中国东海岸登陆台风驱动的极端波浪时空演变特征及其驱动机制研究

针对全球气候变化下台风诱发的极端波浪对海岸工程威胁加剧的问题，本研究基于CMA最佳路径数据和SWAN模型重建了1949-2022年171场登陆台风的波浪场，结合Mann-Kendall趋势分析和EOF分解，揭示了东海极端有效波高(SWH)的时空异质性：东南海域呈弱增长(1 cm/yr)，黄渤海显著下降(-2 cm/yr)。研究发现台风生成位置、登陆经度和LMI位置与极端波高显著正相关，为海岸灾害风险评估提供了新见解。

　　

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（背景）热带气旋(TC)是威胁沿海地区的典型极端气象事件，当最大持续风速超过32.7 m/s时即形成台风或超强台风。这类风暴虽生命周期短暂，却能引发风暴潮和台风浪等链式灾害，对海堤、港口等基础设施造成毁灭性冲击。随着全球气候变化加剧，台风活动呈现强度增强、路径西移等新特征，但极端波浪的长期演变规律及其与台风活动参数的关系仍不明确。东海作为西太平洋台风登陆热点区域，其极端波浪的驱动机制研究对沿海韧性防护具有重大意义。

（方法与样本）研究团队基于中国气象局(CMA)1949-2022年最佳路径数据，筛选171场登陆东海且LMI≥32.7 m/s的台风事件，采用第三代近岸波浪模型SWAN（Simulating Waves Nearshore）重构历史波浪场。通过构建覆盖20°N-42°N、116°E-135°E的无结构网格（含33,254个三角形单元），结合Mann-Kendall趋势检验、经验正交函数(EOF)分解和Hurst指数分析，系统评估了极端波浪的时空变异特征。模型验证显示，台风"利奇马"(2019)等4个案例的SWH模拟与实测数据相关系数达0.824-0.968。

（结果）

1. 1.

   极端波浪的时空异质性

   • •

     趋势分析显示东海东南部SWH以1 cm/yr速率微弱增长，而黄渤海区域显著下降达2 cm/yr，南部冲绳海域Hurst指数超0.7预示趋势将持续。

   • •

     EOF第一模态(贡献率57.26%)呈现以宫古海峡东侧为中心的全区一致型，峰值达2.5 m；第二模态(15.56%)展现台州湾-宫古海峡轴向的南北偶极子结构。

2. 2.

   台风参数的调控作用

   • •

     台风寿命与LMI（Lifetime Maximum Intensity）分别与北部海域波高呈正相关(r>0.5)，但近74年LMI以-0.172 m·s^-1/yr速率显著减弱。

   • •

     生成经度西移(-0.035°/yr)与LMI位置北移(+0.014°/yr)共同导致波高响应减弱，而登陆经度东移可使中部海域波高提升30%。

3. 3.

   强度与季节分异

   • •

     超强台风(SuperTY)在27°N以南引发的SWH比强台风(STY)高15%，但在以北区域相反。

   • •

     活跃季(7-9月)的极端波高值比非活跃季普遍高2m，尤其在黄海外缘和东海中部。

（结论与意义）该研究首次建立了登陆台风特征参数与极端波浪的定量关系图谱，揭示台风路径西移和强度衰减对波浪场空间重分布的深刻影响。发表于《Applied Ocean Research》的成果为海岸工程的设计波参数确定提供了动态评估框架，建议在长江口等变异显著区域优先布设监测网络，并将台风活动趋势纳入气候适应性海岸管理策略。未来需结合PDO（太平洋年代际振荡）等气候模态进一步解析多尺度驱动机制。