渤海秋冬季偏北大风海陆风力差异的研究
2009年9月11日
摘要：由于缺乏海上常规风的观测资料，气象部门在日常制作和发布海上风力预报时，存在预报不准确，同时也无法了解海上风力预报的准确率。为了解决这个问题，消除航运企业和海事安全管理人员对气象部门所作风力预报的不正确理解及其对指导日常安全生产的影响，依据有关学者对渤海各海区风力的调查统计和研究结果，对渤海秋冬季偏北大风的海陆风力差异情况，以及渤海海陆测站风力的日变化情况进行了重新统计分析和归纳总结。由此分别得到了在渤海出现东北大风和西北大风时，渤海西部、中部和海峡等各海区风力与塘沽站的差值，以及海上平台站与海岛站和陆地站在白天和夜间的风力差异。这些定量结果将便于航运企业和海事安全管理等部门更好地理解气象部门所发布的大风预报，更好地指导船舶安全生产。
关键词：水路运输；偏北大风；海陆风力差异；统计分析
有过海上航行经历的人都知道，在同样的条件下，海上的风比陆地上大，但是，却很少有人能够确切地说出到底相差多少，以及根据是什么。
由于在广阔的海洋上观测站点十分缺乏，而对那些船舶观测的结果，气象部门一般因其观测条件受限制、观测仪器不能定期检定、观测人员不能较严格地按规范进行操作等原因，对其观测
2009年9月11日
摘要：由于缺乏海上常规风的观测资料，气象部门在日常制作和发布海上风力预报时，存在预报不准确，同时也无法了解海上风力预报的准确率。为了解决这个问题，消除航运企业和海事安全管理人员对气象部门所作风力预报的不正确理解及其对指导日常安全生产的影响，依据有关学者对渤海各海区风力的调查统计和研究结果，对渤海秋冬季偏北大风的海陆风力差异情况，以及渤海海陆测站风力的日变化情况进行了重新统计分析和归纳总结。由此分别得到了在渤海出现东北大风和西北大风时，渤海西部、中部和海峡等各海区风力与塘沽站的差值，以及海上平台站与海岛站和陆地站在白天和夜间的风力差异。这些定量结果将便于航运企业和海事安全管理等部门更好地理解气象部门所发布的大风预报，更好地指导船舶安全生产。
关键词：水路运输；偏北大风；海陆风力差异；统计分析
有过海上航行经历的人都知道，在同样的条件下，海上的风比陆地上大，但是，却很少有人能够确切地说出到底相差多少，以及根据是什么。
由于在广阔的海洋上观测站点十分缺乏，而对那些船舶观测的结果，气象部门一般因其观测条件受限制、观测仪器不能定期检定、观测人员不能较严格地按规范进行操作等原因，对其观测
结果不予采信，因此，预报结果准确性的验证无法进行。实际上，目前中国国家气象局仅对陆地大风预报的准确率进行评定检验，对海区大风预报暂不进行评分。
渤海是我国北方半封闭的内陆浅海，环渤海地区是我国北方经济最发达的地区，沿“C”字形海岸线，密集分布着大量现代化港口，海上交通量日益增多。但是，由于渤海特殊的地理位置和地形环境的影响，大风等气象条件也不同于我国其它海区，如不同海域的风向风速差别较大、中尺度天气现象明显等。
为了更好地做好渤海地区交通运输及各类海上工程作业的安全保障，有必要对以往有关渤海大风与陆地大风之间风力对比分析的研究工作给予全面细致的总结，给出便于航运企业和海事安全管理人员使用的定量结果。
1渤海海陆大风对比研究概况
对渤海海陆大风的对比研究可谓来之已久，沿岸各气象台的预报人员、航运企业、海事局和军队等方面的相关人员，都非常迫切地希望对此问题有一个明确的、便于使用的结论。
目前，沿海各气象台在预报海上大风时，一般都是在所预报的陆地大风风力的基础上，加一个由经验确定的差值。以处于渤海沿岸的大连台为例，当预报为偏南风时，一般对海上采取不加级或加半级的做法，如预报陆地为偏南风5～6级，则预报海面也是5～6级或6级；对偏
