引言

海上大风是天气预报中的一项重要内容，其准确率的高低直接影响到海上运输等生产部门的计划调度及安全实施。海上大风由于突发性强、阵性明显、瞬时性突出等特点引发的灾害尤为严重，海上大风是冬、春、秋3季最常见的一种海洋气象灾害性天气，严重威胁渔业生产、海上运输、海上捕捞、石油开发、交通安全等，常给人民的生命和财产带来巨大损失。例如2009年4月15日，受海上大风天气影响，莱州湾有多名渔民遇险，经济损失很大。因此，提升海上大风的预报预警能力成为发展海洋经济、保障海上安全的迫切需要。总结海上大风发生时地面天气形势特征，统计海上大风在不同天气形势特征下的发生规律，对提高预报准确率有重要意义。

目前，国内对海上大风的研究基本都是建立在对观测资料的统计分析和对天气个例的诊断研究基础上，并且主要针对沿海单个或某些海区，但对中国近海所有海区的研究比较少见。本文利用天气学分型和统计分析的方法，对造成中国近海6级及以上海上大风过程的天气形势进行天气学分型，探索海上大风的变化规律，为海上大风预报预警提供天气学背景参考依据。

1 资料和标准

本文利用来自国家气象信息中心的2010—2014年地面观测站(包括288个海岛站、380个沿海气象站、28个浮标站、37个船舶站、53个气象观测塔、13个海上平台站、9个沿海风廓线仪等，时间分辨率为3 h间隔)和高空气象观测站(时间分辨率为6 h)资料对中国近海出现的6级及以上海上大风过程进行普查分析。其具体范围是：10~41°N、105~125°E。

规定实况观测资料中单站日最大10 min平均风速达到6级及以上(≥10.8 m·s^-1)记为1个沿海大风站次，某个海区出现连续12 h及以上不少于五个大风站次的作为一次大风过程，并以此为基础进行统计分析。

2 海上大风研究现状 2.1 海上大风特征研究

20世纪80年代以来，对海上大风的研究主要集中在对资料的统计分析和利用大气动力学原理对个例的诊断研究上。陈信雄和姜得中^[1]认为冬半年我国近海8级及以上大风天气过程可分为以下3种类型：强冷空气影响产生的大风、气旋造成的大风和北上台风造成的大风。张新玲和吴增茂^[2]对1979—1981年春、秋季黄、渤海8 m·s^-1以上大风情况下，渤海海上风和沿岸实测风对比发现，海上风、沿岸风和比值都具有明显的日变化和季节变化，而且其比值和日较差随季节和风向而变化。另外，还有一些研究对海上大风的气候特征进行了统计分析^[3-8]。

2.2 海上大风成因研究

辛宝恒^[9]认为黄、渤海的偏北大风与冷锋和气旋(黄河气旋、江淮气旋、渤海气旋和北上热带气旋)有关，偏南大风与蒙古气旋、东北低压和华北地形槽有关。张华芳^[10]认为风暴东侧强大的低空东南急流是造成海上大风的主要原因。阎俊岳等^[11]论述了黄、渤海大风的分布规律、海陆大风对比分析特征、天气过程以及预报方法。刘学萍^[12]、黄少军等^[13]、林曲凤等^[14]认为烟台附近海上大风的原因与强垂直风切变、低空变形场的锋生作用及地面黄河气旋的适度发展有关；寒潮大风产生在高湿、高能、中低层位势不稳定以及高层辐散、低层辐合的深厚上升运动区。尹尽勇等^[15]对一次莱州湾大风过程分析得出温带气旋的爆发性发展是海上大风的主要成因。王雷^[16]发现冷空气南下与东海低压发展造成的气压梯度、高低空较强的冷平流以及中低空辐合辐散差异引起的动力强迫下沉作用所造成的动量下传是东海大风的主要原因，且最大风发生区域和时间既与低层和中层700 hPa分别转为辐散和辐合中心对应，又与中低层700 hPa以下正好处于下沉速度中心附近对应。吴海英等^[17]发现温度平流与地面风场之间是通过变压场相互关联和促进的，强冷空气所伴随的冷平流增强了地面变压场及变压梯度，是导致江苏近海大风出现的重要原因。董海鹰等^[18]和东高红等^[19]分别指出海风锋对强对流大风的加强作用。盛春岩和杨晓霞^[20]发现冷空气到达渤海湾后，锋前的强暖平流与锋后的强冷平流造成低空锋区进一步增强。冷锋次级环流的下沉运动与地面正变压中心对应，变压梯度风与大尺度气压梯度风共同造成渤海强风过程。徐哲永等^[21]对舟山群岛一次冷空气大风过程诊断分析表明，冷空气南下与东海低压强烈发展造成的强气压梯度以及中低层冷平流的作用是造成强风的重要原因。高低层散度场的耦合以及高空锋区过境时产生的动力下沉运动造成强烈的动量下传，进一步加大了地面风速。韩永清等^[22]对2012年一次黄、渤海强风天气过程进行天气动力学分析表明，较强冷空气与地面气旋相互影响造成大的气压梯度是造成海上强风的直接原因。

