徐亞男， 王科華，袁洪濤，張亞敬*

(1.交通運輸部天津水運工程科學研究所 港口水工建筑技術國家工程實驗室 工程泥沙 交通行業(yè)重點實驗室，天津 300456；2中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣州 510230； 3.天津東方泰瑞科技有限公司,天津 300456)

21世紀海上絲綢之路以中國泉州等地為起點，經(jīng)過孟加拉灣、阿拉伯海、波斯灣和地中海等海灣，其中從中國的沿海港口出發(fā)經(jīng)過南海海域到印度洋，再延伸到歐洲是21世紀海上絲綢之路的一個重點方向。孟加拉灣是21世紀海上絲綢之路的重要海區(qū)，同時孟加拉灣也是世界上風暴潮多發(fā)的地區(qū)，因此深入研究分析孟加拉灣海域的風浪特征，不僅可以為該海域重要的港口建設與航運安全提供技術支持，而且可以為沿岸城市港口的防災減災提供可靠科學基礎條件，有利于為21世紀海上絲綢之路的工程建設提供重要的決策信息，推動孟加拉灣海上工程的開展和實施。

國內(nèi)外學者基于實測數(shù)據(jù)、再分析數(shù)據(jù)對全球海域的波浪、風場特征開展了系列的研究工作。沈春[1]利用QUIKSCAT的海面風場數(shù)據(jù)分析我國南海海面風場的變化特征，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)南海的風場變化與年際的變化有一定的關系。鄭崇偉等[2-3]利用ECMWF的海浪數(shù)據(jù)和風場數(shù)據(jù)對北印度洋的波候、風候特征進行分析，發(fā)現(xiàn)該海域夏季以西南風為主導風向，冬季以東北風為主導風向，受季風的影響季風區(qū)內(nèi)的風向和波向基本一致。袁俊鵬等[4]人根據(jù)1981～2010 年JTWC的北印度洋熱帶氣旋路徑資料和NECP的風場資料對北印度洋熱帶氣旋活動時空分布特征進行統(tǒng)計分析，分析表明孟加拉灣的熱帶氣旋主要以偏西方向的路徑居多。崔開復等[5]利用1958～2010年的NCEP/NCAR風場資料分析北印度洋海平面風場的時空特征，分析發(fā)現(xiàn)北印度洋的風速分布存在著南北兩端小、中間大，東部小于西部的特點，同時存在著同一時期內(nèi)阿拉伯海的風速要大于孟加拉灣風速的特點。黃美玲等[6]利用工程實測數(shù)據(jù)分析了印尼爪哇島波浪的雙峰特征。 李培等[7]利用1950～1995年的北印度洋的氣象船舶資料進行北印度洋的氣象特點分析，分析發(fā)現(xiàn)了風場的分布特點及年際變化特征。梅勇等[8]利用1957～2002年ECMWF的風場數(shù)據(jù)分析北印度洋-南海海域海浪場、風場的年際變化特征，分析表明印度洋海面有效波高的時空分布與風場的時空分布存在著很好的對應關系。劉金芳[9]等利用1980～1990年的北印度洋的氣象船舶資料分析北印度洋的風浪場特點，分析表明在季風期間風向與波向基本一致。李汀等[10]利用NCEP/NCAR風場資料分析孟加拉灣西南季風與南海熱帶季風的氣候特征，結果表明孟加拉灣盛行西南季風時間長于南海盛行西南季風的時間，同時孟加拉灣西南季風的強度遠大于南海季風的強度。傅晨[11]等利用1979～2016年ECMWF中的海浪數(shù)據(jù)和風場數(shù)據(jù)分析南海-北印度洋極端海浪場分布和變化特征，結果表明南海-北印度洋極端有效波高分布特征和極端風速的分布特征高度一致。孟加拉灣海域受季風影響顯著，且整個孟加拉灣波候的區(qū)域差異性明顯，目前多數(shù)研究針對于全球海域、印度洋和孟加拉灣整體海域。本研究對孟加拉灣不同區(qū)域的風浪特征和代表性的港口的風浪特征進行了詳細的論述，并與波候特征相似的阿拉伯海風浪特征進行對比分析。

1 數(shù)據(jù)來源及方法

本文根據(jù)利用的ECMWF的波浪和海表面10 m風場再分析數(shù)據(jù)，分析孟加拉灣海域的風浪特征。ECMWF是由奧地利、法國、德國等34個國家組成的國際性天氣預報研究的組織，其發(fā)布的數(shù)據(jù)包含全球海平面以上10 m處風場的所有再分析數(shù)據(jù)以及波浪數(shù)據(jù)，其空間分辨率包括0.75°×0.75°、0.50°×0.50°、0.25°×0.25°、0.125°×0.125°等多種不同組合的精度，目前可以達到的最高精度為0.125°×0.125°。ECMWF采用的是UTC時間，時間分辨率為6 h，分別為每天的0時、6時、12時、18時4個時刻。本文選擇的區(qū)域為0°N～32.5°N，31.5°E～102.5°E，包括孟加拉灣和阿拉伯海海域，對2015年～2017年孟加拉灣的風浪特征進行統(tǒng)計分析，此外還重點分析了孟加拉灣中的吉大港、欽奈港、實兌港3個代表性港口的風浪特征。

