徐秀枝，諸裕良，馮向波，閆 敏

(河海大學(xué) 港口海岸與近海工程學(xué)院，江蘇 南京 210098)

北太平洋海浪場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)特征分析

徐秀枝，諸裕良，馮向波，閆 敏

(河海大學(xué) 港口海岸與近海工程學(xué)院，江蘇 南京 210098)

利用歐洲中尺度天氣預(yù)報(bào)中心(ECMWF——European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)的1979年1月-2014年12月逐6 h的ERA-Interim有效波高和10 m風(fēng)場(chǎng)資料，分析了近36年期間北太平洋海域海浪場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)的變化特征。結(jié)果表明：1)中低緯度的西北太平洋波高有逐年線(xiàn)性遞增趨勢(shì)，大約在0.2～0.6 cm/a，而低緯度的太平洋東北部海域則以-0.4～-0.2 cm/a的趨勢(shì)減小。2)風(fēng)速線(xiàn)性變化趨勢(shì)顯著的區(qū)域主要集中在太平洋東北部低緯度海域，約以1.0～2.0 cm/(s·a)的速度在增加。而日本島四周、菲律賓半島以南等海域大都以-1.0～-0.5 cm/(s·a)的速度減小。3)北太平洋海域波高和風(fēng)速都具有明顯的季節(jié)變化特征，兩者具有很強(qiáng)的相關(guān)性。西風(fēng)帶內(nèi)有一個(gè)個(gè)波高超過(guò)10 m的風(fēng)暴圈，其波高受風(fēng)浪和涌浪的雙重作用。這可為航海、 海洋工程設(shè)計(jì)、軍事及海洋能開(kāi)發(fā)與利用等方面提供科學(xué)依據(jù)。

ERA-Interim；北太平洋；海表風(fēng)速；波高；線(xiàn)性趨勢(shì)；時(shí)空分布

Abstract: By using newly ERA-Interim sea surface wind field and wave field from1979 to 2014 developed by the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF), the characteristics of wave climate in the North Pacific Ocean were analyzed. Results show that, 1) the significant wave height shows an obvious annually linear increasing trend, about 0.2～0.6cm in the low latitudes of the northwest Pacific, with decreasing tendency (about -0.4～-0.2cm/a) in the low latitudes of the northeast Pacific. 2) Sea surface wind speed in the low latitudes of the northeast Pacific has an obvious increasing tendency, about1.0～2.0cm/(s·a). The area with decreasing tendency (about -1.0～-0.5 cm/(s·a)) is mainly located in the Japanese islands and the south of the Philippines peninsula. 3) The wind field and wave field are significantly affected by the monsoon in the North Pacific, which have a strong correlation. It occurs several store circles with wave heights over 10m in the westerlies, where it is affected by wind wave and swell. These can provide certain guidance for construction.

Keywords: ERA-Interim; the North Pacific; wind speed; significant wave height; linear trend; temporal and spatial distribution

在海洋工程中，海浪是最活躍、最重要的動(dòng)力要素之一。海洋自然災(zāi)害不僅對(duì)沿海建筑物以及海上航行條件構(gòu)成嚴(yán)重威脅，還影響人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。太平洋作為世界上最大和最深的海洋，是重要的海上航運(yùn)中心，分布著諸多重要的港口碼頭及海運(yùn)航線(xiàn)，所以深入了解太平洋海域的海洋環(huán)境特征，無(wú)論對(duì)于工程建筑物的持久使用，還是沿海社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展都具有極為重要的意義。