综上所述，国内主要利用沿海单个或某些海区的观测资料通过统计分析和个例诊断分析在海上大风研究方面做了一些工作，但对中国近海所有海区的研究比较少见。本文主要对2010—2014年造成我国近海6级及以上海上大风过程的天气形势进行天气学分型，为研究和探索海上大风预报方法提供参考。

3 2010—2014年中国近海大风过程统计特征

中国近海海域包括渤海、黄海、东海、南海和台湾海域，介于欧亚大陆与太平洋之间，自南向北略呈弧形分布。由于渤海、黄海、东海、南海与中国大陆紧连，故在地理上又习惯地把上述四海称为“中国海”。其中渤海、黄海和东海位于中国大陆以东，常被称为“东中国海”，而南海位于中国大陆以南，又称为“南中国海”。中国海洋气象近海海域预报区范围及划分如图 1^[23]所示。

对2010—2014年中国近海6级及以上海上大风过程的统计结果表明，2010—2014年共出现了285次大风过程，并且可划分为冷空气型、温带气旋型和热带气旋型3种类型。其中根据冷空气活动的天气形势，冷空气型又可以分为小槽东移型、小槽发展型和横槽转竖型3类；温带气旋型又可分为东海气旋型、蒙古气旋型和黄渤海气旋型3类。

2010—2014年冷空气型、温带气旋型和热带气旋型年平均发生次数分别为27.6次、15.0次和14.4次，分别占总数的48.4%、26.3%和25.3%。冷空气型海上大风主要发生在秋、冬、春季(分别占50.7%、30.1%和19.2%)，影响我国的冷空气从寒潮关键区(西伯利亚中部；70~90°E，43~65°N)入侵我国主要有3条路径：西路、西北路和东路。2010—2014年138次冷空气型海上大风天气过程中，西北路冷空气型分别占78.8%、80.0%、80.6%、73.7%和60.0%，5年平均为75.4%，可见海上大风主要由冷空气引发，且冷空气路径绝大多数为西北路(表 1)。

对2010—2014年中国近海6级及以上海上大风过程按渤海、黄海、东海和南海4个海区分别进行统计，结果表明，渤海、黄海、东海、南海, 4个海区的冷空气型海上大风过程分别占各海区总次数的86%、80%、73%和67%，因此对每个海区来说冷空气型都是最主要的，而且西北路、西路和东路3种不同冷空气路径类型中，西北路冷空气过程占绝大多数。渤海和黄海第二多的是温带气旋型海上大风过程，东海和南海第二多的是热带气旋型海上大风过程。温带气旋型海上大风过程主要出现在渤海、黄海和东海，热带气旋型海上大风过程主要出现在东海和南海。另外，渤海在2010—2014年中未出现热带气旋型海上大风过程，南海未出现温带气旋型海上大风过程(表 2)。

对2010—2014年中国近海6级及以上海上大风过程按照春季、夏季、秋季和冬季分别进行统计，结果表明，冷空气型海上大风过程主要发生在春、秋、冬3季，分别占春、秋、冬3个季节总数的28%、25%和47%，其中近一半过程发生在冬季，且西北路、西路和东路3种不同冷空气路径类型之中，西北路冷空气过程占绝大多数。温带气旋型海上大风过程主要发生在春季和夏季，分别占60%和27%。而热带气旋型海上大风过程主要发生在夏季和秋季，分别占56%和28%。总体而言，春季发生3种类型海上大风过程的总数最多，其次为冬季，夏季和秋季最少(表 3)。