2 波浪特征分析

2.1 波浪場的季度變化特征

一季度孟加拉灣盛行NE向季風，孟加拉灣有效波高的平均值在0.95～1.55 m，海灣東側沿海有效波高略大于海灣西側沿海有效波高；當海灣穿過安達曼群島-尼克群島進入安達曼海，波高減弱明顯，緬甸沿海海域有效波高小于1 m。研究進一步與阿拉伯海波候特征進行對比，發(fā)現(xiàn)阿拉伯海的有效波高的平均值處于0.8～1.25 m之間，相同緯度的孟加拉灣的有效波高平均值大于阿拉伯海的有效波高平均值(圖1-a)。灣頂沿海區(qū)域大于東西沿岸的波周期，受斯里蘭卡島的掩護，孟加拉灣西岸的波周期最小(圖2-a)。

二季度為孟加拉灣季風過渡的季節(jié)，季風由東北季風過渡為西南季風，該季度有效波高的平均值在1.1～2 m，波高值較一季度有明顯的增強。受地形影響，西北側灣頂海域波高特征值大于東側灣頂海域波高特征值，西側灣頂近海海域平均有效波高超過1.5 m，安達曼海受外側群島掩護作用明顯，近海區(qū)域平均有效波高小于1 m，與阿拉伯海波候特征進行對比，整體孟加拉灣大于阿拉伯海的波浪特征值(圖1-b)。孟加拉灣東部沿海波周期最大約為8.5 s，西岸波周期最小小于8 s(圖2-b)。

三季度孟加拉灣盛行SW向季風，孟加拉灣的有效波高平均值在1.6～2.4 m，受印度洋SW向涌浪影響，海灣東側沿海有效波高明顯大于海灣西側沿海有效波高，安達曼海近岸海區(qū)平均有效波高為1.3 m。對比阿拉伯海海域的波浪特征值發(fā)現(xiàn)，SW季風期間索拉里海域大風天氣頻率增強，阿拉伯海的平均有效波高處于1.8～3 m，大于孟加拉灣的平均有效波高(圖1-c)。最大波周期出現(xiàn)在西側灣頂大于8.5 s，其次是東部沿海海域約為8.5 s(圖2-c)。

四季度孟加拉灣海區(qū)盛行東北季風，波候特征與一季度相似。由于該季風力較弱，灣內(nèi)的波高呈現(xiàn)減弱趨勢，有效波高平均值在0.8～1.8 m之間變化，海灣西側沿海有效波高略大于海灣東側沿海有效波高。與阿拉伯海的有效波高進行對比分析，有效波高處于1.1～1.5 m，相同緯度的孟加拉灣的有效波高平均值要大于阿拉伯海的有效波高平均值(圖1-d)。該季波周期為全年最大，灣頂海域及東部沿海海域波周期均超過9 s(圖2-d)。

通過對孟加拉灣不同季度的波浪場分析可以得出孟加拉灣的波浪條件具有季節(jié)性的變化特征，且在西南季風的影響下有效波高的平均值大于在東北季風影響下的有效波高的平均值。SW季風期風力較強且印度洋的涌浪影響，孟加拉灣東部沿海有效波高大于西部沿海的有效波高，受局部區(qū)域的大風影響阿拉伯海波高特征值大于孟加拉灣的波高特征值；而NE季風期孟加拉灣東部沿海有效波高略小于西部沿海的有效波高，同時孟加拉灣的波浪特征值大于阿拉伯海波浪特征值。而孟加拉灣北部灣頂受恒河流域影響淺灘與深槽交錯分布，波浪傳播至灣頂波高將迅速減小。孟加拉灣波周期在灣頂及東部沿海區(qū)域較大，在西部沿海區(qū)域較小。

