风暴潮 · aiwiki.page

风暴潮是风暴引起的沿海海平面异常升高，通常以超出预报天文潮汐的高度来衡量。它主要由风将海水推向海岸所致，大气压强降低也有一定贡献。风暴潮与天文潮叠加后构成风暴潮位（风暴潮全潮位）；波浪还会使海水的浸漫范围进一步扩大。热带气旋和温带风暴均能引发具有破坏性的风暴潮。(nhc.noaa.gov)

风暴潮是一种严重的海岸灾害，抬升的水位会淹没低洼陆地，经由水道深入内陆，并使波浪能够冲击平时受到屏障保护的地面与建筑物。其严重程度取决于风暴自身的特征、海岸的地貌轮廓，以及风暴与潮汐发生的时间重合情况。理解风暴潮涉及海岸物理学、现场观测、数值预报与洪水风险评估；防御手段则结合了预警系统、海岸工程与土地利用规划措施。海平面上升抬高了风暴致洪的基准水位，将这种偶发性灾害与长期的海岸演变紧密联系在一起。(nhc.noaa.gov)

定义与水位术语

风暴潮是指由风暴引起的高于预报天文潮的异常水位上升。它表示两个水位之间的差值，而非相对于固定参考面的绝对高程。2米的风暴增水意味着水面比该地点和时间预期的天文潮高出2米，并不代表水面高于平均海平面2米，也不意味着附近的陆地被2米深的水淹没。美国国家飓风中心2013年的术语声明中明确将这种偏离潮位的增水与基于基准面计算的高程区分开来。风与大气压力导致了与风暴相关的潮位偏离，而天文潮预报反映的则是周期性的潮汐涨落。(nhc.noaa.gov)

**风暴潮总水位**是由天文潮与风暴潮共同作用形成的水位。与增水不同，其高程需要一个明确的垂直基准面——即测量高程或深度的参考面。潮汐基准面是利用潮汐观测定义的参考高程，例如平均最高高潮面。当所有高程都相对于同一基准面表示时，其关系式为 $s(t)=\eta_{\mathrm{ST}}(t)-\eta_{\mathrm{T}}(t)$ ，其中 $s$ 为增水， $\eta_{\mathrm{ST}}$ 为风暴潮总水位高程， $\eta_{\mathrm{T}}$ 为预测的天文潮高程。改变通用的参考基准面会改变这两个高程的数值，但二者的差值保持不变。(nhc.noaa.gov)

淹没水深测量的是平时干燥的陆地表面之上的水深，而不是相对于预报潮位或某一基准面的高度。在风暴潮水漫过地面的区域，淹没水深等于风暴潮总水位高程减去地面高程（两者须采用统一的基准面）。举例来说，若预报天文潮为0.8米，增水为2.0米，则形成的风暴潮总水位高程为2.8米。在同一基准面下地面高程为1.3米的受淹地点，水深即为1.5米。这三个数值代表不同的物理量——2.0米的增水、2.8米的风暴潮总水位高程以及1.5米的淹没水深——它们并非同一种洪泛指标，不能混为一谈。(nhc.noaa.gov)

风暴潮和风暴潮总水位也与单个风浪截然不同。波浪会在抬升的水面上产生波峰与波谷的周期性震荡；波浪的高度并不等于增水的高度。在海岸带，破波还会额外引发波浪增水（即时间平均水位的抬升）以及**波浪爬高**（即水流沿海滩向上冲流的波动范围）。波浪爬高包含平均增水以及被称为冲洗流的时变上涌与回流过程。其幅度取决于波高、波周期和海滩坡度。因此，沿岸水位的估算必须指明是否包含了波浪效应。(nhc.noaa.gov)

这些概念上的区别说明了为何单凭增水高度无法准确描述海岸洪涝。美国地质调查局的风暴影响评估框架综合了潮汐、增水和波浪爬高的水位，并与当地的沙丘高程进行对比。即使基础风暴潮总水位仍低于沙丘顶部，波浪也可能会短暂越浪；而持续的淹没则是另一种完全不同的灾况。同样地，在地面高程不同的区域，相同的风暴潮总水位可能对应着完全不同的淹没水深。(usgs.gov)