渤海是我国北方半封闭的内陆浅海，环渤海地区是我国北方经济最发达的地区，沿“C”字形海岸线，密集分布着大量现代化港口，海上交通量日益增多。但是，由于渤海特殊的地理位置和地形环境的影响，大风等气象条件也不同于我国其它海区，如不同海域的风向风速差别较大、中尺度天气现象明显等。
为了更好地做好渤海地区交通运输及各类海上工程作业的安全保障，有必要对以往有关渤海大风与陆地大风之间风力对比分析的研究工作给予全面细致的总结，给出便于航运企业和海事安全管理人员使用的定量结果。
1渤海海陆大风对比研究概况
对渤海海陆大风的对比研究可谓来之已久，沿岸各气象台的预报人员、航运企业、海事局和军队等方面的相关人员，都非常迫切地希望对此问题有一个明确的、便于使用的结论。
目前，沿海各气象台在预报海上大风时，一般都是在所预报的陆地大风风力的基础上，加一个由经验确定的差值。以处于渤海沿岸的大连台为例，当预报为偏南风时，一般对海上采取不加级或加半级的做法，如预报陆地为偏南风5～6级，则预报海面也是5～6级或6级；对偏
北风则采取加1～2级的办法。类似的天津气象台也有偏南风不加级、偏东风比塘沽站加4m·s-1、偏北风加2～3m·s-1的做法(见表1)。
表1渤海沿岸气象台海上大风预报习惯做法
表1渤海沿岸气象台海上大风预报习惯做法
风向 | 偏南风 | 偏东风 | 偏北风 |
大连台 | 不加级或加半级 | 加1～2级 | |
天津台 | 不加级 | 比塘沽加4m·s-1 | 比塘沽加2～3m·s-1 |
在国外，一些发达国家一般是利用漂浮站进行观测，用在较长时间内观测到的海上大风数据，与陆地观测站的大风资料进行对比，以得到海面风与沿岸陆地测站之间风力的关系，然后得出可由陆地风推出海面风的理论模式或半经验模式。但是，由于国内缺乏海上常规观测资料，欲开展这项研究工作必须有多方面长时间的配合，以获取日常气象部门观测站无法获得的海上大风观测资料。这样的合作涉及的部门多、人员多、持续时间长，难度非常大。所以，对此问题的研究可以说是断断续续，进展也比较缓慢。
实际上，国内真正意义上对渤海大风进行较为全面、大规模地调查、获取大风观测数据的活动，仅有1979年至1981年一次。当时是在中国气象局的赞助下，我国北方沿海的辽宁、河
实际上，国内真正意义上对渤海大风进行较为全面、大规模地调查、获取大风观测数据的活动，仅有1979年至1981年一次。当时是在中国气象局的赞助下，我国北方沿海的辽宁、河
北、山东三省和天津一市，成立了“四省市海上大风联防小组”，先后组织了多艘次大、中型客货轮，对渤海和黄海春、秋、冬季大风进行了对比调查。此次调查的核心目的，是为了获取大量可靠的海面实测风资料和进行海陆大风对比分析，进而为陆上测站推算海风的理论模式做好准备工作。
经过5个时段总计190多天，分春季(3月21日至4月30日)和秋季(10月11日至11月20日)的联合协作，获取了大量宝贵的海上大风观测资料。尽管此次调查资料年限过短，测风点也比较有限，个别站点还有缺测现象，但毕竟得到了真正可以进行海陆大风对比分析的第一手数据。根据这些资料，各方面的研究人员撰写了许多研究报告和学术论文，对渤海和黄海海上大风的特征、海陆风力的对比进行了分析研究。甚至到20世纪90年代末仍有这样的论文发表。
除此之外，对渤海大风进行的研究和相应的海陆大风的对比分析，基本上多是零散的或局部性的。大连、天津、烟台等地的气象部门均作过一些研究，但所使用的海上数据资料基本上是海岛站和海洋平台站的测风资料。这方面较为全面和系统研究的有《黄渤海大风概论》和《渤海大风海陆对比分析》等。近年来，天津气象科学研究所进行了《渤海海洋气象中尺度数值预报试验系统研究》项目，对渤海不同海区由于中尺度特征造成的风速差异进行了模拟计算。
