甘雨鳴　沈燦燊

　　1　前言

　　臺風暴潮，是我國沿海地區一種危害甚大的灾害，每年臺風到來之時，狂風巨浪，冲毁農田家舍，造成生命和物質的巨大損失，這種現象，在瀕臨南海的廣東、廣西等省尤甚。珠江三角洲，地勢低平，又是廣東省的重要産糧區，對於這種灾害的防範，尤應加以注意。目前，全國的水文工作者，在黨的領導下，在群衆的努力下，對有關預報方法研究問題，進行了不少卓越有成效的工作，在總結了中外的好經驗的基礎上，提出了不少新的、更準確的方法。不過，在這些工作中，普遍存在的一個問題是：由於對各種不同類型的臺風增水缺乏明確的認識，不了解它們的增水規律，包括增水值的大小，時間的早晚等，致使在預報中無法進一步提高預報精度。例如：7422號臺風登陸後才造成增水；相反，7005號臺風，增水陡漲下落，變差大，水位振幅也大。要預報好臺風增水，不僅要對一般的造成增水的諸要素及其各要素的綜合要有明瞭準確的瞭解，要對地形的影響，地區的特點有清晰的掌握，還要對各種形式的臺風及增水規律要有一個通盤的考慮，只有這樣，才能使臺風暴潮的預報技術提到一個更高的高度。

　　本文，根據江門潮水位站和黄冲觀測站的資料，在他們的熱情幫助下，在國家海洋局及南海分局屬下沿海臺站的支持下，由數學系73級畢業班師生作爲畢業實踐與地理系水文專業臺風暴潮研究組共同協作，針對上述問題而進行的。對該站數十場臺風增水，通過電子計算機進行了初步的分類研究和計算，試圖在對臺風增水過程進行分類的基礎上，確定模式，使預報能有更充分的根據，提高預報精度，也爲研究臺風暴潮單站預報及其機制，爲臺風暴潮基本理論的研究，提供一個初步的基礎。

　　2　基本思路及做法

　　本文是采用統計中常用的相關分析方法進行分類的，也就是説用相關系數R爲客觀分析共同指標，對黄冲站的臺風增水的許多過程的相似程度進行計算並分類。

　　稱S 爲協方差  S ，S 爲標準差。

　　R 爲相關系數，且存在︱Rxy︱≤1，若Rxy的值越接近於0，則説明兩個序列越不相似，Rxy的值越接近於1，則認爲兩序列越相似，而Rxy＜0時，則負相關。

　　爲了進一步考察兩個序列的相似性，有時要在一定的時移條件下進行比較，即把兩個序列相對錯動 個抽樣間隔。

　　在對黄冲站的每兩個增水過程進行計算時，我們用的是式（3），這裏的序列x 、y 是臺風引起的每小時的增水值。對每場臺風增水的資料以“最近點”爲中心點（γ=0）。“最近點”是指在臺風路徑中距黄冲站（黄冲位置22°18′N，113°03′E）最近的那一點。例如6001號臺風引起的整個臺風引起的整個臺風增水過程是由1960年6月4日0000時至6月9日0500時爲止，共計126點，其中最近的一點是在6月8日2300時，即第120個點，這一點就是中心點。我們取γ=0，±1，±2……±10，即以中心點爲準；對每兩場臺風增水分别向前和推後1～10個點進行計算，當γ=0時，即得中心點對齊的相關系數。

　　所以要進行移動後的計算，是由於我們考慮到我們對“最近點”的確是根據臺風路徑圖估計而得到的，這就勢必會産生人爲的誤差。例如，對於不在黄冲站登録而在南海北部海面掠過的臺風，“最近點”就更難於確定了，我們實際所確定的這點，有可能並不一定是真正的“最近點”，因而有必要加上對時間的移動這個條件。

　　在對計算出的部分數據分析時發現負相關系數在這種分類中没有起很大的作用，於是只取了R，（γ≥0）的相關系數。

　　3　計算過程

　　（1）首先利用原始臺風增水值的數據計算出每場增水的平均值和標準差。

　　（2）由於每場臺風增水過程不同，所以對每兩場臺風增水值參加計算前先作處理，把中心點對應齊，取兩場中起始點與終止點中最短的爲準，將首尾截齊，然後用公式（3）計算。

　　例如7004號臺風增水值全長33點，中心點號33，

　　7005號臺風增水值全長69點，中心點號59，

　　6008號臺風增水值全長72點，中心點號24。

　　7004與7005計算時是以33對準59，向前截齊應取33點，向後截齊爲0，因爲7004號臺風增水過程最後一點爲“最近點”。而7005與6008計算時是以59對準24，然後向前到24截齊，向後到10截齊，因爲7005中心點後只有十個點，而6008有48個點。這時，也就是截齊後7004與7005的全號爲33，即N=33，7005與6008截齊後的全長爲34，即N=34.

