阿根廷巴塔哥尼亚新湾风暴潮动态与大气驱动模式：基于2010-2023年验潮数据的多尺度分析

本综述系统分析了阿根廷巴塔哥尼亚新湾2010-2023年风暴潮事件，通过百分位阈值法识别出167次正风暴潮事件（峰值均值0.89 m），结合主成分分析（PCA）揭示南向风频增与西南风主导的大气模式（前三个主成分解释80%方差），最终构建了该区域风暴潮动力学的概念模型，为沿海灾害预警提供科学依据。

　　

Highlight

新湾海岸区的风暴潮影响显著低于拉普拉塔河（Río de la Plata）和布兰卡湾（Bahía Blanca）河口（该现象已在上述河口区得到广泛研究，参见Etala, 2000; Alonso等, 2024及参考文献）。在这两个河口区域，低洼海岸和邻近浅水区共同导致与风暴潮相关的洪水风险显著升高。因此，布宜诺斯艾利斯（Buenos Aires）和布兰卡港（Bahía Blanca）等首都及主要城市已开发了早期预警和预防系统。相比之下，新湾的风暴潮事件虽然规模较小，但仍对沿海活动构成威胁，特别是在旅游和港口运营方面。本研究通过分析2010-2023年验潮数据，首次系统揭示了该区域风暴潮的时空特征和大气驱动机制。

Data and Methodology

马德林港（Puerto Madryn）自2010年3月23日起运行验潮站，位于路易斯·皮耶德拉·布埃纳码头（Comandante Luis Piedra Buena Pier，42.763° S, 65.031° W）。该站使用压力传感器每分钟测量瞬时水位。数据来自政府间海洋学委员会（IOC-UNESCO）网站。观测期内（2010-2023年）年度缺失数据低于2%，但2014年（7.5%）和2019年（4.5%）除外。通过调和分析去除海平面记录中的天文潮信号，生成残差序列（即风暴潮分量）。正风暴潮事件定义为：去潮后海平面超过99百分位（>0.66 m）且持续高于95百分位（0.39 m）至少6小时。此外，还分析了马德林港机场气象站（MAms）的10米高度风场数据，以及美国国家环境预报中心（NCEP）的再分析数据（包括海平面气压场和10米风场），并通过主成分分析（PCA）提取大气环流主导模式。

Results

共识别出167次风暴潮事件。平均持续时间为14.7小时（标准差：6.13小时），最长持续36小时。平均峰值高度为0.89米（标准差：0.18米），最高记录峰值达1.46米。这些结果总结于图2。年度事件数在10至15次之间，2015年和2023年显著增加（图2a）。月度分布（图2b）显示事件明显集中在4月至10月，冬季月份（6月、7月、8月）事件数量最多。夏季（12月、1月、2月）事件较少，但2023年1月记录到一次异常事件。峰值高度分布（图2c）显示大多数事件（72%）峰值在0.7至1.0米之间，仅3次事件超过1.2米。持续时间分布（图2d）表明近60%的事件持续12至18小时。风场分析显示，在风暴潮峰值时刻，南风频率显著增加（图4b），与整体风况相比，南风和东南风频率更高，而西风频率降低。主成分分析（PCA）表明，前三个主成分分别解释了海平面气压场方差的68%、7%和5%，突显了这些事件期间的主导大气模式。常见的模式是巴塔哥尼亚大陆架西南风的主导地位。

Discussion

新湾风暴潮事件的影响规模虽不及拉普拉塔河与布兰卡湾河口，但其独特的海岸地貌（如弱垂直分层和季节性环流变化）仍放大了风驱动力效应。PCA揭示的西南风主导模式与南太平洋高压（SPA）南移引发的压力梯度增强直接相关，这与冬季西风带调制机制一致（Schwerdtfeger, 1976; Hurrell和Van Loon, 1994）。值得注意的是，2023年1月的异常事件可能暗示气候变化背景下极端天气频率的演变趋势。本研究构建的概念模型整合了大气-海洋耦合过程，为区域尺度风暴潮预测提供了动力学框架，但未来需融入高分辨率数值模拟以量化海床地形与非线性能量耗散的贡献。

Conclusion

本研究利用2010-2023年验潮数据分析了马德林港的正风暴潮事件。共识别出167次风暴潮事件，平均峰值高度0.89米，平均持续时间14.7小时。记录到的最高峰值达1.46米。每年观测到10至15次风暴潮事件，4月至10月频率最高，冬季月份达到峰值。风暴潮峰值时刻的MAms风场分析（图4b）显示南风频率显著增加，证实了南向风场在风暴潮生成中的核心作用。海平面气压场的主成分分析（PCA）表明，前三个主成分分别解释了68%、7%和5%的方差，共同揭示了这些事件期间的主导大气环流型。最常见的模式是巴塔哥尼亚大陆架西南风的主导。基于这些发现，提出了描述新湾风暴潮动力学的概念模型。