4 中国近海大风天气学分型

从各类大风中选取典型天气过程，分析其环流形势及大风特征。

4.1 冷空气型

由前面统计结果可知，冷空气型海上大风过程主要发生在冬季，因此所选的冷空气型过程个例全在冬季。

4.1.1 横槽转竖型

2011年12月7—13日为一次典型的横槽转竖型冷空气大风天气过程，冷空气由西北路径影响我国并造成近海大风。由12月7日08时(北京时，下同)500 hPa形势场可以看出，从日本北部到我国东北内蒙古地区有一明显的横槽(图 2a)，欧亚中高纬度在贝加尔湖东北部有一个阻塞高压，8日20时，贝加尔湖东北部的阻塞高压西退至新疆西北部(图 2b)，同时位于东亚的横槽已经转竖，槽后西北气流引导冷空气南下影响我国东部近海。地面冷锋后部冷高压前沿气压梯度增大，为2.0~2.5 hPa/(100 km)。强的气压梯度导致渤海、渤海海峡、黄海、东海和台湾海峡等海域出现以6~7级为主的大风过程，其中黄海东部和东海北部出现了9级大风(图 2c)。

4.1.2 小槽东移型

2012年2月23—27日为一次典型的小槽东移型冷空气大风过程，冷空气由西北路径影响我国并造成渤海、黄海、东海和台湾海峡产生大风。由2月23日08时500 hPa形势场(图 3a)可以发现，欧亚中高纬度在东亚有一个大槽，西亚有一个低涡，在两个低值系统之间从蒙古国中部到我国西南地区东部自北向南有3个阶梯槽。24日，原来位于蒙古中部的小槽，已东移至我国北方并且有所发展加强，东亚大槽有所东退，到25日08时，已经替代原来的东亚大槽，槽后西北气流引导冷空气南下影响我国(图 3b)。之后东亚大槽继续发展加强。地面冷锋后部冷高压前沿气压梯度增大至2.0 hPa/(100 km)。强的气压梯度导致了渤海、黄海、东海、台湾海峡出现了6~7级大风，其中渤海海峡和东海西北部海域风力最大达8级(图 3c、d)。

4.1.3 小槽发展型

小槽发展型也称脊前不稳定小槽东移发展型。2014年12月1—3日为一次典型过程，冷空气由西北路径影响中国近海并造成渤海、渤海海峡、黄海、东海和台湾海峡都产生了大风。由11月30日08时500 hPa形势场(图 4a)可以看出，蒙古国中部—我国河套地区有一槽，我国南方还有另外一个槽。随着蒙古国中部—我国河套地区的槽东移至内蒙古东部，我国南方的槽也东移发展。到12月1日08时(图 4b)，形成东北低涡，南北两槽同位相叠加形成一个大槽。槽后强西北气流引导冷空气南下影响我国。地面冷锋后部冷高压前沿气压梯度增大至3.0~3.5 hPa/(100 km)。强的气压梯度导致了渤海、渤海海峡、黄海、东海和台湾海峡出现了7~8级大风(图 4c)。

4.2 温带气旋型

我国温带气旋分为南方气旋和北方气旋，南方气旋活动在淮河以南地区和东海、日本海南部海面上，有江淮气旋及东海气旋(本文研究海上大风，移至东海上的气旋统称为东海气旋)。北方气旋有蒙古气旋、东北气旋、黄河气旋(移至黄海或渤海上又称黄渤海气旋)。温带气旋型海上大风过程主要指温带气旋移到海上后加深发展，气压梯度加大造成海上大风天气。由第3节统计结果可知，温带气旋型海上大风过程主要发生在春季和夏季，主要出现的海区为渤海、黄海和东海，所以挑选的个例都发生在春季和夏季。以下为各类温带气旋型大风特征。