物理成因

风暴潮主要是由风暴风力通过海表应力向海洋传递动量而产生的。向岸风将海水推向海岸；在海岸线和浅海海底限制海水重新分布的地方，海水发生堆积，海面形成向陆地抬升的坡度。由此产生的压力梯度会阻碍海水的进一步堆积。在海气阻力系数保持恒定时，风应力大约与风速的平方成正比增加，因此更强的风力可极大地增强强迫作用。然而，该系数在所有条件下并非恒定不变：观测表明，其增长在高风速下会趋于平缓。因此，风速与潮位高度之间并不遵循简单的普适平方律关系。(co-ops.nos.noaa.gov)

大气压力的直接作用由逆气压计效应来描述。在理想平衡状态下，气压下降会使海面上升，满足公式：

\Delta \eta=-\frac{\Delta p}{\rho_w g},

式中， $\Delta \eta$ 为水位变化量， $\Delta p$ 为大气压变化量， $\rho_w$ 为海水密度， $g$ 为重力加速度。在开阔大洋上，气压每下降 1 百帕（相当于 1 毫巴），大约对应海平面上升 1 厘米。因此，50 百帕的气压亏损对应的平衡态水位上升约为 0.5 米，而非数米之多。这只是一种平衡近似，而非完整的沿海潮位预测：风暴驱动的海流和不断变化的风场同样决定着水位。美国国家海洋和大气管理局（NOAA）对 1999 年飓风弗洛伊德的分析估计，气压对佛罗里达州弗吉尼亚礁和北卡罗来纳州达克的最大增水贡献分别约为 10 厘米和 50 厘米，同时指出风应力通常在风暴期间起着更为显著的作用。(co-ops.nos.noaa.gov)

风暴强度和风场规模控制着该强迫作用的不同方面。风力越强通常施加的应力越大；而风场越大，则在更广阔的海域施效应力，并可在某处维持较长时间的强风。因此，两场最大持续风速相同的风暴推向陆地的海水总量可能大不相同。除最大风速半径外，围绕中心处的风力分布同样关键；单凭最大风速无法描述提供向岸输送的水体总量覆盖区域。沿海水深和地形地貌会进一步改变对这一强迫作用的响应。(nhc.noaa.gov)

风暴的移速、路径和移向决定了风力的作用位置及其持续时间。路径的偏移会改变最强向岸风的位置；相较于平行于海岸的移动路径，风暴以接近垂直于海岸的角度登陆可聚集不同的向岸强迫力。移速的影响并不具有普适性：美国国家飓风中心的培训案例显示，移动较快的风暴在开阔海岸会迅速产生更高的即时风暴潮，而移动较慢的风暴由于强迫时间更长，会在半封闭水域产生更大幅度的水位上涨，或将洪涝推向更远的内陆地区。这些控制因素相互交织，而非彼此独立的乘数效应。(nhc.noaa.gov)

因此，萨菲尔—辛普森飓风风力等级无法明确指定潮位高度，因为它仅依据最大持续风速对飓风进行分级。2008 年飓风艾克以 2 级飓风登陆得克萨斯州，却引发了约 20 英尺（6.1 米）的峰值潮位；其飓风级风圈从中心延伸达 125 英里（201 公里）。而 2004 年袭击佛罗里达州的飓风查利虽为 4 级飓风，但其风场规模小得多——飓风级风圈半径最远仅为 25 英里（40 公里）——产生的峰值潮位仅约 7 英尺（2.1 米）。这些鲜明的对比表明，风暴潮估算不仅需要考虑风暴强度，还必须掌握风暴的空间风场结构与移动特征。(nhc.noaa.gov)

海岸控制因素与复合洪涝

在相当的风暴强迫下，宽阔且平缓的大陆架通常比狭窄陡峭的大陆架更容易蓄积由风力驱动的水量。浅水区需要更大的水面坡度来平衡所受的风应力，从而使宽广的大陆架上产生显著的海岸增水。美国国家飓风中心指出，路易斯安那州和密西西比州外海平缓倾斜的大陆架尤其有利于形成特大风暴潮。海岸线的形态进一步改变了这种响应：向内弯曲的海岸（如佛罗里达州的阿巴拉契湾）能够汇聚风暴驱动的水体，而向外突出的海岸则会呈现不同模式的水量再分配。这些控制因素意味着，类似的外海风暴并不一定会产生相似的沿海水位。(nhc.noaa.gov)

