甘雨鸣　沈灿燊

　　1　前言

　　台风暴潮，是我国沿海地区一种危害甚大的灾害，每年台风到来之时，狂风巨浪，冲毁农田家舍，造成生命和物质的巨大损失，这种现象，在濒临南海的广东、广西等省尤甚。珠江三角洲，地势低平，又是广东省的重要产粮区，对于这种灾害的防范，尤应加以注意。目前，全国的水文工作者，在党的领导下，在群众的努力下，对有关预报方法研究问题，进行了不少卓越有成效的工作，在总结了中外的好经验的基础上，提出了不少新的、更准确的方法。不过，在这些工作中，普遍存在的一个问题是：由于对各种不同类型的台风增水缺乏明确的认识，不了解它们的增水规律，包括增水值的大小，时间的早晚等，致使在预报中无法进一步提高预报精度。例如：7422号台风登陆后才造成增水；相反，7005号台风，增水陡涨下落，变差大，水位振幅也大。要预报好台风增水，不仅要对一般的造成增水的诸要素及其各要素的综合要有明瞭准确的瞭解，要对地形的影响，地区的特点有清晰的掌握，还要对各种形式的台风及增水规律要有一个通盘的考虑，只有这样，才能使台风暴潮的预报技术提到一个更高的高度。

　　本文，根据江门潮水位站和黄冲观测站的资料，在他们的热情帮助下，在国家海洋局及南海分局属下沿海台站的支持下，由数学系73级毕业班师生作为毕业实践与地理系水文专业台风暴潮研究组共同协作，针对上述问题而进行的。对该站数十场台风增水，通过电子计算机进行了初步的分类研究和计算，试图在对台风增水过程进行分类的基础上，确定模式，使预报能有更充分的根据，提高预报精度，也为研究台风暴潮单站预报及其机制，为台风暴潮基本理论的研究，提供一个初步的基础。

　　2　基本思路及做法

　　本文是采用统计中常用的相关分析方法进行分类的，也就是说用相关系数R为客观分析共同指标，对黄冲站的台风增水的许多过程的相似程度进行计算并分类。

　　称S 为协方差  S ，S 为标准差。

　　R 为相关系数，且存在︱Rxy︱≤1，若Rxy的值越接近于0，则说明两个序列越不相似，Rxy的值越接近于1，则认为两序列越相似，而Rxy＜0时，则负相关。

　　为了进一步考察两个序列的相似性，有时要在一定的时移条件下进行比较，即把两个序列相对错动 个抽样间隔。

　　在对黄冲站的每两个增水过程进行计算时，我们用的是式（3），这里的序列x 、y 是台风引起的每小时的增水值。对每场台风增水的资料以“最近点”为中心点（γ=0）。“最近点”是指在台风路径中距黄冲站（黄冲位置22°18′N，113°03′E）最近的那一点。例如6001号台风引起的整个台风引起的整个台风增水过程是由1960年6月4日0000时至6月9日0500时为止，共计126点，其中最近的一点是在6月8日2300时，即第120个点，这一点就是中心点。我们取γ=0，±1，±2……±10，即以中心点为准；对每两场台风增水分别向前和推后1～10个点进行计算，当γ=0时，即得中心点对齐的相关系数。

　　所以要进行移动后的计算，是由于我们考虑到我们对“最近点”的确是根据台风路径图估计而得到的，这就势必会产生人为的误差。例如，对于不在黄冲站登録而在南海北部海面掠过的台风，“最近点”就更难于确定了，我们实际所确定的这点，有可能并不一定是真正的“最近点”，因而有必要加上对时间的移动这个条件。

　　在对计算出的部分数据分析时发现负相关系数在这种分类中没有起很大的作用，于是只取了R，（γ≥0）的相关系数。

　　3　计算过程

　　（1）首先利用原始台风增水值的数据计算出每场增水的平均值和标准差。

　　（2）由于每场台风增水过程不同，所以对每两场台风增水值参加计算前先作处理，把中心点对应齐，取两场中起始点与终止点中最短的为准，将首尾截齐，然后用公式（3）计算。

　　例如7004号台风增水值全长33点，中心点号33，

　　7005号台风增水值全长69点，中心点号59，

　　6008号台风增水值全长72点，中心点号24。

　　7004与7005计算时是以33对准59，向前截齐应取33点，向后截齐为0，因为7004号台风增水过程最后一点为“最近点”。而7005与6008计算时是以59对准24，然后向前到24截齐，向后到10截齐，因为7005中心点后只有十个点，而6008有48个点。这时，也就是截齐后7004与7005的全号为33，即N=33，7005与6008截齐后的全长为34，即N=34.

