0 引言

北部湾是一个近似扇面形的海盆，盆口朝南，仅南部湾口及东岸的琼州海峡与南海沟通相连，西、北、东三面为陆地和岛屿，平均水深约38 m，是一个半封闭的陆架浅海海湾。北部湾属于亚热带气候，地处季风气候区，加之独特的地形条件，使该湾的海水运动形态不仅与南海环流有关，同时与风生流、入海径流等都有很密切的关系。北部湾沿海地区是台风多发区。根据有关文献报道，1949—2010年，影响和登陆北部湾北部的热带风暴(台风)总数为296个，平均每年4.77个^[1-4]。影响和登陆北部湾北部的台风引起广西沿岸水位急剧升高。据统计，截至2010年的40多年里，几乎每隔10年就会引发一次台风登陆导致的最大增水过程，台风登陆引起广西沿海水位升高事件多达34次，其中1 m和2 m以上分别有11次和5次^[5-6]。2013—2015年，台风登陆造成的广西沿海水位超过1.5 m以上有2次，其中一次是2014年7月19—20日登陆广西的超强台风“威马逊”，此次台风引起沿岸增水1.65 m以上。热带风暴频繁降临给广西沿海造成严重的自然灾害，沿岸增水对物质输运、污染物稀释扩散、环境保护、生态养殖等产生重要的影响。由台风激发的风暴射流，在短时间内驱使海水流动速度加快，对沿岸污染物输运等也产生重要的影响。

本文所指“风暴射流”系台风期间余流突然增强的现象。关于近岸风暴射流的研究，国内外有关报道很少，究其原因是这方面观测资料少。以往学者们对风暴潮增减水的研究很多，但对风暴射流的研究未见开展，国际上也只有俄勒冈大学Allen J.S.针对风海流和水位升高引起的正压流合成结果，命名为“射流(Jet)”。风暴射流的主要特点：首先流速很强，量值接近1 m/s；其次，强流带只限于近岸一定宽度，一般不超过10 km，这是因为沿岸水位升高引发的正压场会随着离岸距离加大而迅速衰减。

本文主要利用连续1年的单点S1站ADCP和H1潮位仪观测的海流和潮位数据(图 1)，并收集同期东兴气象站风速、风向观测数据和广西沿海水文观测台站有关观测数据等，针对2011年“纳沙”台风期间引发的广西沿岸西向流和增减水变化的异常现象，分析广西近岸在台风期间突发的风暴射流的主要原因，找出它们之间的一些对应关系，为探寻台风期广西沿岸西向风暴射流在传入近岸港湾后的变形、分布及衰减问题，揭示其强化机制等提供理论依据。

1 “纳沙”台风进入北部湾的风场概况 1.1 “纳沙”台风登陆路径

2011年9月24日上午，第17号强台风“纳沙”在西北太平洋洋面上生成，3 d后首次在菲律宾吕宋岛东部沿海登陆，29日14：30左右在海南文昌市翁田镇沿海登陆，21：15左右在广东徐闻角尾乡再次登陆；随后向西跨过北部湾，于30日上午11：30在越南北部广宁沿海登陆；30日20时在越南北部减弱为热带低压(图 2)。在此期间，广西南部沿海出现11~14级大风，防城港市局地降水达332 mm。

1.2 广西沿海台站实测风速、风向

收集“纳沙”台风期间距白龙尾约11 km处的东兴气象站(F1)气象观测资料(表 1)发现，2011年9月29—30日，台风进入北部湾，广西沿海海面的风向从西北转向北，9—12时，平均风速3.3 m/s，13—16时，平均风速4.9 m/s，17—20时，平均风速8.0 m/s，21—24时，平均风速5.8 m/s，风向逐渐向西偏转。至30日1—4时，风向转为偏南风，平均风速为7.3 m/s，最大风速超过14 m/s。5—8时，气旋中心移向西，进入越南境内，白龙尾附近转为南风(图 3)，平均风速为7.7 m/s，最大风速超过16 m/s；9—12时，风速逐渐减弱，平均只有5.5 m/s。直至17—20时，风力才显著减弱。