海湾和河口湾可以将抬升的水体带入内陆深处，但地形变窄并不一定会放大风暴潮。水道收敛度、水深、底部摩擦以及沿海高水位持续的时间共同决定了扰动沿水流上溯时是增强还是衰减。在2022年的一项理想化建模研究中，拉明·法米尔哈利利（Ramin Familkhalili）、斯特凡·托尔克（Stefan Talke）和戴维·杰伊（David Jay）发现，较深的河口航道通常会减弱风暴潮的衰减，而较大的河流流量则会加剧其衰减。航道加深还会使受沿海水位主导的河段与受河流流量主导的河段之间的过渡区向上游推移。因此，水道几何形态的改变可能会重新分配河口湾沿线的洪水分布，而不是在整个河口湾内均匀地改变水位。(os.copernicus.org)

风暴潮相对于天文潮的时序在潮差较大的英国周边尤为关键。最大增水——即风暴引起的偏离预测潮位的最大偏差——并不一定会发生在总水位最高的时候。低潮附近的较大增水所产生的洪涝水位，可能低于高潮附近的较小增水；因此，除非天文潮峰值与风暴增水峰值恰好重合，否则二者各自的最大值不能简单相加。英国气象局指出，仅相差两三个小时的时间差，就可能决定沿海是否会发生洪涝。2013年12月5日，高潮条件与巨大增水叠加，导致英国东海岸发生大范围洪涝。(weather.metoffice.gov.uk)

当沿海水位、强降雨和河流流量同时或接连汇聚时，就会发生复合洪涝。海平面升高会阻碍地表径流和河水的下泄，即使海水并未直接淹没陆地，也会造成顶托回水效应。降雨和径流在流域内的演进时间也各不相同，因此其洪峰可能会在风暴潮峰值之后到达。这些是相互作用的水力过程，而不仅仅是将独立估算的最大洪水量简单相加：事件发生过程中，水深、摩擦、调蓄和水力坡降都会发生动态变化。纳哈尔·梅曼迪（Nahal Maymandi）、米歇尔·霍梅尔（Michelle Hummel）和张宇（Yu Zhang）在2022年的一项研究中，模拟了得克萨斯州萨宾—内奇斯河口湾的沿海、河流和降雨洪涝。在所研究的飓风中，与“哈维”相关的持续降雨引发了范围最广、持续时间最长的复合洪涝，呈现出不断演变的格局和多个洪峰。(doi.org)

洪水还可以从障壁岛的陆侧越过岛体并排向大洋。在2019年飓风“多利安”期间，北卡罗来纳州外滩群岛中长达36公里的北核滩（North Core Banks）遭受的淹没，主要来自帕姆利科湾方向，而非海洋一侧。克里斯托弗·舍伍德（Christopher Sherwood）及其同事在2023年报告称，海湾一侧的洪水和向海排泄形成了80多条冲刷通道，穿过前沿沙丘的缺口横贯整个岛屿。该岛损失了约18%的水上沉积物体积，泥沙被输送至近岸沙坝。这一案例表明，仅凭面向大洋的海岸线条件，并不能确定障壁岛洪涝的方向或严重程度。(usgs.gov)

风暴类型与地理分布

热带气旋与温带气旋均能通过强劲的地面风和低气压引发极端沿海海平面。两者的气象结构截然不同：热带气旋属于暖心系统，其能量供应依赖温暖的海洋；而温带气旋则沿温度对比带发育，并与锋面相伴相生。热带气旋是孟加拉湾和美国南部等若干低纬度地区主要风暴潮灾害的诱因；而在较高纬度地区，尤其是北海周围，温带风暴则是重要的风暴潮诱发因素。这两种沿海灾害的地理分布呈现交叠态势，而非泾渭分明。(archive.ipcc.ch)

孟加拉湾是热带气旋风暴潮多发的重要区域，直接威胁到孟加拉国的低洼海岸线和印度东部沿海。该海湾北部大片浅水区极易受风暴大风驱动而产生剧烈的水位响应，而其间的岛屿、潮滩和滨海平原更成了洪水大范围侵入的通道。1970年11月12日至13日，波拉气旋袭击了当时的东巴基斯坦，淹没了低洼岛屿和潮滩；这场灾难凸显了北孟加拉湾极高的灾害暴露度，但这并不意味着每次气旋都会造成同样规模的后果。同一场灾害的影响还往往跨越国界。在2020年5月的安攀气旋期间，印度气象局预测西孟加拉邦部分地区高于天文潮的风暴增水可达4至5米，孟加拉国为2.5至3.5米；这些数值为预报值，并非环海湾实测的统一海平面高度。(mausamaudit.imd.gov.in)

