ABSTRACT

Sailing, disaster prevention and reduction, and ocean engineering are extremely concerned about the frequency of big wave (shorten as big wave frequency). The big wave often has a great effect on the produce and life of human society, even disaster. The deep research on the frequency of big wave is very necessary. In this study, we used CCMP (Cross-Calibrated, Multi-Platform) wind field to drive WW3 wave model to simulate the China Sea wave field. A 3-hourly wave field in the China Sea from 1988 to 2011 is obtained. Then the Grads (Grid Analysis and Display System) and Fortran were used to statistics the frequency of the China Sea big wave frequency, based on the simulation wave data. We mainly statistics the frequency of significant wave height greater than 2.0 m, and significant wave height greater than 4.0 m. The result can provide reference for navigation, ocean engineering, prevent and reduce sea wave calamity, and so on.

Keywords:China Sea, WW3 Wave Model, Big Wave Frequency, Grads

Grads在中国近海大浪频率统计中的运用

高占胜¹，宋  帅²，郑崇伟^1,3

¹海军大连舰艇学院航海系，大连

²总参气象水文局，北京

³解放军理工大学气象海洋学院，南京

Email: 364704410@qq.com

收稿日期：2014年9月30日；修回日期：2014年10月20日；录用日期：2014年11月2日

摘  要

航海、防止和减少海浪灾害、海洋工程等对大浪发生的频率(简称大浪频率)极为关注，大浪对人类的生产、生活往往造成严重影响，甚至带来灾害，深入研究中国海的大浪频率具有重要的实用价值。本文利用CCMP (Cross-Calibrated, Multi-Platform)风场，驱动目前国际先进的第三代海浪模式WW3 (WAVEWATCH-III)，模拟得到了1988~2011年逐3小时的中国海海浪场，并利用Grads (Grid Analysis and Display System)软件，结合Fortran程序，统计了中国海2.0 m以上大浪、4.0 m以上大浪出现的频率，希望该方法可以为相关统计工作提供参考，结果可以为航海、海洋工程等提供参考。

关键词

中国海，WW3海浪模式，大浪频率，Grads

1. 引言

海浪是航海、海洋能开发、抢滩登陆、布设鱼水雷、海洋工程等极为关注的海洋要素，大浪尤其是台风浪的破坏能力已为大家共识，研究发现[1] ：1982~1990年间，中国近海因台风浪翻沉各类大小船只14,345艘，损坏9468艘，死亡、失踪4734人，伤近40,000人，平均每年沉损各类船只2600余艘，死亡、失踪520余人。如1999年11月24日“大舜号”客混船从烟台驶往大连途中因遭遇寒潮大风而倾覆，全船304人仅22人生还，直接经济损失9000余万元，是建国以来最大的一次海难事故，又如诺曼底登陆，虽然整体上是成功的，但恶劣的海况也造成了严重的非战斗减员和许多装备的损失，如此事例不胜枚举，深入研究我国近海的大浪出现频率具有重要的实用价值[2] -[6] 。本文利用CCMP (Cross-Calibrated, Multi-Platform)风场驱动第三代海浪模式WW3 (WAVEWATCH-III)，模拟得到了1988~2011年逐3小时的中国海海浪场，并利用Grads (Grid Analysis and Display System)软件，结合Fortran程序，统计了中国海2.0 m以上大浪、4.0 m以上大浪出现的频率，以期可为防止和减少海浪灾害、航海、海洋能开发等提供参考。

2. 数据和方法

Step 1：利用CCMP风场驱动目前国际先进的第三代海浪模式WW3，模拟得到1988年1月~2011年12月逐3小时的海浪场数据。选取计算范围：0˚~41˚N，95˚E~135˚E，空间分辨率取0.25˚ × 0.25˚，计算时间步长取为900 s，每3小时输出一次结果，计算时间为1988年01月01日00:00时~2009年12月31日18:00时。数据经验证具有很高精度[7] ，在此不列出具体验证过程。

Step 2：从模拟的海浪场数据中，提取近24年逐3小时的有效波高数据。

Step 3：编写相应的ctl描述文件，对得到的逐3小时有效波高进行描述，ctl文件如下：

DSET  D:\hs(1988-2011).dat TITLE  wave data UNDEF  -999.9 XDEF   161  LINEAR      95.0     0.3 YDEF   181  LINEAR       0.0     0.3 ZDEF     1  LINEAR      1000 1 