2 观测点实测流速、流向及水位增减特征 2.1 观测点位置

海流资料来源于郑斌鑫等^[7]的观测结果。观测海流锚定点S1位于防城港湾白龙半岛附近海域，该海域东、南、西三面为开阔水域，东面为防城港湾，西面为珍珠湾，海图水深约为8 m。据气象资料统计，观测点冬半年盛行东北季风，风力较强而稳定；夏半年则为西南季风主导，东北季风期长于西南季风期。由于北部湾海区尺度小，广西沿岸海域未能形成独立的潮波系统，而是主要受制于北部湾的潮波系统。潮汐、潮流、波浪等水动力环境因子在近岸海域受到浅海复杂海底地形和风应力共同作用，加之这些因素之间的相互影响，使得观测点附近海域水动力状况较为复杂。

2.2 观测仪器

海流观测采用AWAC声学多普勒海流剖面仪，仪器每分钟发射60个脉冲，通过座底的方式向上进行观测，观测层高度间距为0.5 m，经平均得到整个垂向剖面的流速流向数据。从剖面数据中选择表、中、底3层数据进行分析，其中表层是指水面下1 m处，底层是指距离海底约1.5 m处，中层是指相对于表、底层中间的位置。观测时间、观测项目和观测仪器等具体信息见表 2。

2.3 资料分析方法

实测海流资料中包含3部分，即高频流-噪声部分、潮流-周期性分量和定常余流-准定常分量。在分析资料时，首先通过声学多普勒(AWAC)海流剖面仪自带的软件对流速、流向原始数据进行高频滤波处理，将实测数据中的高频噪声成分基本滤掉，得到潮流和定常余流为主的流动；然后再将上述得到的流动分解成东、北分量，并采用Lanczos余弦滤波器^[8]对其分别进行截止频率为1/25的滤波，得出实测海流中低频流动的部分，在此基础上对余流进行计算。

2.4 实测流速、流向特征

对观测点表、底层逐时实测流速、流向并进行分级统计(图 4)，将2011年9月27日—10月5日“纳沙”台风期间S1站低频流动绘制成过程曲线(图 5)。从图 4~5可以看出：正常天气期间，各层低频流较为均匀，且中层和底层的流速稍大于表层，方向多为N向和NE向。台风登陆前后，流速发生较大变化，尤其是表层和中层流速剧增，且方向变成了西南向，表明该观测点从表层到底层都出现很强的西向风暴射流。

由“纳沙”台风期间观测站低频流过程曲线可知：

(1) 从9月29日20时起，观测点各层流向从NE向迅速沿顺时针方向转成SW向，很快达到最大值，表、底层逐时低频实测流速分别为103.7 cm/s和71.0 cm/s，比无台风期间流速增大将近两倍。台风登陆期间余流也非常显著，9月30日，表、中、底层余流日平均值分别达40.0 cm/s、34.2 cm/s和21.7 cm/s，余流流速最大值达60.9 cm/s，超出正常值3倍以上。

(2) 从9月30日晚上开始，台风开始减弱和消退，此时观测点各层流速逐渐减小，流向也逐渐恢复到N和NE向，但各层恢复的速度不一样，底层恢复最为迅速，10月1日2时左右流向就恢复偏北向。中层与底层类似，但表层恢复最慢，10月2日20时后流向才转为NE向。

(3) 台风登陆期间，从表层往底层流速最大值出现时间依次延迟，底层比表层延时约2 h。与历年登陆广西沿海台风相比，“纳沙”的影响不是最强的，但是值得注意的是，在“纳沙”影响下，各层流向从NE方向迅速从顺时针方向转成SW向，且日平均流速表层达40.0 cm/s，表层余流最大流速为60.9 cm/s，出现了西向风暴射流。

2.5 对应H1站水位增减变化

从H1站水位增减变化过程可以看出(图 6)，风速的变化与水位增减的变化基本一致。“纳沙”台风过境期间，9月29日6时，白龙尾半岛沿岸海域开始减水，20时急剧减水，到30日凌晨2时，减水达到最大值-92 cm，和偏北向的离岸风作用直接相关；随着台风的移动，风向逐渐转为偏南风，水位在向岸风作用下在岸边堆积，产生增水，30日上午10时，增水达到最大值65 cm，后来水位也发生了多次余震动，第1个余震动增水45 cm，第2个余震动增水约20 cm。