沿美国大西洋沿岸和墨西哥湾沿岸，飓风风暴潮的威胁远不止局限于气旋直接登陆的地点。美国国家飓风中心将这些海岸沿线的所有地点均列为脆弱区域，包括通过河流和运河与海洋相通的内陆地区。路易斯安那州和密西西比州尤为脆弱，因为其近海水深向外海平缓加深，辽阔的大陆架浅水区极易聚集大量被强风推涌的海水。因此，面临威胁的并不局限于承受最强风力的地点：风暴的尺度、路径、接近角度以及当地的海岸形态，都会共同影响最大增水出现的具体位置。(nhc.noaa.gov)

在西北太平洋，台风则给菲律宾带来相应的灾害。气旋强风驱使海水涌向陆地，使沿海低洼社区面临威胁，局地淹没程度取决于风暴强度、增水高度和地面标高。2013年11月8日，台风“海燕”（当地称为“约兰达”）登陆菲律宾，在塔克洛班周边引发毁灭性的沿海洪涝。当地的峰值增水恰逢相对低潮期；美国国家海洋和大气管理局的分析估计，如果适逢高潮，水面高度还会再升高0.5米。这一事件不仅体现了菲律宾台风风暴潮的严峻程度，也凸显了区分气象引起的风暴增水与最终总水位的重要性。(pagasa.dost.gov.ph)

与此形成对比的是，北海是典型的温带风暴潮环境，单次风暴便可依次影响多个国家的海岸线。1953年1月31日，持续的偏北大风将海水向南推挤；风暴增水在苏格兰东部和英格兰沿岸逐步加剧，随后向东北方向沿荷兰海岸推进，于2月1日凌晨04:00左右抵达艾默伊登。这是一场席卷整个海盆的系统性事件，而非各自孤立的局部风暴。2013年12月5日至6日的另一次重大事件中，偏北大风与天文大潮叠加，在英国北海沿岸造成普遍高出天文潮约2米的风暴增水。(weather.metoffice.gov.uk)

观测与事件重建

常设沿海水位站提供连续记录，可用于重建风暴洪涝过程；临时布设的仪器则填补了沿预期风暴路径的观测空白。美国地质调查局（USGS）在固定验潮仪的基础上，补充布设了可实时传输观测数据的快速部署雷达水位计，以及通常在风暴过后回收数据的潜水式压力传感器。临时传感器可分散部署在障壁岛、湿地、沿海水道和低洼内陆区域，以解析洪水的扩散与退水过程。在 USGS 于 2018 年阐释的监测规程中，大多数临时站点以 30 秒为间隔记录水位和大气压；部分海滩传感器以 2 秒为间隔采样，以捕捉波浪波动。这些时间序列揭示了到达时间、上涨速率、峰值水位和淹没历时，而不仅是单一的最高高程。 (usgs.gov)

非通气型潜水传感器记录的是绝对压力，包括大气压和上覆水体施加的压力。在静水近似下，传感器上方的水深计算公式为 $h=(p_{\mathrm{sensor}}-p_{\mathrm{air}})/(\rho g)$ ，其中 $\rho$ 为水体密度， $g$ 为重力加速度。安装在预期洪水位之上的独立气压计提供气压校正；与盐度相关的密度校正也会影响从压力到水深的换算。随后加上传感器的实测高程，即可得出水面高程。在 USGS 对 2005 年 10 月飓风“威尔玛”在佛罗里达西南部引发的洪涝调查中，压力记录经过了气压和盐度校正，水准仪测量则将仪器记录和洪水高水位痕迹统一归算至 1988 年北美垂直基准面。 (pubs.usgs.gov)

风暴过后的调查通过高水痕扩大了空间覆盖范围，这些痕迹包括留在建筑物、植被或其他表面上的泥沙污渍、细小种子线和碎屑杂物。测量人员记录这些证据并评估其测量不确定度，而不是将每个痕迹都视为具有相同精度的洪峰水位。托德·A·科尼格（Todd A. Koenig）等人于 2016 年编写的 USGS 手册将此类证据的识别、保存和评估规程规范化。多孔表面可通过毛细作用将水吸至高于实际水线的位置，而碎屑杂物可能会下垂或移位；因此，位于背风遮蔽处且能相互印证的痕迹具有特殊价值。最高高水痕通常既不能提供淹没的时间也不能提供持续历时，其本身也无法确定洪水经由不同路径到达的先后顺序。波浪作用还会使裸露痕迹的解译更加复杂。 (pubs.usgs.gov)