　　对实际计算后结果的输出，我们只取了γ=0，Rxy（0）的值及y取遍-10～+10中的所有Rxy（γ）中的最大值。

　　4　台风增水过程的分类

　　通过上述处理后，对珠江口黄冲站60～75年中98场台风增水过程进行了计算，在进行分类时，我们确定的标准是对两个系列两两搭配的相关系数R （γ）＞0.6时就认为一类，不合乎这个条件的则除去。除了6001，6715，6902，6107，6024，6412六场台风及热带低压外，剩下87场台风增水基本上满足了上面提出的标准而纳入分类之中。不过，由于有些台风增水没有能够与其余的所有台风增水都两两搭配并具有所要求的相关系数，因此，经过这样的计算，可把黄冲站近十多年的46场台风增水曲线大致上分成下列五种类型，我们暂定名如下：

　　A型　包括台风号　6008　6702　7118　6423　7004

　　B型　包括台风号　6522　7013　7126　7307

　　C型　包括台风号　6003　6307　6309　6311　6411　6415　7005　7220　7406　7419　7421　7114　7510　6125　6605　7310　6720　6508

　　D型　包括台风号　7109　 7411　7125　6416　6417　7112　7313　7210　6521

　　过渡　包括台风号　6402　6403　6606　6608　7202　7108　6022　

　　CD型　　　　　　6209　6806　7513

　　为了说明分类的根据，作为例子，下表列出了属于D型各号台风增水曲线相互之间所计算出来的相关系数R ，可以看出，用这种方法进行分类，存在着一个较好的客观分类标准，以此作为分类的根据及基础，它们的增水曲线就具有归并在一起的客观理由。

　　下面我们将就各种类型的增水曲线，谈谈它们的一些主要的台风增水变化特征。

　　A型：这一类型的台风增水变化特征如图1所示。可以看到，这种类型的台风暴潮水位变化过程比较平缓，无显着的增减水现象，造成这种增水类型的台风，除了两个在珠江口登録外（7118，6423），多在粤东地区登陆，因此减水偏多，最大减水为-0.64米。在整个所有增水曲线当中，7004号台风增水曲线可以说是其中之典型。

　　B型：为稳定而处于长时间增水状态的一种台风暴潮增水曲线。为其典型的7307号台风在黄冲站所引起的台风增水曲线。该台风开始时西行，至111 E后 转北走，在电白登録，登録前就有长达60小时的波动性增水，但波动较稳定，起伏不大，
振幅在10～60 cm之间，即使登録后，仍维持30小时的增水。在属于B型的台风当中，除7307在电白登録外，其余均为西行掠过南海北部海面，在海南岛文昌县至崖县一带登陆或在其南部外海掠过的台风。

　　C型：这是黄冲站台风增水中所属最多的一种类型。这类台风增水曲线特点是：台风登陆后增水波动十分剧烈，增水多在半潮面。第一个增水高峰过后13小时左右有第二个增水高峰值，再过13小时，又有第三个增水高峰值。其中台风登陆时（或“最近点”）所造成的增水峰值最大，然后依次波动递减。显然，在台风造成主增水峰后，具有一系列的残留波动在港湾内来回振荡是它的一个显着的特征。这种类型的台风增水，与杰莱斯尼安斯基（Jelsaianski）(1)所描述风暴增水具有直接大波与再生波是一致的。再生波，既可以是陆架假潮，也可能是陆棚波（蒙克 ）。此类风暴增水，均有明显的增水值，但大小不一。为典型变化曲线（6307）。增水曲线中还可见到，在台风登録前相当的时间，水位已有20～30公分的增水，显然，这是一种与本站气象条件无关所导致的长浪增水。鉴于这种类型的增水较多，约占总数的40%，而且危害性大，因此，应对这种类型的增水多加研究。

　　D型：造成这种类型的增水多为西行台风所引起的，约占总数的2/3，其中仅有一个在珠江口登録，一个在阳江登録的台风。此类台风增水曲线的特点一般为增水波动不大，大约在0.50米左右，但有一个明显共同之点，那就是当台风距离本站的最近点（或登陆点）前20个小时，就出现增水，（我们一般规定大于30 cm才算增水）整个增水可维持50个小时左右，7109台风在黄冲站所造成的增水曲线可视为典型。

　　CD型：是C型与D型的一种过渡或混合状态。当D型的增水曲线其中之50小时左右的增水当有明显而剧烈的抖动时，就会使增水曲线演变为C型，相反，C型增水曲线其波动增水部分变得比较平稳时，就会变成D型。CD型是介乎两者之间。不论C型，D型或CD型，它们的前后增水时间几乎十分一致。这一类台风增水中，既有西行台风（4个），也有珠江口登録的台风（4个）。