劉金芳等[1]、鄧冰等[2]分別利用5°×5°的船舶氣象報(bào)資料，對(duì)南北太平洋的波浪特征進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)南太平洋的海浪場(chǎng)有明顯的季節(jié)性變化，但變化沒(méi)有北大洋顯著。這期間使用的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度及空間分辨率有限，很難確保實(shí)測(cè)資料時(shí)空序列的均一性。20世紀(jì)70年代隨著觀(guān)測(cè)衛(wèi)星相繼發(fā)射成功，大量的海洋觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)誕生。衛(wèi)星高度計(jì)資料在海洋波浪研究中的應(yīng)用日漸增多，加上數(shù)據(jù)同化技術(shù)以及數(shù)值模式的發(fā)展，海洋的研究進(jìn)入一個(gè)新的階段[3-5]。齊義泉等[6]利用1987-1988年的Geosat衛(wèi)星高度計(jì)遙感資料分析了南海海面月平均風(fēng)速和月平均有效波高的分布，將結(jié)果與船舶報(bào)資料對(duì)比，發(fā)現(xiàn)基本一致。石永芳等[7]利用1993-2011年近20年的衛(wèi)星高度計(jì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析了年平均海浪的空間特征及海浪的多年變化趨勢(shì)。研究發(fā)現(xiàn)海浪的大值分布路徑與風(fēng)場(chǎng)的大值分布有明顯的一致性，風(fēng)場(chǎng)是影響海浪空間分布的重要因素。韓樹(shù)宗等[8-9]利用1992年10月-1998年12月的衛(wèi)星高度計(jì)資料發(fā)現(xiàn)，太平洋波高分布具有明顯的季節(jié)變化規(guī)律，且與太平洋的風(fēng)速分布特征具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。2015年，鄭崇偉等[10]又利用來(lái)自ECMWF的ERA-Interim數(shù)據(jù)集中的海浪再分析資料統(tǒng)計(jì)分析了21世紀(jì)海上絲路涉及海域的波候(海浪的氣候態(tài))特征，結(jié)果表明1979-2014年期間，南海大部分海域的有效波高顯著性遞增，趨勢(shì)在每年0.4 cm/s以上。但是，太平洋海域的海浪特征較為復(fù)雜，對(duì)該區(qū)域的波候特征還沒(méi)有系統(tǒng)的研究，對(duì)大洋上海表風(fēng)速和波高的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)了解得還不太清楚。此外，數(shù)據(jù)集精度也限制了其發(fā)展。下面將采用ERA-Interim數(shù)據(jù)集對(duì)北太平洋海域的海表風(fēng)速和波高的變化趨勢(shì)、時(shí)空分布特征以及海表風(fēng)場(chǎng)與浪場(chǎng)的相關(guān)性等方面進(jìn)行分析。

1 資料來(lái)源

近幾年， ECMWF發(fā)布了一個(gè)最新的再分析同化數(shù)據(jù)集ERA-Interim[11]。ECMWF的數(shù)據(jù)是由大氣同化系統(tǒng)同化常規(guī)資料和衛(wèi)星觀(guān)測(cè)資料獲得。它向全球用戶(hù)提供最新的全球大氣數(shù)值預(yù)報(bào)再分析資料。而最新的ERA-Interim數(shù)據(jù)集是在早期資料ERA-15和ERA-40產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行了升級(jí)，耦合了大氣、海洋和陸地模型，ERA-Interim分辨率更高且接近實(shí)時(shí)更新。其作用在于提供ECMWF早期產(chǎn)品和新一代產(chǎn)品之間的銜接，目的是對(duì)ERA-40等資料進(jìn)行完善，從而逐漸取代ERA-40[12]。相比于ERA-40數(shù)據(jù)同化模型，ERA-Interim使用了最新的四維變分分析(4D-Var)同化技術(shù)，并且結(jié)合改進(jìn)的濕度分析、衛(wèi)星數(shù)據(jù)誤差校正等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了再分析資料質(zhì)量的提升，所以ERA-Interim再分析數(shù)據(jù)提供了更高精度的全球范圍內(nèi)的海浪場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)。它推出了多種空間分辨率的數(shù)據(jù)，考慮到計(jì)算效率的問(wèn)題，這里選用0.75°×0.75°水平分辨率的有效波高和10 m風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)，其時(shí)間分辨率為6 h，時(shí)間跨度為1979年1月-2014年12月，計(jì)算范圍為0°N～70°N，100°E～100°W。

2 結(jié)果分析

2.1北太平洋海浪場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)變化趨勢(shì)分析

Ward 等[13]認(rèn)為，在20世紀(jì)后半世紀(jì)，全球平均近海面風(fēng)速?zèng)]有明顯的變化趨勢(shì)，在赤道、南大西洋熱帶和北太平洋亞熱帶呈減小趨勢(shì)。Gulev等[14]和Gower[15]提出，熱帶北大西洋和北太平洋高緯度海區(qū)風(fēng)速呈增加趨勢(shì)。波高變化趨勢(shì)方面，最近Guillaume等[16]利用再分析資料驅(qū)動(dòng)海浪模式，發(fā)現(xiàn)1953-2009年?yáng)|北大西洋的有效波高呈線(xiàn)性增加(2 cm/a)。為了系統(tǒng)地了解北太平洋海表風(fēng)速和波高的變化，下面將對(duì)其線(xiàn)性變化趨勢(shì)進(jìn)行詳細(xì)分析。

