波高的相关系数为0.91～0.99，均方根误差绝大部分为0.09～0.34m，浮标减卫星的波高差平均值绝大多数为-0.06m～-0.29m；各海区验证结果略有差异，其中相关系数在东海至南海北部最大达0.97，黄渤海和长江口外海区略小，分别为0.947和0.948，表明多源高度计波高数据集与中国近海浮标观测有较高的一致性，可用于中国近海波浪研究。

2 中国近海海浪气候特征

使用法国海洋开发所建立的多源高度计波高数据分析了中国近海平均有效波高和100年一遇有效波高。

2.1 中国近海平均有效波高的时空分布特征

图2为多年平均有效波高分布图，中国近海有效波高为0.6～2.2m，高值区主要分布在东海东南部、台湾海峡以及南海东北部，年平均值达2～2.4m。南海西部和南部、东海西北部平均有效波高为1.4～1.8m，黄海和渤海有效波高较小，在0.6～1.2m之间。

大部分海域的有效波高都具有明显的季节变化特征，冬季和秋季的波高明显高于春季和夏季，冬季的平均波高最大达2.6m，而春夏季平均波高基本在1.8m以下。台湾岛-吕宋岛以东和南海东北部的大浪区域的位置随着季节而变化：夏季和秋季的高值区北移至15°N以北，与台风活动有关；冬季有效波高的高值区南移至20°N以南，春季则表现出过渡季节的特征。

2.2 100年一遇波浪极值分布特征

在海洋工程设计过程中需要100年、50年一遇波浪极值，评估未来若干年内工程所在区域可能遇到的极端波浪荷载。在多年一遇极值计算过程中，通常应至少由30年以上的年最大值组成样本序列，采用Gumbel或Weibull等常规概率分布模型进行计算。由于多源卫星波浪资料只有23年，采用常规方法會因观测年代短而使得计算结果不稳定或失真，为此本文使用适应风暴随机事件的Poisson-Gumbel[2，3]联合概率分布进行计算，得到了1°×1°网格点100年一遇波浪值。

中国近海及毗邻海域100年一遇有效波高最大的区域位于琉球群岛东南的西北太平洋海域，约9～12m；其次是东海海域至南海东北部海域，约7～11m（见图3）；长江口至渤海最小4～6m。；中国近岸最大的海域为广东东部和浙江南部，约7～8m，其原因是这两个海域受台风影响最严重。

基金项目：本论文由2010DFA62830课题资助

参考文献

[1] Queffeulou P， Croizé-Fillon D. Global altimeter SWH data set-June 2014[J].

Laboratoired'Ocèanograp-hieSpatiale， IFREMER，ftp：//ftp.ifremer.fr/ifremer/cersat/products/

swath/altimeters/waves/documentat-ion/altimeter_wave_merge__11.pdf， 2014.

[2] 天津大学水文水力学教研室编.海洋石油工程环境水文分析计算[M].石油工业出版社.1983.P522.

[3] 张容焱， 张秀芝， 蔡连娃. 沿海风工程设计风速中泊松-耿贝尔法的应用[J]. 应用气象学报， 2010，

21（2）： 237-242.