经过5个时段总计190多天，分春季(3月21日至4月30日)和秋季(10月11日至11月20日)的联合协作，获取了大量宝贵的海上大风观测资料。尽管此次调查资料年限过短，测风点也比较有限，个别站点还有缺测现象，但毕竟得到了真正可以进行海陆大风对比分析的第一手数据。根据这些资料，各方面的研究人员撰写了许多研究报告和学术论文，对渤海和黄海海上大风的特征、海陆风力的对比进行了分析研究。甚至到20世纪90年代末仍有这样的论文发表。
除此之外，对渤海大风进行的研究和相应的海陆大风的对比分析，基本上多是零散的或局部性的。大连、天津、烟台等地的气象部门均作过一些研究，但所使用的海上数据资料基本上是海岛站和海洋平台站的测风资料。这方面较为全面和系统研究的有《黄渤海大风概论》和《渤海大风海陆对比分析》等。近年来，天津气象科学研究所进行了《渤海海洋气象中尺度数值预报试验系统研究》项目，对渤海不同海区由于中尺度特征造成的风速差异进行了模拟计算。
2渤海秋冬季海陆偏北大风风力差异
2．1渤海NE大风风力的海陆差异
根据历史资料统计，渤海各海区NE大风风力的分布规律如下：秋、冬季渤海中部风力最大、西部其次、东部海峡最小；冬季中部风力强度为全年之首、东部海峡其次、西部最小。具体风力差异情况见表2。
表2秋冬季渤海各海区NE大风风力比较
2．1渤海NE大风风力的海陆差异
根据历史资料统计，渤海各海区NE大风风力的分布规律如下：秋、冬季渤海中部风力最大、西部其次、东部海峡最小；冬季中部风力强度为全年之首、东部海峡其次、西部最小。具体风力差异情况见表2。
表2秋冬季渤海各海区NE大风风力比较
季节 | 海区 | ||
渤海西部 | 渤海中部 | 渤海东部(海峡) | |
秋季 | 风力其次 | 风力最大(平均比东部西部大1级) | 风力最小 |
冬季 | 风力最小 | 风力最大(平均比东部西部大2级) | 风力其次 |
根据对塘沽与渤海西部海上平台的平均风速的比较得知，渤海西部海区和沿岸地区的秋、冬季出现NE大风时，有明显的日变化。一般午后海陆风速差值最小，几乎为0，甚至陆地风速略大于海上；上午风速差值最大，为0800海上平均风速比陆地大2．0m·s-1(见表3)。
由蒲氏风级表中不同等级的风速情况可知，各风力等级中的风速下限增加2m·s-1后基本还是
由蒲氏风级表中不同等级的风速情况可知，各风力等级中的风速下限增加2m·s-1后基本还是
这一级，但上限增加2m·s-1后风力将增大1级(见表4)。
再考虑到表3的统计事实，基本上可以认为有这样的统计规律：当塘沽台出现某级NE大风时，秋季渤海西部风力将大1级、中部大2级、东部海峡大1级；冬季渤海西部风力将大1级、中部大3级、东部海峡大2级(见表5)。
表3 秋冬季渤海西部与塘沽NE风速比较
m·s-1
再考虑到表3的统计事实，基本上可以认为有这样的统计规律：当塘沽台出现某级NE大风时，秋季渤海西部风力将大1级、中部大2级、东部海峡大1级；冬季渤海西部风力将大1级、中部大3级、东部海峡大2级(见表5)。
表3 秋冬季渤海西部与塘沽NE风速比较
m·s-1
位置 | 时间(北京时间) | 平均 | |||
0200 | 海陆资料0800 | 1400 | 2000 | ||
海上 | 6．3 | 6．8 | 5．2 | 6．0 | 6．0 |
塘沽 | 4．7 | 4．8 | 5．3 | 5．4 | 5．0 |
海陆差值 | 1．6 | 2．0 | -0．1 | 0．6 | 1．0 |
表4蒲氏风级表相关信息
风级 | 5级 | 6级 | 7级 | 8级 | 9级 | |||||
上下限 | 下限 | 上限 | 下限 | 上限 | 下限 | 上限 | 下限 | 上限 | 下限 | 上限 |
风速／(m·s-1) | 8．0 | 10．7 | 10．8 | 13．8 | 13．9 | 17．1 | 17．2 | 20．7 | 20．8 | 24.4 |