整合受风暴影响海岸线上的各项观测数据需要统一的垂直基准。全球定位系统测量将现场测站与大地测量控制网相连，而水准测量则在水准基点、局部参考标志和传感器安装点之间传递高程。某台仪器上方的水深不能与安装在不同高程的另一台仪器上方的水深直接进行比较。因此，USGS 的测量指南强调统一基准、一致的控制坐标以及对水准点稳定性的核查：风暴破坏、地表位移或标石移位都会使表面上已建立的参考基准失效。局部参考标志还保留了在仪器拆除后重新测量传感器站点所需的空间关联。 (water.usgs.gov)

航空摄影和激光测高测量为地貌响应提供了互补的遥感证据。航片记录了冲越沉积物和决口等特征，而风暴前后的高程测量则量化了海滩和沙丘变化的幅度与空间变异性。2011 年 8 月 27 日飓风“艾琳”在北卡罗来纳州登陆后，USGS 采集了航空照片和激光测高观测数据以记录海岸变化。通过与风暴前的调查进行对比，研究人员查明了侵蚀、泥沙淤积和岛屿决口情况，并为优化海岸影响预测提供了支持，该预测将模拟的风暴水位及波浪爬高与实测沙丘高程进行了对比。这些测量记录的是地貌演变结果，而非连续的水位历史。 (usgs.gov)

数值模拟与预报产品

美国国家飓风中心（NHC）使用的飓风引起的海洋、湖泊和陆地风暴潮（SLOSH）模型通过二维水动力学模拟来计算由风暴驱动的沿海水位。该模型利用有限差分法求解简化的动量方程。其不同应用场景的主要区别在于所输入的气象信息：历史反演使用的是过去飓风的实况信息；假设情景模拟通过设定风暴参数以供规划参考；而事件预报则采用针对逼近气旋的预测信息。这些属于同一建模框架下的不同用途，而不是对于未来洪涝的互换性表述。(slosh.nws.noaa.gov)

风暴输入参数包括中心气压、路径、移速以及通常由最大风速半径表征的尺寸。沿海计算域则提供水深和陆地高程数据。SLOSH 采用曲线网格，网格单元的分辨率从数十米、数百米到一公里以上不等；小于单个网格尺度的水道、堤防、道路等特征可以通过参数化方案来体现。因此，风暴的具体参数设定以及水流通道和阻碍物的表达方式都会影响模拟的淹没范围。天文潮既可以通过指定初始水位来体现，也可以通过随时间和空间变化的天文潮计算来模拟。因此，以高潮位作为初值进行的模拟，与以平均潮位作为初值进行的模拟代表了不同的水位假设。(github.com)

集合预报将风暴演变的不确定性纳入考量，以应对风暴潮对风暴演变的高度敏感性，而不是假定单一预报路径绝对确定。美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的概率风暴潮系统（P-Surge）结合 NHC 的官方预报以及在路径、尺寸和强度方面的历史预报误差，构建约 500 至 1,000 个具代表性的风压输入场。基于这些输入场运行的模拟可以得出特定地点的水位概率分布。两类互补的输出产品回答了不同的问题：超额概率产品给出水位超过某一特定高度的几率，而超额高度产品则给出对应特定发生概率的水位高度。这些概率描述的是特定预报事件中的不确定性，而非沿海洪涝的年发生频率。(vlab.noaa.gov)

NHC 的潜在风暴潮淹没图于 2014 年试运行并于 2016 年正式投入业务化应用，该图采用了 10% 超额高度：在图上的每个位置，指导预报显示水位超过该标示高度的几率约为十分之一。这是一种针对特定地点的合理上限情景，既非最可能发生的结果，亦非绝对的最大值。通过地理信息系统进行处理，将水位指导预报与高分辨率陆地高程相结合，从而描绘出平时干燥地面以上的潜在淹没水深。该产品综合考虑了天文潮和预报不确定性，因此并非单纯显示预报潮位之上的增水高度。(nhc.noaa.gov)

综合情景图的构建方式则有所不同。**最大水包络线（Maximum Envelope of Water，简称 MEOW）**针对具有相同飓风等级、移速、移向和初始潮位，但沿不同平行路径移动的假设风暴群，保留每个网格单元中出现的最大水位。在 NHC 给出的示例中，五次模拟在某个网格单元中产生的值分别为 4.1、7.1、5.3、6.3 和 3.8 英尺，MEOW 则取其中的 7.1 英尺。**MEOW 最大值包络线（Maximum of MEOWs，简称 MOM）**则针对某一飓风等级，在各类 MEOW 的基础上进一步逐网格单元取最大值。相邻网格的最大值可能源自不同的风暴，且并不一定同时发生：这两种综合图都不代表单场飓风造成的区域性洪涝。此外，这些规划包络线本身也不赋予年超额概率。(nhc.noaa.gov)