2.1.1 海浪場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)的逐年線(xiàn)性變化趨勢(shì)

將北太平洋海域1979-2014年一日四次的海表風(fēng)速和波高數(shù)據(jù)進(jìn)行逐年平均，然后再對(duì)年平均數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)域平均，得到北太平洋海域海表風(fēng)速和波高36年的區(qū)域年平均值。圖1分析了近36年該海域有效波高和風(fēng)速的線(xiàn)性變化趨勢(shì)，以便于從整體上了解北太平洋的波候變化情況。

圖1(a)給出了1979-2014年北太平洋逐年區(qū)域年平均有效波高變化圖。從圖中可以看出，北太平洋海域的整體有效波高線(xiàn)性遞增趨勢(shì)不顯著。在1987-1990年、1998年以及2008年有效波高值都比較異常，波動(dòng)較大，出現(xiàn)正負(fù)極值。

從圖1(b)，1979-2014年北太平洋逐年區(qū)域年平均風(fēng)速變化圖可以看出，海表風(fēng)速遞增趨勢(shì)為0.27 cm/(s·a)，線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)為0.536，通過(guò)了95%的顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明風(fēng)速遞增趨勢(shì)顯著。從風(fēng)速變化圖中還可以看出，1997年以前，風(fēng)速變化較為平緩，變化范圍在5.48～5.6 m/s，1997年以后，波動(dòng)較大，變化范圍在5.5～5.72 m/s，且在2010年達(dá)到近36年年平均風(fēng)速的極大值5.72 m/s。

圖1 1979-2014年北太平洋逐年區(qū)域年平均有效波高和風(fēng)速變化過(guò)程Fig. 1 Regional annual mean variation for significant wave height and wind speed from 1979 to 2014

2.1.2 海浪場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)的空間線(xiàn)性變化趨勢(shì)

用區(qū)域年平均分析線(xiàn)性變化趨勢(shì)可以反映北太平洋海域波候的整體變化趨勢(shì)，但不能體現(xiàn)變化趨勢(shì)的區(qū)域性差異，所以將北太平洋1979-2014年的海表風(fēng)速和波高進(jìn)行逐年平均，分別得到每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上個(gè)要素36個(gè)時(shí)次的年平均值，分別計(jì)算各個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上各要素的逐年線(xiàn)性變化趨勢(shì)。

圖2為1979-2014年北太平洋有效波高逐年線(xiàn)性變化趨勢(shì)。從圖中可以看出，北太平洋大致以160°E為界，160°E以西波高有遞增趨勢(shì)，160°E以東波高呈線(xiàn)性遞減。其中線(xiàn)性變化顯著的區(qū)域主要集中在中低緯度西北太平洋，線(xiàn)性遞增趨勢(shì)在0.2～0.6 cm/a，其中在日本島南部、中國(guó)東海海域、菲律賓半島以及太平洋中心海域線(xiàn)性增長(zhǎng)趨勢(shì)較大(約0.6 cm/a)而且十分顯著。而鄭崇偉等[17-18]也指出近二十余年在南海、孟加拉灣等海域大浪頻率表現(xiàn)出顯著性遞增趨勢(shì)。這也正說(shuō)明了北太平洋西海岸有效波高呈現(xiàn)出逐年增加的趨勢(shì)可能是由于大浪頻率的逐年遞增導(dǎo)致的。此外，低緯度的太平洋東北部線(xiàn)性遞減趨勢(shì)顯著，墨西哥南部的波高以-0.4 cm/a的趨勢(shì)減小。

圖2 1979-2014年北太平洋有效波高逐年線(xiàn)性變化趨勢(shì)(單位：10-1cm/a)Fig. 2 Annually linear trend of significant wave height from 1979 to 2014 (unit: 10-1cm/a)

圖3 1979-2014年北太平洋風(fēng)場(chǎng)逐年線(xiàn)性變化趨勢(shì)(單位：cm/(s·a))Fig. 3 Annually linear trend of wind speed from 1979 to 2014 (unit: cm/(s·a))

圖3給出了1979-2014年北太平洋風(fēng)速逐年線(xiàn)性變化趨勢(shì)。從圖中可以看出，線(xiàn)性變化趨勢(shì)顯著的區(qū)域主要集中在太平洋東北部低緯度海域，約以1.0～2.0 cm/(s·a)的速度在增加。而像日本島四周、菲律賓半島以南等海域大都以-1.0～-0.5 cm/(s·a)的速度顯著減小。除了深色區(qū)域外，基本上其它海域風(fēng)速線(xiàn)性變化趨勢(shì)都不顯著。