风速+2m·s-1 | 10．0 | 12．7 | 12．8 | 15．8 | 15．9 | 19．1 | 19．2 | 22．7 | 22．8 | 26．4 |
+2m·s-1后风级 | 5级 | 6级 | 6级 | 7级 | 7级 | 8级 | 8级 | 9级 | 9级 | 10级 |
风速+4m·s-1 | 12．0 | 14．7 | 14．8 | 17．8 | 17．9 | 21．1 | 21．2 | 24．7 | 24．8 | 28．4 |
+4m·s-1后风级 | 6级 | 7级 | 7级 | 8级 | 8级 | 9级 | 9级 | 10级 | 10级 | 10级 |
表5塘沽站与渤海各海区秋冬季NE大风风力比较
季节 | 区域 | |||
塘沽 | 渤海西部 | 渤海中部 | 渤海东部 | |
秋季 | 基准 | +1级 | +2级 | +1级 |
冬季 | 基准 | +1级 | +3级 | +2级 |
2．2渤海NW大风风力的海陆差异
在对渤海各海区秋、冬季NW大风风力进行统计后，得到如下规律：秋季渤海西部NW大风风力最大，平均比中部和东部大1级；冬季各海区风力接近，但东部海峡区略大于西部(见表6)。
表6秋冬季渤海各海区NW 大风风力比较
在对渤海各海区秋、冬季NW大风风力进行统计后，得到如下规律：秋季渤海西部NW大风风力最大，平均比中部和东部大1级；冬季各海区风力接近，但东部海峡区略大于西部(见表6)。
表6秋冬季渤海各海区NW 大风风力比较
季节 | 海区 | ||
渤海西部 | 渤海中部 | 渤海东部(海峡) | |
秋季 | 风力最大(平均比中部、东部大1级) | 风力相对略小 | |
冬季 | 风力相对略小 | 风速略大 | |
根据塘沽与渤海西部海上平台不同时次的风速比较得知，渤海西部海区和沿岸地区秋、冬季出现NW大风时，也有明显的日变化。一般午后海陆风速差值最小，夜间风速差值最大，02h海上平均风速比陆地大4．0m·s-1(见表7)。
同样地，由蒲氏风级表中不同等级的风速情况可知，各风力等级中的风速下限增加4m·s-1后风力将增大1级，上限增加4m·s-1后风力将增大2级(见表4)。再考虑到表2的统计事实，可知：当塘沽台出现某级NW大风时，秋季渤海西部风力将大3级、中部和东部海峡大2级；冬季渤海西部和中部风力大2级、东部海峡风力大3级(见表8)。
表7秋冬季渤海西部与塘沽NW大风风速比较
m·s-1
同样地，由蒲氏风级表中不同等级的风速情况可知，各风力等级中的风速下限增加4m·s-1后风力将增大1级，上限增加4m·s-1后风力将增大2级(见表4)。再考虑到表2的统计事实，可知：当塘沽台出现某级NW大风时，秋季渤海西部风力将大3级、中部和东部海峡大2级；冬季渤海西部和中部风力大2级、东部海峡风力大3级(见表8)。
表7秋冬季渤海西部与塘沽NW大风风速比较
m·s-1
位置 | 时间(北京时间) | 平均 | |||
0200 | 0800 | 1400 | 2000 | ||
海上 | 8．7 | 7．7 | 6．8 | 8．2 | 7．8 |
塘沽 | 4．7 | 4．7 | 7．0 | 5．4 | 5．4 |
海陆差值 | 4．0 | 3．0 | -0．2 | 2．8 | 2．4 |
3渤海海陆测站风力的日变化
将渤海沿岸台站秋、冬季不同观测时间大风的平均风速，与几个平台站和海岛站在不同观测时间的大风平均风速进行比较后，可以发现，在不同风向的大风条件下，沿岸台站与平台站和海岛站的大风日变化情况显著，而且有着明显的不同。
表8塘沽站与渤海各海区秋冬季NW大风风力比较
将渤海沿岸台站秋、冬季不同观测时间大风的平均风速，与几个平台站和海岛站在不同观测时间的大风平均风速进行比较后，可以发现，在不同风向的大风条件下，沿岸台站与平台站和海岛站的大风日变化情况显著，而且有着明显的不同。