　　5　几点看法及问题

　　经过这样的分类计算后，显然，我们大致可以发现下列几个问题。

　　（1）首先，通过这种计算及初步分型，我们可以看到，在同一地点登録的台风，它们在黄冲站所构成的增水型式是有不同的。例如6423号台风，在宝安县登録后向北转东北行，它们所造成的增水极微，属A型，但同样的6605号台风，在台风登陆地点及强度与6423相似的情形下，形成的增水曲线则属于强烈波动的C型。当然，并非说台风登陆地点与某站增水之间已变得毫无规律可循，但对于台风引起某一特定地方的增水机制问题，包括风场大小对增水范围的控制，中心风力与增水高度的关系等等，看来是有着极为重要的研究意义的。

　　（2）根据过去的理论及资料均认为在某一片段登録的台风，对某一个测站来说，由于风场的结构关系，其增水型式应该相应有一致性或相似性，这在一般性形下是正确的。不过其正确的程度及可能产生的差异，依然是一个值得深究的问题。例如，同属D种类型的台风增水曲线中，大部分均属西行台风所引起的，但6416是登録于宝安县的台风，台风中心气压970 mb，登録后继续西行，经连县南侧，在三江县附近消失，而7411则为登録于阳江的台风，中心气压967mb，登録后缓慢减弱在广西河池消失，它们相互之间计算出来的相关系数Rxy（γ）却高达0.8669，显然，引起这种变化的原因目前还并不清楚的。

　　（3）对于登録珠江口黄冲站或其附近的台风，他们所能引起的台风暴潮增水类型可以说几乎各种类型都有。A型中的7118，C型中的6411，6415，6605。D型中的6416以及CD型等。当然，从分类中可以看到，在C型中登録珠江口的台风引起的风暴潮较多（占1/3），但为什么其它类型的水位变化曲线也会同时存在呢？加入能存在的话，那它们的可能性又如何呢？机率有多大呢？引起这种“混合”的机制又是什么呢？在这当中的主要矛盾是地形的影响还是风场的改变或者两者兼而有之？这些问题的解决，无疑对提供促进预报风暴潮精度的提高是有帮助的。

　　（4）目前在各单个台站作风暴潮预报的方法中，相似法是比较简单的一种方法，而其相似的中心依据又是路径的相似，看来，对于这点，通过以上的分析应加以深入的研究。很明白，引起风暴潮的水位改变，显然并非某一个单因子在起作用，正如上面所谈到的，台风路径的变化也远非控制风暴潮的一个重要的独立因子。因此，只要找出多级的相似，即不仅要路径相似，还要有引起台风暴潮的诸要素也相似才有可能使整个台风暴潮预报精度有所提高。有关这些问题，我们将另文叙述。

　　（5）大气环流是作为一种综合的，总的形势对海洋水体起作用，并在某特定地形条件下构成了某站水位的异常升高——风暴潮，为此，通过这样的计算，应该看到，开展这方面的工作，瞭解整个环流与水体的相互作用，瞭解一场台风在沿海各地所构成的同时水位升高，瞭解它们增水峰值所达到的时间差异是具有很重要的现实意义的，只有做好了这方面的工作，真正找到大气环流与台风暴潮之间的耦合作用，才能使这方面的工作有所提高，从而达到一个新的高度。

　　（6）在C型的增水曲线变化中可以看到，整个增水曲线几乎每隔13小时就有一个增水峰值存在。计算风暴潮时，所产生的某些周期性振动，按一些人的提法有两种可能性，一个是流体运动方程中的非线性项使潮波与风暴潮相互作用所产生的，另一种可能是潮汐观测和预报技术不足所致，由于此类台风增水所占比例数大，而且较大量的都是登陆本站及珠江口周围的台风引起的，这引起了我们的关心与注意。但有一点可以断定，由于增水峰值大部分在半潮面发生的，因而这两种可能性都是存在的，但对于河口区来说，后者比重更大。为此，做好正常水位预报，尤其是开展对河口及滨海地区正常潮水位预报的研究工作，对常用的调和分析法在上述地区中的使用作出适当的评价，并开展诸如对“特征线”等预报正常潮水位方法的研究，是一个急待解决的问题。

　　不过，应看到我们所做的工作还是一个初步的尝试，其中在计算中也有不少的局限性。比如，在相关分析计算中，我们只考察了两系列之间的线性相关程度，这就必然存在一定的片面性；另外，在计算中，为了要截齐系列对应计算，每两场台风增水资料计算时必然会有长度不一这个问题，从而引起误差。如7004与6008计算时用了34个点，而7004与7005之间的计算，却用了33个点。这些在分析上述问题时，都应充分估计到。

　　由于我们的水平有限，时间紧迫，文内必有不少不妥或错误之处，请同志们多加批评指正。

　　（原载：海洋科技，国家海洋局海洋出版社，1982。）