2.2海浪場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)的時(shí)空特征分析

為了分析太平洋海域海表風(fēng)速和波高的時(shí)空分布特征，將逐日的有效波高、風(fēng)速、風(fēng)向等數(shù)據(jù)均處理成月平均數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行分析。圖4和圖5分別是1979年1月-2014年12月北太平洋各個(gè)季節(jié)代表月的月平均海表風(fēng)速和波高的空間分布圖。

2.2.1 波高的時(shí)空分布特征

圖4是北太平洋海域有效波高月平均圖，從圖中可以看出，波高大多數(shù)介于0.5～4 m范圍內(nèi)，只有在我國(guó)南海和北太平洋西海岸部分區(qū)域波高較小，平均在0.5 m以下。

從空間分布上來(lái)看，波高呈環(huán)狀分布特征，整體上在30°N～60°N范圍為波高大值區(qū)，大部分月份都是由此區(qū)域向四周方向沿遞減分布，在靠近大陸邊緣區(qū)域波高達(dá)到較小值。而在5°N～30°N范圍的信風(fēng)區(qū)沒(méi)有形成很大的波高，這主要是因?yàn)樾棚L(fēng)在低緯度地區(qū)比在中高緯地區(qū)要小，而且盡管此處的信風(fēng)會(huì)增加熱帶氣旋的生成或者影響，但其頻率遠(yuǎn)低于在西風(fēng)帶的風(fēng)暴，所以這使得低緯度地區(qū)月平均波高較小，海面相對(duì)平靜。此外還發(fā)現(xiàn)，在白令海峽及其以北地區(qū)以及俄羅斯東部的鄂霍次克海附近有些月份無(wú)色圖分布，這是因?yàn)楹１拇嬖?，沒(méi)有波浪數(shù)據(jù)。

從季節(jié)分布上來(lái)看，波高有明顯的季節(jié)變化特征。其中冬季(12月-次年2月)為冬季季風(fēng)盛行時(shí)期，這期間在35°N～50°N的高緯度地區(qū)呈現(xiàn)出環(huán)狀分布的極大值中心，波高明顯高于其他月份，而且環(huán)形大值區(qū)面積達(dá)到最大。最大有效波高出現(xiàn)在1月，波高達(dá)到4.7 m；到了春季(3月-5月)環(huán)狀區(qū)域收縮減小，波高也迅速下降；夏季(6月-8月)盛行夏季季風(fēng)，環(huán)狀大值中心消失，整個(gè)北太平洋地區(qū)波高都在2 m以下，達(dá)到一年中的最小值；到了秋季(9月-11月)波高逐漸回增，又呈現(xiàn)環(huán)狀分布的波高。該規(guī)律與石永芳等[7]、韓樹(shù)宗等[8]、莊曉宵等[5]分析得到的結(jié)果基本一致。

圖4 1979-2014年北太平洋有效波高月平均空間分布Fig. 4 Monthly average of significant wave height from 1979 to 2014

2.2.2 風(fēng)場(chǎng)的時(shí)空分布特征

圖5是北太平洋地區(qū)風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)速、風(fēng)向)的月平均圖，為了和上文的波高做對(duì)比，這里只分析海洋上的風(fēng)速，覆蓋掉陸地上的風(fēng)速。整體來(lái)看，海表風(fēng)速的分布和有效波高分布非常的相似，風(fēng)速變化范圍較大，在0～11 m/s的范圍。其中阿留申群島附近風(fēng)速常年相對(duì)較大，冬季尤為突出，這主要是因?yàn)樵搮^(qū)域被阿留申低壓所控制。