海岸侵蚀与地貌演变

沿海水位升高会导致波浪对海滩剖面的冲击位置向更高处和陆地方向推移。原本会在沙丘下方破碎或消散的波浪能够直接抵达沙丘基底，淘蚀泥沙，并使朝海的一侧坡面变得更加陡峭。持续的掏空侵蚀会导致沙丘部分坍塌并使沙丘边缘向陆后退。位于沙丘上或附近的建筑物和基础设施因此可能丧失承载沉积物；侵蚀还会使原本受到屏障保护的内陆结构直接暴露于风浪和洪涝威胁之下。因此，灾害不仅表现为洪水侵入开发区域，还表现为建筑物下方的地基被物理剥蚀淘空。这些机制构成了卡拉·多兰（Kara Doran）及其同事开展的2013年美国地质调查局（USGS）中大西洋海岸侵蚀评估的基础。(pubs.usgs.gov)

由海岸科学家阿斯伯里·H·萨伦杰二世（Asbury H. Sallenger Jr.）于2000年提出的USGS风暴影响等级，通过将风暴水位与当地海滩及沙丘高程进行对比来对这些地貌变化进行分类，而不仅仅依据风暴本身的强度。设 $D_{\mathrm{low}}$ 为沙丘趾部高程， $D_{\mathrm{high}}$ 为沙丘顶部高程， $R_{\mathrm{high}}$ 为波浪爬高上限（包含其底层升高的水位）。在冲洗机制（swash regime）下， $R_{\mathrm{high}}<D_{\mathrm{low}}$ ：波浪作用仅局限于海滩范围内，在不直接冲击沙丘的情况下重新分配海滩泥沙。在碰撞机制（collision regime）下， $D_{\mathrm{low}}<R_{\mathrm{high}}<D_{\mathrm{high}}$ ：波浪直接拍打沙丘前缘，导致沙丘发生净侵蚀。因此，这些判定阈值将水动力驱动与海岸几何形态结合起来：相同的水位在相邻的不同岸段可能产生截然不同的影响。(usgs.gov)

在越浪机制（overwash regime）下， $R_{\mathrm{high}}>D_{\mathrm{high}}$ ，单个波浪的向上涌浪能够跨越沙丘或海滩滩肩，并将泥沙带向内陆。在漫滩机制（inundation regime）下，风暴潮和潮汐共同作用引起的持续高水位本身就超过了丘顶，即 $R_{\mathrm{low}}>D_{\mathrm{high}}$ ，从而导致持续被水淹没，而非间歇性的翻越。越浪会在海滩后方形成层状或扇形的沉积体；漫滩则能将沉积物运送至障壁岛更纵深的区域。这些过程实质上是对泥沙的重新分配，而非单纯将其从海岸系统中彻底移除。即使朝向外海的海岸线在不断后退，泥沙向陆地的反复搬运也会推动障壁岛向陆迁移。(usgs.gov)

风暴驱动的地貌演变还可能包括冲开贯穿岛屿的决口，将外海与障壁背后的海湾或河口湾连通。在2012年飓风桑迪期间，新泽西州曼托洛金附近的岛屿海滩形成了两处决口，并伴随有沉积物在河口湾内淤积。这类决口改变了障壁岛与河口湾的水连通性及泥沙交换，而风暴水流同时重塑了岛屿和邻近的海床。在纽约州火岛，USGS的实测数据显示，桑迪剥蚀或重新分配了风暴前海滩与沙丘总体积的54.4%，其中越浪影响了火岛全长的46.6%。这些测量数据揭示的是泥沙储存与分布的变化，并不等同于泥沙向深海区域的永久流失。(usgs.gov)

海滩剖面不同部位的恢复过程发生于不同的时间尺度上。在冲洗占主导的侵蚀过程中被移往近岸水域的泥沙，可在数周至数月内重新回到海滩上；USGS在1999年飓风丹尼斯之后的观测记录了这种海滩恢复现象，在此期间沙丘始终未受破坏。而沙丘的重建则要缓慢得多，需要数年时间通过风成沙的堆积来逐渐增加高程和体积。因此，海岸线的恢复并不必然意味着沙丘屏障已恢复原状。在桑迪之后，火岛在2012至2013年的冬季风暴季节中经历了进一步的侵蚀；截至2013年4月，90%被调查剖面的海滩体积仅与桑迪刚过后的测量值相当，远未恢复到风暴前的状态。(usgs.gov)