1-a 一季度1-b 二季度

1-c 三季度1-d 四季度圖1 特征波高的季度特征Fig.1 Quarterly characteristics of wave height

2-a 一季度2-b 二季度

2-c 三季度2-d 四季度圖2 特征波周期的季度特征Fig.2 Quarterly characteristics of wave period

2.2 港口節(jié)點的波浪季度變化特征

圖3 孟加拉灣港口位置Fig.3 Location of port in Bay of Bengal

利用2015年～2017年波浪數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析孟加拉灣海域中涉及到重要節(jié)點的波浪特征，繪制了不同季度的波高(有效波高)玫瑰圖。選取21世紀海上絲綢之路涉及到的3個代表性港口，分別為吉大港、實兌港、欽奈港(圖3)。吉大港位于孟加拉灣的東北岸，是印度洋上的天然良港，也是孟加拉國的最大港口城市和人口第二大城市；欽奈港位于孟加拉灣西岸，是孟加拉灣的最大港口和印度的第二大集裝箱港口，因此欽奈港也被人們稱作為印度南部的門戶；實兌港位于孟加拉灣的東岸，是緬甸在孟加拉灣沿岸的最大海港。吉大港、欽奈港和實兌港作為21世紀海上絲綢之路的重要節(jié)點，同時3個港口分別位于孟加拉灣的不同方向(東北岸、西岸、東岸)，因此選擇以上3個港口作為代表性港口，并對代表性港口的波浪特性進行統(tǒng)計分析。

一季度，孟加拉灣的3個重要節(jié)點港口主要以偏S向的浪為主：吉大港附近海域的強浪向為SSW，常浪向為SSW向，出現(xiàn)的頻率約為67%，其中出現(xiàn)頻率最高的是0.26～0.39 m的SSW向浪(29%)、0.39～0.52 m的SSW(20%)；實兌港的強浪向出現(xiàn)在NW方向，常浪向為SSW向，出現(xiàn)的頻率約為33%；欽奈港E向浪出現(xiàn)的頻率最高，頻率高達26.57%，強浪向為ESE方向(圖4)。

4-a 吉大港4-b 實兌港4-c 欽奈港圖4 一季度波高玫瑰圖Fig.4 Wave height rose in the first quarter

二季度，吉大港附近海域的強浪向與常浪向均處在SSW方向，出現(xiàn)的頻率高達91%，其中出現(xiàn)頻率最高的是0.5～0.75 m的SSW(27%)、0.75～1 m的SSW向浪(30%)；實兌港的常浪向出現(xiàn)在SW方向，出現(xiàn)的頻率約為62%，強浪向為SSW；欽奈港SSE向浪出現(xiàn)的頻率最高，頻率高達40%，而強浪向為SSW方向(圖5)。

5-a 吉大港5-b 實兌港5-c 欽奈港圖5 二季度波高玫瑰圖Fig.5 Wave height rose in the second quarter

三季度，吉大港附近海域的強浪向為S方向。常浪向為SSW，出現(xiàn)的頻率高達89%，其中出現(xiàn)頻率最高的是0.66～0.88 m的SSW(33%)、0.88～1.1 m的SSW向浪(22%)，1.1～1.32 m的SSW向浪(13%)；實兌港的常浪向出現(xiàn)在SW方向，出現(xiàn)的頻率約為45%，強浪向為WSW；欽奈港的常浪向為S方向，頻率為43%，強浪向為SW方向(圖6)。

6-a 吉大港6-b 實兌港6-c 欽奈港圖6 三季度波高玫瑰圖Fig.6 Wave height rose in the third quarter

四季度，吉大港附近海域的強浪向和常浪向為SSW方向， SSW方向波浪出現(xiàn)的頻率約為65%，其中出現(xiàn)頻率最高的是0.23～0.46 m的SSW(33%)、0.46～0.69 m的SSW向浪(26%)；實兌港的常浪向出現(xiàn)在SSW方向，出現(xiàn)的頻率約為45%，強浪向為SW；欽奈港的常浪向為SSE方向，頻率為70%，強浪向為S方向(圖7)。

7-a 吉大港7-b 實兌港7-c 欽奈港圖7 四季度波高玫瑰圖Fig.7 Wave height rose in the fourth quarter

3 風場條件統(tǒng)計分析

3.1 風場分布特征

一季度，印度洋東北風盛行，受季風影響孟加拉灣海域以東北風為主，平均風速在4～5 m/s，最大平均風速約為5 m/s。從平均風速的風速值的大小來看，中部海區(qū)10°N附近的風速值大于孟加拉灣南北兩端的風速值；

二季度，孟加拉灣中由東北季風轉變?yōu)槲髂霞撅L，由于存在季風風向的轉換，此季節(jié)風速變化不大，平均風速在3.5～5 m/s。最大平均風速出現(xiàn)在中部海區(qū)附近；

三季度，孟加拉灣西南季風發(fā)展強勁，在西南季風的影響下，孟加拉灣的風向以西南方向為主，平均風速在4～7 m/s，平均風速的最大值分布中部海區(qū)附近；

四季度，孟加拉灣存在季風的過渡，季風由西南季風轉向為東北季風，孟加拉灣風向以東北方向為主導，平均風速在4～4.5 m/s之間，風速變化不大，最大風速在中部海區(qū)附近。