3 近岸西向风暴射流产生及其水位变化异常现象的分析 3.1 风对表层流有影响，但不起主导作用

观测结果表明，风对环流的影响是存在的，但不起主导作用。根据对1988年10月1日至1989年8月6日涠洲岛南面石油井架附近水深为40 m的观测站收集的风、海流观测资料分析发现，按照Ekman风海流计算出来的结果和实测结果相比，流速、流向差别比较大(表 3)，实测海面风风速为5.0 m/s，风向为155°，当地的海流并未呈现出典型的Ekman螺旋结构。

显然，把风当做主要驱动力来定论北部湾北部环流形成与实际是不相符的。涠洲岛附近测流结果证实了风对表层流有影响，但不起主导作用。同样，通过白龙尾锚定站的观测结果进行比较可以看出，无台风期间，白龙尾水深10 m处余流都指向西南(图 7)，夏季中间层和底层同样如此，是典型的逆风流, 它不是风力驱动的，而是沿岸径流驱动的结果, 因为夏季西南季风平均风力比东北季风小，风向不稳定和不持续，对近岸表层流的作用远比径流小得多。但是，在

台风登陆期间，白龙尾风向从西北转向北，风速增大，流向从NE方向迅速沿顺时针方向转成SW向，表、底层实测流速分别为103.7 cm/s、71.0 cm/s，比无台风期间流速增大将近两倍。台风登陆期间余流也非常显著，余流流速最大值可达60.9 cm/s，超出正常值3倍以上，距离海岸1 km外的海域有如此大的西向流实属少有，其产生原因值得进一步探究。

3.2 西向风暴射流的出现可能与入海径流有关

通过利用遥感法对叶绿素大面积测定时发现，广西近岸西向流的产生与入海径流有关。从图 8中看出，2006年12月北部湾及邻近海域叶绿素浓度分布受入海径流影响，北部湾北部沿岸区域为叶绿素浓度高值区，中部区域分别有两个高值带向南、转而西南延伸。对照北部湾冬季环流结构^[9]，可以基本解释上述规律：

(1) 图 8中的北部沿岸叶绿素浓度高值带，是越南沿岸北向的海流，在广西防城港附近与海南岛西部北上的沿岸流在防城港南部相遇的结果。两股海流相遇之后转而向南，逐渐与环境水稀释、混合、变弱。其北部分叉，表明两个不同海流的相交流态，正好位于西部反气旋环流与东部气旋环流相交的锋面上。

从1964年《中越合作北部海湾海洋综合调查报告》^[10]表层盐度分布和溶解氧饱和度分布结果可以证实，1960年8月，在夏季西南季风作用下，受越南红河冲淡水(约占珠江径流量的70%)向北流动影响，广西西部沿海被低盐冲淡水所盘踞，对北部湾北部环流的形成产生重要的影响^[8]。

(2) 从琼州海峡进入北部湾的沿岸流，携带珠江冲淡水的高叶绿素值，形成北部湾西北部局部区域叶绿素的高浓度。

(3) 琼州海峡的西向流进入北部湾后分成两支：一支继续西进，在防城港南面转向南，逐渐融入两个大环流的锋面内；另外一支紧贴海南岛西北沿岸向南扩散，形成叶绿素近岸高值区。同时与西面紧邻的北向沿岸流构成锋面，形成叶绿素次高值区。

由此可以推断出，风不是广西近岸西向流产生的决定性因素。除风之外，由于越南沿岸径流从水深20 m处向广西北岸流动，通过侧向摩擦和补偿效应，也会引起浅水区西向的余流产生。而台风期间形成如此强劲的西向流，可能是由于台风导致海水的北向流与越南沿岸径流叠加，从而产生更强的补偿效应。由于这一作用只存在于台风接近广西沿海期间，所以在台风过后，观测站点的流向很快便恢复了正常，但这一预测还需要观测数据的进一步验证。

3.3 风与增减水相关，但是两者位相明显滞后

通过对比潮位及风观测资料(东兴气象站)可知，“纳沙”台风过境期间，由于北风(离岸风)的作用，白龙尾岸站(F1)水位先减后增，这显然是登陆台风的驱动作用。但是，我们注意到这样一个事实：最大风速在5—8时出现，而最大增水在10时出现，之间相位差在3 h左右。由此可见，增水与风速、风向有关，但是，位相却显著滞后。同时，我们还发现无台风期与台风期观测点的余流具有以下规律：