　　對實際計算後結果的輸出，我們只取了γ=0，Rxy（0）的值及y取遍-10～+10中的所有Rxy（γ）中的最大值。

　　4　臺風增水過程的分類

　　通過上述處理後，對珠江口黄冲站60～75年中98場臺風增水過程進行了計算，在進行分類時，我們確定的標準是對兩個系列兩兩搭配的相關系數R （γ）＞0.6時就認爲一類，不合乎這個條件的則除去。除了6001，6715，6902，6107，6024，6412六場臺風及熱帶低壓外，剩下87場臺風增水基本上滿足了上面提出的標準而納入分類之中。不過，由於有些臺風增水没有能够與其餘的所有臺風增水都兩兩搭配並具有所要求的相關系數，因此，經過這樣的計算，可把黄冲站近十多年的46場臺風增水曲綫大致上分成下列五種類型，我們暫定名如下：

　　A型　包括臺風號　6008　6702　7118　6423　7004

　　B型　包括臺風號　6522　7013　7126　7307

　　C型　包括臺風號　6003　6307　6309　6311　6411　6415　7005　7220　7406　7419　7421　7114　7510　6125　6605　7310　6720　6508

　　D型　包括臺風號　7109　 7411　7125　6416　6417　7112　7313　7210　6521

　　過渡　包括臺風號　6402　6403　6606　6608　7202　7108　6022　

　　CD型　　　　　　6209　6806　7513

　　爲了説明分類的根據，作爲例子，下表列出了屬於D型各號臺風增水曲綫相互之間所計算出來的相關系數R ，可以看出，用這種方法進行分類，存在着一個較好的客觀分類標準，以此作爲分類的根據及基礎，它們的增水曲綫就具有歸併在一起的客觀理由。

　　下面我們將就各種類型的增水曲綫，談談它們的一些主要的臺風增水變化特徵。

　　A型：這一類型的臺風增水變化特徵如圖1所示。可以看到，這種類型的臺風暴潮水位變化過程比較平緩，無顯著的增减水現象，造成這種增水類型的臺風，除了兩個在珠江口登録外（7118，6423），多在粤東地區登陸，因此减水偏多，最大减水爲-0.64米。在整個所有增水曲綫當中，7004號臺風增水曲綫可以説是其中之典型。

　　B型：爲穩定而處於長時間增水狀態的一種臺風暴潮增水曲綫。爲其典型的7307號臺風在黄冲站所引起的臺風增水曲綫。該臺風開始時西行，至111 E後 轉北走，在電白登録，登録前就有長達60小時的波動性增水，但波動較穩定，起伏不大，
振幅在10～60 cm之間，即使登録後，仍維持30小時的增水。在屬於B型的臺風當中，除7307在電白登録外，其餘均爲西行掠過南海北部海面，在海南島文昌縣至崖縣一帶登陸或在其南部外海掠過的臺風。

　　C型：這是黄冲站臺風增水中所屬最多的一種類型。這類臺風增水曲綫特點是：臺風登陸後增水波動十分劇烈，增水多在半潮面。第一個增水高峰過後13小時左右有第二個增水高峰值，再過13小時，又有第三個增水高峰值。其中臺風登陸時（或“最近點”）所造成的增水峰值最大，然後依次波動遞减。顯然，在臺風造成主增水峰後，具有一系列的殘留波動在港灣内來回振盪是它的一個顯著的特徵。這種類型的臺風增水，與杰萊斯尼安斯基（Jelsaianski）(1)所描述風暴增水具有直接大波與再生波是一致的。再生波，既可以是陸架假潮，也可能是陸棚波（蒙克 ）。此類風暴增水，均有明顯的增水值，但大小不一。爲典型變化曲綫（6307）。增水曲綫中還可見到，在臺風登録前相當的時間，水位已有20～30公分的增水，顯然，這是一種與本站氣象條件無關所導致的長浪增水。鑒於這種類型的增水較多，約占總數的40%，而且危害性大，因此，應對這種類型的增水多加研究。

　　D型：造成這種類型的增水多爲西行臺風所引起的，約占總數的2/3，其中僅有一個在珠江口登録，一個在陽江登録的臺風。此類臺風增水曲綫的特點一般爲增水波動不大，大約在0.50米左右，但有一個明顯共同之點，那就是當臺風距離本站的最近點（或登陸點）前20個小時，就出現增水，（我們一般規定大於30 cm才算增水）整個增水可維持50個小時左右，7109臺風在黄冲站所造成的增水曲綫可視爲典型。

　　CD型：是C型與D型的一種過渡或混合狀態。當D型的增水曲綫其中之50小時左右的增水當有明顯而劇烈的抖動時，就會使增水曲綫演變爲C型，相反，C型增水曲綫其波動增水部分變得比較平穩時，就會變成D型。CD型是介乎兩者之間。不論C型，D型或CD型，它們的前後增水時間幾乎十分一致。這一類臺風增水中，既有西行臺風（4個），也有珠江口登録的臺風（4個）。

