黑海风浪参数气候分布的准均质区域划分及其气候学意义

本研究针对黑海风浪参数空间异质性难题，采用MIKE 21 SW数值模型和判别分析法，基于45年(1979–2023)模拟数据，首次识别出6个准均质气候区域。研究发现3

　　

论文解读

风浪是海洋环境中最活跃的动态要素之一，其参数的空间分布特征直接影响航运安全、海岸工程设计和海洋资源开发。黑海作为半封闭海域，受复杂地形和气候系统影响，风浪参数呈现显著空间异质性。然而，现有研究多基于10年风速数据或船舶目测资料，分区方案粗糙（如1969年《黑海风浪图谱》仅按经纬度划分5个区域），且忽视波浪周期与方向的协同变化。更棘手的是，传统方法无法捕捉极端气候事件下的波浪响应差异，导致近海防灾规划缺乏精准数据支撑。

为破解这一难题，研究人员依托俄罗斯科学基金会资助项目，采用MIKE 21 SW（丹麦水力学研究所开发的第三代波浪谱模型）对黑海1979–2023年共45年的风浪参数进行每小时分辨率模拟，获取92个均匀分布点的h_s（有效波高）、t_p（谱峰周期）及传播方向数据。通过判别分析（Discriminant Analysis）这一多元统计方法，首次实现基于气候学特征的黑海准均质区域划分。

关键技术
研究团队构建了非稳态模式的MIKE 21 SW模型，网格分辨率达0.1°×0.1°，涵盖波浪生成、非线性相互作用、白浪耗散等物理过程。采用NCEP/NCAR再分析风场驱动模型，通过判别分析处理92个点位4类波高（<1 m/1–3 m/3–5 m/>5 m）和4类周期（<3 s/3–6 s/6–9 s/>9 s）的出现频率数据，最终确定最优聚类数。

研究结果

Wave model
模型验证显示，模拟结果与12个沿岸观测站的极端波高（如克里米亚南岸h_s达7.2 m）和周期分布高度吻合。时空分析表明，黑海西部弱浪（h_s<1 m）频率仅50%，而东部超90%，这与东北风主导的强浪带（3<h_s<5 m频率达15%）形成鲜明对比。

Results and discussion
判别分析识别出6个准均质区域，关键区分参数为3<h_s<5 m波高（贡献率41%）和6<t_p<9 s周期（贡献率33%）。新分区揭示：1）传统中央均质区实际存在3个亚区，其中西南亚区极端浪（h_s>5 m）频率是东北亚区的2.3倍；2）东北沿岸与克里米亚南岸虽地理邻近，但因风向一致性（东北向浪占70%）被归入同一气候区。

Conclusions
该研究突破性地将黑海划分为6个气候学均质区域，修正了沿用半个世纪的5区划分方案。新方案显示，波高>3 m和周期6–9 s的参数组合最能表征区域差异，而传统认为关键的1–3 m波高反而空间差异不显著。这一成果为海上风电选址、跨海桥梁抗浪设计提供了毫米级精度的分区标准，尤其对预测东北沿岸风暴潮灾害具有重要应用价值。

重要意义
研究首次将长期数值模拟与判别分析结合，解决了黑海风浪分区缺乏气候学依据的难题。相比?akmak等（2023）的全海统一预测模型，该成果证实黑海至少存在6种独立响应气候变化的波浪模式。这为制定区域适应性策略（如克里米亚与高加索沿岸需差异化设计防波堤）提供了科学基础，相关方法可推广至其他半封闭海域研究。