4.2.1 东海气旋型

2014年6月1—4日为一次典型的东海气旋型海上大风天气过程，6月1日08时地面图可见，在江淮地区有一中心强度为1 002 hPa的气旋，随后江淮气旋开始东移(图 5a)，到1日20时(图 5b)开始进入东海北部，并且中心气压下降至1 000 hPa，黄海和东海出现了6~7级东南或偏东风。之后气旋继续东移，到2日08时气旋大部分位于东海上(图 5c)，并且继续发展加强。到2日14时气旋已经完全位于东海上。随着东海气旋发展加深，在黄海南部产生的气压梯度最大达4.0~4.5 hPa/(100 km)，黄海中部出现6~7级东北风，黄海南部和东海北部出现6~7级西北风，最强可达9级(图 5d)。

4.2.2 蒙古气旋型

2010年4月7—8日为一次典型的蒙古气旋型海上大风天气过程，4月7日中心强度为1 002.5 hPa的蒙古低压位于贝加尔湖附近，中心强度为1 025 hPa的大陆高压位于华北地区，到7日20时，蒙古低压东移至蒙古国东部，大陆高压东移进入黄海(图 6a)。到8日08时，蒙古低压东移到我国东北部地区，而海上高压东移至日本海，两者之间在渤海到黄海北部形成一条东南—西北向大的气压梯度带，气压梯度最强达3.0~3.5 hPa/(100 km)，黄海、渤海出现6~7级偏南大风，最强达8级(图 6b)。

4.2.3 黄渤海气旋型

2011年7月30日为一次典型的渤海气旋型海上大风天气过程，由7月30日08时地面图(图 7a)可以看出，华北地区一个中心强度为1 002.5 hPa的气旋东移入渤海，到30日14时，气旋中心位于渤海上，中心气压下降至997 hPa。之后该气旋逐渐沿东北方向由渤海移至东北地区。这次过程形成的气压梯度很弱，仅为1.5~2.0 hPa/(100 km)，影响范围比较小，仅在渤海和渤海海峡产生6~7级大风，最强达8级(图 7b)。

4.3 热带气旋型

热带气旋产生的海上大风过程主要包括以下两种情况：热带气旋在中国东部沿海直接登陆或者再次入海后引发海上大风；热带气旋在西进或北上过程中与冷空气相互作用，使得气压梯度加大从而引发海上大风(这种过程发生次数较少)。由于西北太平洋和南海热带气旋活跃期主要在7—10月，而且登陆我国的热带气旋也主要发生在7—10月，并且根据第3部分统计结果也可知，热带气旋型海上大风过程主要发生在夏季和秋季，因此以秋季发生热带气旋型海上大风过程作为个例进行探讨。

2014年10月12—13日1419号台风“黄蜂”(Vongfong)北上过程中，在渤海、黄海、东海导致了一次海上大风天气过程。10月12日20时(图 8a)地面冷高压中心位于我国与蒙古国中部交界处，中心气压为1 035 hPa，台风“黄蜂”中心位于东海东部，中心附近最大风力为10级(28 m·s^-1)。受其影响，东海大部出现8~10级大风，最强达12级(32 m·s^-1)。到13日08时(图 8b)，随着台风“黄蜂”的北上以及冷高压向东南移动，台风西北侧与大陆冷高压之间的气压梯度增大至7~8 hPa/(100 km)，东海大部仍有8~9级大风，同时渤海、渤海海峡、黄海大部的风力增大到6~7级，最强达8级。

5 结论

1) 2010—2014年中国近海共出现285次6级及以上大风过程，并且可划分为冷空气型、温带气旋型和热带气旋型3种类型。其中冷空气型又可以分为小槽东移型、小槽发展型和横槽转竖型3类；温带气旋型又可分为东海气旋型、蒙古气旋型和黄渤海气旋型3类。

2) 2010—2014年冷空气型、温带气旋型和热带气旋型海上大风过程年平均发生次数分别为27.6次、15.0次和14.4次，分别占总数的48.4%、26.3%和25.3%。冷空气型海上大风天气过程中，西北路冷空气型约占75%，可见海上大风主要由冷空气引发，且冷空气路径绝大多数为西北路。

3) 冷空气型近海大风天气过程主要是由于地面冷锋后部、冷高压前沿气压梯度增大导致。温带气旋型近海大风过程主要是由温带气旋移至海上后加深发展，气压梯度加大造成。热带气旋型海上大风天气过程通常在7—10月发生较多。