　　5　幾點看法及問題

　　經過這樣的分類計算後，顯然，我們大致可以發現下列幾個問題。

　　（1）首先，通過這種計算及初步分型，我們可以看到，在同一地點登録的臺風，它們在黄冲站所搆成的增水型式是有不同的。例如6423號臺風，在寶安縣登録後向北轉東北行，它們所造成的增水極微，屬A型，但同樣的6605號臺風，在臺風登陸地點及强度與6423相似的情形下，形成的增水曲綫則屬於强烈波動的C型。當然，並非説臺風登陸地點與某站增水之間已變得毫無規律可循，但對於臺風引起某一特定地方的增水機制問題，包括風場大小對增水範圍的控制，中心風力與增水高度的關系等等，看來是有着極爲重要的研究意義的。

　　（2）根據過去的理論及資料均認爲在某一片段登録的臺風，對某一個測站來説，由於風場的結構關系，其增水型式應該相應有一致性或相似性，這在一般性形下是正確的。不過其正確的程度及可能産生的差异，依然是一個值得深究的問題。例如，同屬D種類型的臺風增水曲綫中，大部分均屬西行臺風所引起的，但6416是登録於寶安縣的臺風，臺風中心氣壓970 mb，登録後繼續西行，經連縣南側，在三江縣附近消失，而7411則爲登録於陽江的臺風，中心氣壓967mb，登録後緩慢减弱在廣西河池消失，它們相互之間計算出來的相關系數Rxy（γ）却高達0.8669，顯然，引起這種變化的原因目前還並不清楚的。

　　（3）對於登録珠江口黄冲站或其附近的臺風，他們所能引起的臺風暴潮增水類型可以説幾乎各種類型都有。A型中的7118，C型中的6411，6415，6605。D型中的6416以及CD型等。當然，從分類中可以看到，在C型中登録珠江口的臺風引起的風暴潮較多（占1/3），但爲什麽其它類型的水位變化曲綫也會同時存在呢？加入能存在的話，那它們的可能性又如何呢？機率有多大呢？引起這種“混合”的機制又是什麽呢？在這當中的主要矛盾是地形的影響還是風場的改變或者兩者兼而有之？這些問題的解决，無疑對提供促進預報風暴潮精度的提高是有幫助的。

　　（4）目前在各單個臺站作風暴潮預報的方法中，相似法是比較簡單的一種方法，而其相似的中心依據又是路徑的相似，看來，對於這點，通過以上的分析應加以深入的研究。很明白，引起風暴潮的水位改變，顯然並非某一個單因子在起作用，正如上面所談到的，臺風路徑的變化也遠非控制風暴潮的一個重要的獨立因子。因此，只要找出多級的相似，即不僅要路徑相似，還要有引起臺風暴潮的諸要素也相似才有可能使整個臺風暴潮預報精度有所提高。有關這些問題，我們將另文叙述。

　　（5）大氣環流是作爲一種綜合的，總的形勢對海洋水體起作用，並在某特定地形條件下搆成了某站水位的异常昇高——風暴潮，爲此，通過這樣的計算，應該看到，開展這方面的工作，瞭解整個環流與水體的相互作用，瞭解一場臺風在沿海各地所搆成的同時水位昇高，瞭解它們增水峰值所達到的時間差异是具有很重要的現實意義的，只有做好了這方面的工作，真正找到大氣環流與臺風暴潮之間的耦合作用，才能使這方面的工作有所提高，從而達到一個新的高度。

　　（6）在C型的增水曲綫變化中可以看到，整個增水曲綫幾乎每隔13小時就有一個增水峰值存在。計算風暴潮時，所産生的某些週期性振動，按一些人的提法有兩種可能性，一個是流體運動方程中的非綫性項使潮波與風暴潮相互作用所産生的，另一種可能是潮汐觀測和預報技術不足所致，由於此類臺風增水所占比例數大，而且較大量的都是登陸本站及珠江口周圍的臺風引起的，這引起了我們的關心與注意。但有一點可以斷定，由於增水峰值大部分在半潮面發生的，因而這兩種可能性都是存在的，但對於河口區來説，後者比重更大。爲此，做好正常水位預報，尤其是開展對河口及濱海地區正常潮水位預報的研究工作，對常用的調和分析法在上述地區中的使用作出適當的評價，並開展諸如對“特徵綫”等預報正常潮水位方法的研究，是一個急待解决的問題。

　　不過，應看到我們所做的工作還是一個初步的嘗試，其中在計算中也有不少的局限性。比如，在相關分析計算中，我們只考察了兩系列之間的綫性相關程度，這就必然存在一定的片面性；另外，在計算中，爲了要截齊系列對應計算，每兩場臺風增水資料計算時必然會有長度不一這個問題，從而引起誤差。如7004與6008計算時用了34個點，而7004與7005之間的計算，却用了33個點。這些在分析上述問題時，都應充分估計到。

　　由於我們的水平有限，時間緊迫，文内必有不少不妥或錯誤之處，請同志們多加批評指正。

　　（原載：海洋科技，國家海洋局海洋出版社，1982。）