历史灾害与机构应对机制

1953年1月31日至2月1日的北海洪灾暴露了沿海防御工程与预警传递机制的双重缺陷。英格兰东部沿海沙丘被冲垮，堤防漫顶，混凝土海塘崩塌；约16万公顷土地被淹，307人死亡。荷兰则有约1,800人溺亡。英国气象局与荷兰风暴潮预警局在数小时前便预测到了极具危险性的高水位，但受损的电话线路阻碍了预警向英格兰南部沿海的有效传递。英国随后展开的调查建议设立专门的洪水预警机构，从而促成了风暴潮警报局（Storm Tide Warning Service）的成立。此后沿海防御设施逐步得到加固，伦敦的防洪保护也上升为重大工程重点。泰晤士河防洪闸于1982年投入运行，并在1984年5月8日正式启用；其建设源于此次灾害后开展的一系列调查，包括赫尔曼·邦迪对伍尔威奇附近建设防洪闸方案的评估。(weather.metoffice.gov.uk)

1970年11月12日至13日，波拉气旋袭击了当时的东巴基斯坦（现孟加拉国）。其引发的风暴潮席卷了孟加拉湾沿岸的低洼岛屿与潮滩。世界气象组织（WMO）估计该气旋灾害共造成30万至50万人死亡，其中绝大多数死于风暴潮；这一估算区间并非专门统计的风暴潮死亡人数。这场灾难促成了联合国呼吁采取协调行动减少热带气旋灾害损失的多项决议。世界气象组织第六次大会于1971年启动了热带气旋项目，WMO/亚太经社会（ESCAP）热带气旋专家组亦于1972年成立。依据1979年的一项决议，该项目于1980年扩展为覆盖更广的热带气旋计划，使监测、预报、预警、研究和培训领域的国际合作走向制度化。(wmo.int)

2012年10月的飓风桑迪展示了另一种机构应对模式：跨大区域协同记录沿海洪水过程。美国地质调查局（USGS）在从弗吉尼亚州到缅因州的大西洋沿岸224处地点部署了临时水位与气压传感器网络。这些连续记录不仅获取了洪水遗留的最高水位标高，还完整记录了风暴潮潮位随时间变化的幅度与进程。灾后的高水位标痕测量对仪器记录形成了补充，美国地质调查局还通过基于地图的“洪水事件查看器”发布了监测信息。这一组合提供了区域性观测记录，将局部洪水测量数据与风暴发展路径相结合，为灾区受灾评估及随后的科学重建提供了支持。(usgs.gov)

2013年11月8日横扫菲律宾的台风海燕凸显了将气象预警转化为公众可理解的淹没风险信息的困难。WMO-联合国亚太经社会-台风委员会专家团于2014年4月调查发现，尽管气象部门提前数天发布了台风移动路径与强度的预报，但公众对“风暴潮”（storm surge）这一术语的不熟悉导致其严重低估了危险程度。专家团指出了在解释淹没范围、水深以及紧急程度方面存在的不足，并建议将预报水深与公众熟知的建筑物或地标进行关联，同时以图形方式展示潜在受影响区域。这些建议的核心在于传达灾害的物理后果，而非仅仅用另一个专业术语替换旧术语。(old.wmo.int)

台风海燕灾后专家团还建议：培训预报员使用通俗易懂的语言撰写警报；加强气象部门、地方当局与广播媒体之间的协调；并提升社区层面的预警传播能力。菲律宾随后的实践引入了结合影响矩阵的概率性风暴潮预报。世界气象组织在2026年6月指出，这些产品有助于地方政府判读哪些区域可能会在何时发生内涝，直接弥合了海燕台风暴露出的风暴预测与面向特定社区预警之间的脱节。(old.wmo.int)

危险性评估、暴露度与损失

洪水危险性（hazard）、暴露度（exposure）与脆弱性（vulnerability）描述了风暴潮风险的不同构成要素。危险性关注物理淹没过程；暴露度指受影响区域内的人口、建筑、基础设施及其他资产；脆弱性则描述它们遭受损害的敏感程度及应对能力。因此，相似的沿海水位并不一定会造成相似的损失：无人居住的海岸与建筑密集的滨水区具有不同的暴露度，而楼层标高和结构特征不同的建筑具有不同的脆弱性。这种划分遵循了政府间气候变化专门委员会（IPCC）采用的风险框架。(ipcc.ch) 建筑物尺度的损失模型通过水深-破坏函数将这种区分具体化，该函数将相对于建筑楼面的水深与预期的破坏比例关联起来。美国联邦应急管理局（FEMA）的洪水评估结构工具（FAST）结合使用建筑用途、首层标高、地基类型及楼层数，而非仅依据水面标高来选取这些函数。(github.com)