通過對不同季度的風場分布特征的分析可以看出風速季節(jié)變化特征明顯，海灣內(nèi)10°N處的平均風速比緯度在20°N以上和赤道附近的平均風速大，同時在三季度大于其他季度的平均風速(圖8)。

8-a 一季度8-b 二季度

8-c 三季度8-d 四季度圖8 風場的季度特征Fig.8 Quarterly wind field

3.2 港口節(jié)點的風速、風向的季度變化特征

一季度，孟加拉灣海域內(nèi)盛行冬季風，吉大港的常風向為N向，頻率約為20%，強風向為SW方向。實兌港的常風向為NW向，出現(xiàn)的頻率為26.85%，平均風速4.391 m/s，強風向出現(xiàn)在SSW方向；欽奈港的常風向為ENE方向，出現(xiàn)的頻率約為23%，平均風速4.56 m/s ，強風向出現(xiàn)在NE方向(圖9)。

9-a 吉大港9-b 實兌港9-c 欽奈港圖9 一季度風玫瑰圖Fig.9 Wind rose in the first quarter

二季度，孟加拉灣的西南季風開始盛行，灣內(nèi)的幾個港口節(jié)點的風向以偏S方向為主，其中吉大港的常風向出現(xiàn)在SSW方向，頻率約為30%，平均風速為5.2 m/s，強風向為WSW；實兌港附近的常風向為SW，頻率約為19%，平均風速為4.9 m/s，強風向為S方向；欽奈港的常風向為S方向，出現(xiàn)的頻率約為25%，平均風速為5.84 m/s，強風向為W方向(圖10)。

10-a 吉大港10-b 實兌港10-c 欽奈港圖10 二季度風玫瑰圖Fig.10 Wind rose in the second quarter

三季度，西南季風發(fā)展逐漸強勁，在西南季風的影響下，孟加拉灣內(nèi)的港口節(jié)點逐漸向西南方向轉變。吉大港的常風向為S方向，出現(xiàn)的頻率約為30%，平均風速為4.89 m/s，強風向為SSE方向；實兌港的常風向與強風向均發(fā)生在SSW方向，平均風速為5.06 m/s；欽奈港的常風向為WSW方向，平均風速約5.04 m/s，強風向出現(xiàn)在SW方向(圖11)。

11-a 吉大港11-b 實兌港11-c 欽奈港圖11 三季度風玫瑰圖Fig.11 Wind rose in the third quarter

四季度，孟加拉灣內(nèi)的季風由西南季風逐漸轉變?yōu)闁|北季風，吉大港常風向轉為NNW方向，出現(xiàn)的頻率約為24%，平均風速為3.2 m/s，強風向出現(xiàn)在S方向；實兌港的常風向為NNW，頻率約為24%，平均風速為3.53 m/s，強風向為SSE；欽奈港常風向為NE方向，出現(xiàn)的頻率約為30%，平均風速為 4.74 m/s，強風向為SSE方向(圖12)。

12-a 吉大港 12-b 實兌港12-c 欽奈港圖12 四季度風玫瑰圖Fig.12 Wind rose in the fourth quarter

4 結語

通過對ECMWF中波浪資料和海表面10 m風場資料進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)孟加拉灣的波浪場與風場具有以下特征：

(1)孟加拉灣的特征波高具有季節(jié)性的變化特征，且在西南季風的影響下有效波高的平均值大于在東北季風影響下的有效波高的平均值；孟加拉灣的波浪條件具有區(qū)域差異性，西南季風影響下孟加拉灣東部沿海的特征波高大于孟加拉灣西部沿海的特征波高，東北季風影響下孟加拉灣東部沿海的特征波高小于西部沿海的特征波高。

(2)孟加拉灣的特征波周期具有季節(jié)性的變化特征及區(qū)域的差異性。全年最大波周期出現(xiàn)在東北季風期，孟加拉灣灣頂及東部沿海的波周期最大超過9 s，西部沿海受斯里蘭卡島的掩護作用，波周期最小。

(3)在孟加拉的東北部海域、東部沿海及西部沿海分別選取吉大港、實兌港及欽奈港3個代表性港口，研究發(fā)現(xiàn)吉大港及實兌港受地形影響波浪方向較為集中且與外海波浪方向基本一致，主要體現(xiàn)在SSW-SW向；而欽奈港位于孟加拉灣的西側海域受地形影響波浪方向以SSE-S向為主，尤其在一季度波浪受NE季風影響，波向以E向浪為主。

(4)孟加拉灣的風速季節(jié)變化特征明顯，在第三季度(季風期)大于其他季度的平均風速；海灣內(nèi)中低緯度(5°N ～15°N)平均風速比中高緯度和赤道附近的平均風速大。