TDEF  71000  LINEAR 00:00z01jan1988 3hr VARS   1 hs   1 99 wnd ENDVARS

3. 大浪频率统计

Step 1：编写Fortran程序，对1988年01月~2011年12月逐3小时的有效波高数据进行统计，主要统计波高大于2.0 m、大于4.0 m出现频率。在此仅列出2.0 m以上大浪频率的统计方法，4.0 m以上大浪频率的统计方法同上。统计程序如下：

PROGRAM main IMPLICIT NONE INTEGER,parameter::m=151,n=171 REAL,DIMENSION(24)::U(M,N)

INTEGER::I,J,L INTEGER,DIMENSION(24)::A(M,N)=0 open(10,file='hs.dat',form='unformatted',& access='direct',recl=M*N)

DO L=1,71000

 READ(10,REC=L)U

 DO I=1, N

  DO J=1, M

   IF(U(I,J)>=2.0)THEN

   A(I,J)=A(I,J)+1

   ENDIF ENDDO PRINT*,L ENDDO OPEN(30,FILE='TONGJI.DAT')

DO I=1,N WRITE(30,"(I8)")(A(j,i),J=1,M)

ENDDO CLOSE(10)

ENDPROGRAM Step 2：利用Grads软件，对统计结果进行绘图，为了便于观察，将图片绘制为阴影图，配合色标可清晰地观察大浪频率，具体绘图结果见图1、图2。绘图所用的gs文件如下：

'open D:\f.ctl'

'enable print D:\f.gmf'

'set gxout shaded'

'd 100*f/71000'

'cbarn 1 1 9.3 4.3'

'print'

'disable print'

图1. 中国海1月份2.0 m以上大浪出现的频率，单位：%

图2. 中国海7月份2.0 m以上大浪出现的频率，单位：%

中国海大浪频率：1月(代表冬季)，2.0 m以上大浪出现频率较高的海域主要分布于吕宋海峡、中南半岛东南海域，出现频率基本在30%以上，高值中心可达35%以上；渤海、渤海海峡、黄海北部海域、以及山东沿海2.0 m以上大浪出现的频率基本在5%以内；东海2.0 m以上大浪出现的频率在10%~25%之间，出现频率表现出南高北低、东高西低的分布特征；南海2.0 m以上大浪出现的频率为我国近海几个海域中最大，大部分海域出现频率在20%以上，等值线呈东北-西南走向。

中国海大浪频率：7月(代表夏季)，该月的大浪频率较冬季明显降低，大部分海域2.0 m以上大浪出现的频率在18%以内，高值区集中分布于中南半岛东南海域，约4%~18%；渤海、渤海海峡、黄海大部分海域、南海南部海域、北部湾、泰国湾的2.0 m以上大浪出现的频率基本在2%以内，这应该是由于夏季虽然容易遭受台风侵袭，但台风频率远不如冬季冷空气出现的频繁，因而导致夏季的大浪频率明显低于冬季的大浪频率，研究结论与李训强[8] 、周良明[9] 等的结论具有很好的一致性。

4. 小结与讨论

1) 利用Grads软件，可以很好地对海浪数据按要求进行截取、描述、可视化制作等，操作方便易懂，效果较好。将Grads软件与Fortran程序结合，可顺利实现中国海大浪频率的统计分析、可视化制作。

2) 1月(代表冬季)，2.0 m以上大浪出现频率较高的海域主要分布于吕宋海峡、中南半岛东南海域，出现频率基本在30%以上；渤海、渤海海峡、黄海北部海域、以及山东沿海基本在5%以内；东海出现的频率在10%~25%之间；南海出现的频率为我国近海几个海域中最大，大部分海域出现频率在20%以上。

3) 7月(代表夏季)，大浪频率较冬季明显降低，大部分海域2.0 m以上大浪出现的频率在18%以内，高值区集中分布于中南半岛东南海域，约4%~18%；渤海、渤海海峡、黄海大部分海域、南海南部海域、北部湾、泰国湾的2.0 m以上大浪出现的频率基本在2%以内。

参考文献 (References)