表8塘沽站与渤海各海区秋冬季NW大风风力比较
季节 | 区域 | |||
塘沽 | 渤海西部 | 渤海中部 | 渤海东部 | |
秋季 | 基准 | +3级 | +2级 | +2级 |
冬季 | 基准 | +2级 | +2级 | +3级 |
总的说来，海上平台站的风速比海岛站和陆地站的都大，而海岛站风速又要大于陆地站。在秋、冬季NE大风或NW 大风时，沿岸站的大风风速白天大、夜间减小，最大风速值出现在14h左右；海上平台站与此相反，白天风速小、夜间风速大；海岛站与陆地站类似，但风速明显要大些(见表9、表10，图1、图2)。
表9秋冬季渤海海区不同台站不同时次NE大风风速的统计平均
表9秋冬季渤海海区不同台站不同时次NE大风风速的统计平均
m·s-1
时次 | 0200 | 0800 | 1400 | 2000 | |
台站类型 | 沿岸站 | 5．0 | 5．7 | 6．3 | 4．9 |
海岛站 | 9．1 | 9．4 | 10．8 | 8．8 | |
平台站 | 11．3 | 10．5 | 10．2 | 10．0 | |
[attachment=110577]
图1秋冬季渤海海区不同台站、不同时次NE大风风速日变化
从风速日较差情况可以看出，海面风速日较差为负值，陆地为正值。这主要是海陆下垫面热力性质差异引起的。而且，不同风向的海陆风速日变化也不相同，NW大风在海上和陆上的日较差都更大些(见图3)。已有的研究一般认为，这是由于岸边极强的局地斜压性对海面西北大风有着极为重要的影响，当引起NW大风的冷锋在秋、冬季夜间从较冷的陆地移向较暖的海面时，海陆温差的局地锋生作用将使西北风增大
表l0秋冬季渤海海区不同台站不同时次NW大风风速的统计平均
m·s-1
时次 | 0200 | 0800 | 1400 | 2000 | |
台站类型 | 沿岸站 | 6．7 | 8．4 | 9．3 | 7．9 |
海岛站 | 8．7 | 10．5 | 9．8 | 10．1 | |
平台站 | 12．5 | 13．0 | 9．9 | 12．9 | |
[attachment=110578]
图2秋冬季渤海海区不同台站不同时次NW大风风速日变化
[attachment=110579]
图3秋冬季渤海海区不同风向不同台站风速日较差比较
4结语
1．海陆风力比较分析关系到海上天气预报的可信度，是航运和海事安全管理部门十分重视的问题。但是，由于国内目前缺少海上观测站点的资料，海陆风力对比试验工作进展缓慢。
2．出现NE大风时，渤海各海区风力与渤海西岸的塘沽站相比，秋季渤海西部风力大1级、中部大2级、东部海峡大1级；冬季渤海西部风力大1级、中部大3级、东部海峡大2级。
3．出现NW大风时，与塘沽站相比，秋季渤海西部风力大3级、中部和东部海峡大2级；冬季渤海西部和中部风力大2级、东部海峡风力大3级。
4．海上平台站的风力比海岛站和陆地站都大，而海岛站风力又大于陆地站。风力的日变化情况为：沿岸站大风风力白天大、夜间减小；海岛站与陆地站类似；海上站与陆地站相反，白天风力小、夜间风力大。
作者：赵强，刘大刚，李杰 来源：中国航海
3．出现NW大风时，与塘沽站相比，秋季渤海西部风力大3级、中部和东部海峡大2级；冬季渤海西部和中部风力大2级、东部海峡风力大3级。
4．海上平台站的风力比海岛站和陆地站都大，而海岛站风力又大于陆地站。风力的日变化情况为：沿岸站大风风力白天大、夜间减小；海岛站与陆地站类似；海上站与陆地站相反，白天风力小、夜间风力大。
作者：赵强，刘大刚，李杰 来源：中国航海
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