從季節(jié)分布上來(lái)看，風(fēng)速有明顯的季節(jié)變化特征。冬季整個(gè)北太平洋海域的風(fēng)速為全年最大，且最大風(fēng)速出現(xiàn)在1月，為11.9 m/s。這期間在信風(fēng)帶10°N 附近出現(xiàn)帶狀高值區(qū)，平均風(fēng)速在8～9 m/s。在30°N～60°N范圍的太平洋西風(fēng)帶海域，其東部主要盛行西南風(fēng)，中部海域以西風(fēng)為主，而西部海域則盛行西北風(fēng)，在高緯地區(qū)形成了逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的風(fēng)向。由于冬季是西風(fēng)帶溫帶氣旋活動(dòng)較為頻繁的時(shí)候，所以西風(fēng)帶的風(fēng)力較大，整個(gè)西風(fēng)帶的平均風(fēng)速可以達(dá)到10 m/s，高值中心的風(fēng)速甚至超過(guò)11 m/s。阿留申群島往北風(fēng)速減小，過(guò)來(lái)白令海峽，風(fēng)速幾乎小于8 m/s。而在西風(fēng)帶南部的副熱帶高氣壓帶海域(20°N～30°N)出現(xiàn)了帶狀分布的低值區(qū)，此處風(fēng)向多變，風(fēng)速較小，約為6 m/s。到了春季，信風(fēng)帶和西風(fēng)帶的大值區(qū)開(kāi)始向東北偏移收縮，風(fēng)速極大值在10 m/s左右，且以信風(fēng)帶和西風(fēng)帶為中心，周邊的風(fēng)向在一定程度上發(fā)生了順時(shí)針偏轉(zhuǎn)，風(fēng)力減弱，風(fēng)速減小。

夏季整個(gè)北太平洋上的氣壓帶和風(fēng)帶位置整體偏北，兩個(gè)高值區(qū)面積繼續(xù)減小且北移至一年中最北的位置。這期間溫帶氣旋活動(dòng)不頻繁，西風(fēng)帶平均風(fēng)速只有6 m/s左右，此時(shí)整個(gè)北太平洋基本處于以35°N，150°W為中心順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的風(fēng)場(chǎng)中，一直到7月，風(fēng)速基本減弱到全年最小。9-11月份風(fēng)速開(kāi)始回增，西風(fēng)帶向南推移且風(fēng)速又可以達(dá)到8 m/s。這與莊曉宵等[5]和馬亞維等[19]的研究結(jié)果基本一致。此外，值得注意的是中國(guó)南海海表風(fēng)場(chǎng)受季風(fēng)影響顯著。在冬季盛行東北季風(fēng)，風(fēng)速為全年最大，春季為東北風(fēng)向西南風(fēng)的過(guò)渡期，到了夏季，受西南季風(fēng)的控制，季風(fēng)中心主要在南海南部，秋季又開(kāi)始由西南季風(fēng)過(guò)渡為東北季風(fēng)，這一變化特征與圖4中南海地區(qū)有效波高的季節(jié)性變化一致，可見(jiàn)南海地區(qū)波高主要受季風(fēng)影響。

圖5 1979-2014年北太平洋海表風(fēng)場(chǎng)月平均空間分布Fig. 5 Monthly average of wind speed from 1979 to 2014

從空間分布上來(lái)看，海表風(fēng)場(chǎng)和有效波高的分布非常相似，西風(fēng)帶波高最大值出現(xiàn)在與風(fēng)速對(duì)應(yīng)的海域。但是在30°N以南的海域有明顯的不同，該區(qū)域的風(fēng)速主要呈現(xiàn)出緯向分布的特點(diǎn)，而波高分布卻沒(méi)有這樣的規(guī)律。這就使我們思考為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的偏差，有效波高和風(fēng)速的相關(guān)性有多大。

2.3海浪場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)相關(guān)性分析

上文分析得到海表風(fēng)速和波高都具有很強(qiáng)的季節(jié)性變化特點(diǎn)，下面主要分析它們的季節(jié)變化幅度以及變幅的相關(guān)性。圖6給出了有效波高和風(fēng)速的季節(jié)區(qū)域平均變化幅度曲線(xiàn)圖。從圖6可以看出，春、夏、秋、冬四季的區(qū)域季節(jié)平均有效波高的變幅在-0.15～0.15 m的范圍內(nèi)，而區(qū)域季節(jié)平均風(fēng)速的變幅在-0.3～0.3 m/s的范圍內(nèi)。春夏秋冬四季有效波高和風(fēng)速的相關(guān)系數(shù)分別為0.75，0.49，0.61和0.46，r>r0.05，都通過(guò)了95%的顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明有效波高和風(fēng)速具有很好的相關(guān)性。

圖6 北太平洋有效波高和風(fēng)速的季節(jié)區(qū)域平均變化幅度曲線(xiàn)Fig. 6 Seasonal and regional average variation amplitude of significant wave height and wind speed

為了進(jìn)一步說(shuō)明區(qū)域空間點(diǎn)海浪場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)的相關(guān)性，圖7給出了有效波高和風(fēng)速季節(jié)平均變幅相關(guān)系數(shù)的空間分布。從圖中可以看出，四個(gè)季節(jié)中西風(fēng)帶風(fēng)、浪有很強(qiáng)的相關(guān)性，而鄰近地區(qū)相關(guān)系數(shù)值較小，尤其是在信風(fēng)帶的某些區(qū)域相關(guān)系數(shù)甚至沒(méi)有通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，所以這使得低緯度地區(qū)平均波高較小，不能掀起大的風(fēng)浪，海面相對(duì)平靜。