(1) 从表层往底层，流速最大值出现时间逐渐推迟，底层比表层延时约2 h。

(2) 台风移走后，各层余流流速逐渐减小，但表层恢复慢，中层比表层快，底层更快。

(3) 这种风暴流接近正压，很难用风生流来解释。具体表现在：1)余流流向比风向转得快；2)流速和风速存在明显的不匹配；3)底层流延续时间很长。

3.4 台风引起的水位增减变化具有先减后增的区域特点

台风登陆引起的广西沿岸水位变化具有明显的规律性，在增水前期出现一次明显的减水过程，然后增水，过后呈现起伏的波动状态。同样分析表明，2001年7月1—3日“榴莲”台风过境引起水位增减变化过程与“纳沙”台风基本相同。7月1日，台风“榴莲”登陆北部湾北部，广西沿海东部铁山港石头埠站水位增减变化过程如图 9所示：“榴莲”台风自东向西行，台风最大风速为25~30 m/s，在台风过境期间，石头埠附近海域的水位经历先减水后增水的过程；在低压中心从石头埠以东接近石头埠的过程中，石头埠附近开始出现减水，并逐渐增大(-48 cm)；最大减水发生在7月2日8时前后，此时低压中心位于石头埠的东侧，距离很近，石头埠附近吹刮强北风；10时前后，石头埠处于低压中心，风速变小，水位处在恢复状态，而后南风逐渐加强，石头埠附近进入增水过程，最大增水发生在7月2日14—16时，此时石头埠海区处于强风带，强烈的向岸风导致岸边增水达到最高值(140 cm)；随着低压中心的继续西行，风力减弱，水位逐渐恢复。

从以上两个台风登陆引起的水位增减变化过程可以看出，虽然它们的登陆时间、地点和增减水位值都存在很大差别，但其水位变化过程几乎相同，即先减后增呈起伏扰动形状，在增水前期一般出现一次减水过程，然后增水。说明台风在进入沿岸区前由于受到雷州半岛和海南岛的阻挡，强度有所减弱，出现减水过程，但当台风进入本岸段时，强度又再度得到加强，沿岸水位迅速升高。登陆广西沿海台风引起的水位变化具有明显的规律性。

4 结论

本文主要通过对广西白龙半岛附近观测站S1站连续1年的实测海流剖面数据，以及附近的潮位和风资料进行分析，得出以下结论：

(1) 台风登陆期间，S1站流向从NE方向迅速沿顺时针方向转成SW向，表、底层实测流速分别为103.7 cm/s、71.0 cm/s，比无台风期间流速增大将近两倍。台风登陆期间余流非常显著，表、中、底层余流日平均值分别达40.0 cm/s、34.2 cm/s和21.7 cm/s，余流流速最大值达60.9 cm/s，超出正常值3倍以上，表、中、底层均产生强劲的西向风暴射流；台风消退时各层恢复速度不一，底层最快，表层最慢，接近2 d后才恢复为NE向。

(2) 通过对应于H1站水位增减变化值发现，“纳沙”台风过境期间，由于北风(离岸风)的作用，H1站水位先减，减水达到最大值为-92 cm，而后风向转为西南风，水在岸边堆积，H1站水位迅速增高，增水达到最大值65 cm，随着台风西移，增水迅速降低。H1站水位增减变化具有先减后增的区域特点。

(3) 台风过境期间，广西近岸产生强劲西向风暴射流及水位增减变化的异常现象，通过分析发现，风对表层流有影响，但不起主导作用，西向风暴流可能与径流产生的侧向摩擦和补偿效应关系更为密切，台风期间海水向北输运与这一效应叠加，可能是造成西向风暴射流的原因；风与增减水相关，但是两者位相明显滞后；台风引起的水位增减变化具有先减后增的规律。

这些异常现象与台风影响密切相关，对于不同台风条件下产生的结果还需要进一步深入研究，如不同的台风登陆路径、移行速度、海(底)岸地形、径流等这些因素叠加后的影响等。值得注意的是，在距离海岸不到1 km的位置，S1站产生如此大的西向风暴射流，将会对沿岸港湾污染物的输运和生态环境产生怎样的影响。事实上，深入开展台风期广西沿岸西向风暴射流在传入近岸港湾后的变形、分布及衰减的理论问题研究，对于近海生态系统及环境保护也具有重要的理论和现实意义。