风暴潮会使受影响海区的潮位大大地超过正常水平。如果风暴潮恰好与影响海区的涨潮相重叠,就会使水位暴涨,海水涌进内陆,淹没沿岸的乡村、城镇、农田、厂房、居所,从而造成严重的人员伤亡和经济损失。
由热带气旋、温带气旋、冷锋的强风作用和气压骤变等强烈的天气系统引发的海面异常升降现象。又称风暴增水、风暴海啸、气象海啸、风潮。
风暴潮会使受影响海区的潮位大大地超过正常水平。如果风暴潮恰好与影响海区的涨潮相重叠,就会使水位暴涨,海水涌进内陆,淹没沿岸的乡村、城镇、农田、厂房、居所,从而造成严重的人员伤亡和经济损失。
历史上最致命的风暴潮由1970年的波拉气旋引起,在孟加拉湾地区造成多达30万人死亡。21世纪最致命的风暴潮是由纳尔吉斯强热带风暴造成的,该风暴于2008年5月在缅甸造成超过13.8万人死亡。风暴潮在全球范围内造成的严重破坏可见一斑。
中国早在唐朝时期,刘恂就在《岭表录异》中对风暴潮进行了详细的描述:“广州去大海不远,二百里。每年八月潮水最大,秋中复多飓风。当其潮水退之间,飓风作而潮又至,遂至波涛溢岸,淹没人庐舍,荡失苗稼,沉溺舟船,南中谓之沓潮。”文中描述的就是发生在中国南海地区的风暴潮。中国是世界上频繁遭受风暴潮侵袭的国家之一。在南方沿海,夏、秋两季多有台风登陆;在北方沿海,冬、春季节常受强冷空气影响。风暴潮引起的最大增水值一般为1~3米,常造成严重灾害,毁坏海堤、农田、水闸及港口设施。
按照诱发风暴潮的大气扰动特征,可将其分为两类:一类是由热带气旋引起的,大多数发生在夏、秋两季,称为台风风暴潮;另一类是由温带气旋引起的,主要发生在冬、春两季。前者的特点是水位急剧变化,后者水位变化较为缓慢,但持续时间较长。
按照产生风暴潮的水域特征,也可将其分为两类:一类是封闭海或大湖和半封闭海或海湾中的风暴潮,它的主要特点是海域中的水体或多或少地是以整体在对大气扰动进行反应;另一类是大气扰动移行于广阔的流域上空时所产生的具有前进波形式的风暴潮。
风暴潮发生时的潮位受到大气压力、风剪切、地球自转、海浪、降雨等因素的影响。下图展示了风暴潮形成的简单示意图。在气旋的中心即“风眼”处气压最低,热带气旋的压力效应会导致海洋表面的水位在低气压区上升,而在高气压区下降。上升的水位将抵消低气压,因此在水面下的某些平面上总压力保持不变。此外,当气旋中心向海岸移动时,水会在风力的作用下向陆地移动,到达海岸时引起更大幅度的水位上升,其数值远超由于中心低压引起的水位上升(后者约占总水位上升量的5%)。
强表面风亦能对水面高度产生影响,这就是埃克曼螺旋—强劲的表面风会引起与风向成45°的表面流动。受风的影响,在下风岸水位有上升的趋势,并在逆风岸下降。
由于地球的自转引起的科氏力效应也会对风暴潮产生影响,科氏力使北半球和南半球的水流分别向右和向左弯曲。当这一弯曲使水流与海岸形成更垂直的接触时,它可以放大海浪的冲击;当它将水流从岸边弯曲时,它就有减弱海浪的作用。
风暴潮还会受到海浪的作用,强风在其运动方向上引发巨浪。当巨浪破碎时,携带着巨大动量的水颗粒向岸边移动,并沿着倾斜的海滩向上运动,在波浪破碎之前甚至可以达到原始波高的两倍。
风暴潮的发生常常伴随着河口地区的强降雨。飓风可能会在24小时内造成高达数百毫米的降雨量,而在局部地区则会有更高的降雨密度。因此,流域可以迅速地将水冲进排水的河流。从海洋中涌起的风暴驱动的海水与河口降雨相遇,从而大大增加潮汐河口附近的水位。
风暴潮的涌浪主要有两种测量方法:一种是可以直接在沿海潮汐站测量,即实际观测水位和预测水位之间的差值;另一种测量涌浪的方法是在热带气旋接近海岸线之前部署压力传感器,这种类型的传感器可以放置在将被淹没的位置,并能准确测量其上方的水位。
风暴潮从本质上来说是一种非线性流动现象,其运动规律常用流体动力学的风暴潮方程组来描述。通过近几十年的发展,对于风暴潮物理过程的数值模拟已形成了一批成熟的模式,促进了风暴潮数值预警报技术的业务化应用,为风暴潮灾害风险评估奠定了坚实基础。常用的风暴潮预报方法有两种:经验统计法和动力数值计算法。经验统计法是根据各个地区长期观测资料建立经验公式,因而具有一定的局限性。动力数值计算法则是结合气压、风场和水下地形资料,并在给定的初边值条件下,应用数值方法求解风暴潮方程组,预报出一定区域内的风暴潮分布,包括增水过程和淹没范围。为提高预报精度,需要提高对台风路径和强度突变的预测能力,分析风暴潮、天文潮、波致增水相互作用机理和气候变化的影响。为增强减灾防灾能力,开展风暴潮灾害的风险评估也是十分必要的。