此外，我們知道北太平洋海域是熱帶氣旋的頻發(fā)區(qū)，常常伴有熱帶風(fēng)暴產(chǎn)生。為了探究熱帶風(fēng)暴的分布，分析每個(gè)月北太平洋海域極大波高的分布。因?yàn)槠邢蓿瑘D8隨機(jī)給出某幾年一些月份的極大波高分布，其他月份類(lèi)似。

從圖8中可以看出，在30°N～60°N范圍，即西風(fēng)帶地區(qū)出現(xiàn)了一個(gè)個(gè)波高超過(guò)10 m的風(fēng)暴圈。而我們知道，當(dāng)波高達(dá)到6 m以上時(shí)就會(huì)形成災(zāi)害性海浪。因?yàn)? m以上波高的海浪常能掀翻船只，摧毀海洋和海岸工程，那么波高超過(guò)10 m的狂濤將是極其危險(xiǎn)的。這就是為什么圖4海浪場(chǎng)月平均圖中西風(fēng)帶的月平均有效波高值很大，因?yàn)樗环矫媸芪黠L(fēng)帶影響，產(chǎn)生風(fēng)浪；另一方面是受熱帶風(fēng)暴影響，風(fēng)暴引起波高瞬時(shí)增加，并向四周傳播產(chǎn)生較大的涌浪。

圖7 北太平洋有效波高和風(fēng)速季節(jié)平均變幅相關(guān)系數(shù)空間分布Fig. 7 Spatial distribution of the correlation coefficient of seasonal variation of significant wave height and wind speed

圖8 極大波高分布圖Fig. 8 Distribution of maximum wave heights

3 結(jié) 語(yǔ)

利用ECMWF中的ERA-Interim數(shù)據(jù)集對(duì)北太平洋海域1979-2014年海表風(fēng)速和波高的變化趨勢(shì)、時(shí)空分布特征以及海表風(fēng)速與波高的相關(guān)性等方面進(jìn)行分析，主要得到以下結(jié)論：

1)北太平洋西部海域波高有遞增趨勢(shì)，而東部波高呈線(xiàn)性遞減。其中中低緯度的西北太平洋，線(xiàn)性遞增趨勢(shì)在0.2～0.6 cm/a，日本島南部、中國(guó)東海海域、菲律賓半島以及太平洋中心海域線(xiàn)性增長(zhǎng)趨勢(shì)較大(約0.6 cm/a)。而低緯度的太平洋東北部海域線(xiàn)性遞減趨勢(shì)顯著，墨西哥南部的波高以-0.4 cm/a的趨勢(shì)減小。

2)北太平洋風(fēng)速線(xiàn)性變化趨勢(shì)顯著的區(qū)域主要集中在太平洋東北部的低緯度海域，約以1.0～2.0 cm/(s·a)的速度在增加。而像日本島四周、菲律賓半島以南等海域大都以-1.0～-0.5 cm/(s·a)的速度減小。

3)北太平洋海域波高和風(fēng)速都具有明顯的季節(jié)變化特征。月平均波高變化范圍在0.5～5.0 m，風(fēng)速在0～11 m/s，最大值均出現(xiàn)在西風(fēng)帶內(nèi)，兩者在空間分布上基本相似。

4)在西風(fēng)帶內(nèi)有效波高和風(fēng)速具有很強(qiáng)的相關(guān)性，而信風(fēng)帶相關(guān)性較弱。此外，西風(fēng)帶內(nèi)有一個(gè)個(gè)波高超過(guò)10 m的風(fēng)暴圈，說(shuō)明西風(fēng)帶的波高受風(fēng)浪和涌浪的雙重作用。

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Analysis of characteristics of the wind and wave fields in the North Pacific

XU Xiuzhi, ZHU Yuliang, FENG Xiangbo, YAN Min

(College of Harbour, Coastal and Offshore Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China)

P722

A

10.16483/j.issn.1005-9865.2017.01.013

1005-9865(2017)01-0112-09

2016-03-24

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金資助(2016B10414；2016B20814；2015B26414)

徐秀枝(1989-)，女，江蘇連云港人，碩士研究生，從事海洋波浪理論研究。E-mail: 1254569907@qq.com