重现水平将特定水位与其年超越概率联系起来。在平稳模型下，若 $M$ 为年最高水位，则 $T$ 年一遇重现水平 $z_T$ 满足 $P(M>z_T)=1/T$ 。因此，百年一遇水位意味着 1% 的年超越概率，而非每百年固定发生一次的排期。假设各年份相互独立且概率保持不变，在 30 年内至少发生一次超越的概率为 $1-(1-0.01)^{30}$ ，约为 26%。(usgs.gov) 这种解释取决于致洪概率分布保持恒定。在非平稳极值估计中，分布参数可以随时间或环境协变量而变化。埃莉诺·达西（Eleanor D’Arcy）与乔纳森·A·托恩（Jonathan A. Tawn）在 2022 年的一项研究中以英国的四个验潮站为例展示了该方法：采用非平稳广义帕累托模型表征极端斜增水（skew surge），并纳入了气候相关协变量、季节性以及增水与潮汐的相互作用。此类方法能够将极端事件特性的变化与仅由平均海平面上升引起的变化区分开来。(arxiv.org)

情景图回答了另一个问题：在特定风暴条件下，哪些陆地可能会被淹没？美国国家飓风中心（NHC）的国家级地图采用涵盖 1 至 5 级飓风的 SLOSH 模拟，并改变了路径、移动速度、风暴尺度等输入参数；公开发布的制图采用高潮位作为初始水位。最大包络线产品整合了多次假想风暴在各地的局部最大值，因此图中某一地点显示的最大值并不一定与另一地点的最大值发生在同一场风暴中。因此，这些分级综合图描述的是潜在的淹没范围，而非单次事件的实际影响足迹，其本身并不赋予年发生概率。在没有单独分析风暴发生率和水位概率的情况下，3 级飓风淹没区不能被直接解读为“百年一遇洪泛区”。(nhc.noaa.gov)

直接损失包括被淹结构及其内部物品的损毁，但结构受损程度取决于洪水对建筑的作用方式。FEMA 在飓风伊恩发生后发布的指导文件将无浪的相对缓慢淹没与伴随更强动水压力的洪水进行了区分：内部物品浸水并不一定意味着严重结构破坏，而不平衡的水压力可能损毁围护墙体。一旦水深超过最低楼层地面，损失可能会急剧上升。因此，损失评估需要综合考虑建筑物特征与洪水条件，而不能简单统计淹没边界内的资产数量。(fema.gov)

当受损设施中断了受灾区域以外的服务和供应网络时，就会产生更广泛的经济影响。电网、交通、通信及供水系统之间的相互依赖关系构成了级联中断的传导路径；淹没区外的企业可能会失去基本公用事业服务、原料供应或销售物流渠道。IPCC 在 2022 年的评估中以高置信度得出结论：基础设施的连通性会将严重风暴的影响扩散到致灾范围之外，造成广泛的区域性中断。因此，实体修复成本和库存损毁与营业中断及供应链传导的间接损失存在本质区别；评估后者需要分析网络依赖性和服务恢复情况，而不仅是测量淹没深度。(ipcc.ch)

预警系统与海岸防护

业务化预报用于估算沿海水位的出现时间与上涨幅度；淹没地图则将这些估算转化为潜在淹没陆地范围及地表以上的水深。预警信息传达潜在威胁，应急管理部门的通报则将预警与各地的疏散和响应机制相衔接。在美国，国家飓风中心将风暴潮“警戒”（watch）定义为通常在48小时内可能出现危及生命的淹没，“警告”（warning）则指通常在36小时内面临发生此类淹没的危险。这些定义具有管辖区特异性，并非放之四海皆准的标准。该机构绘制的“潜在风暴潮淹没地图”纳入了预报的不确定性，标绘了各地有10%概率被超出的水深——这体现的是合理的最不利情景，而非单一的确定性预测。预警图谱标明了受威胁区域，但并不能替代当地应急管理部门发布的指令。(nhc.noaa.gov)

工程化防护手段阻断了不同的洪水侵入路径。海堤、防汛堤和防洪墙沿海岸线或在受保护陆地与资产外围构筑起固定屏障；其工程设计取决于其必须承受的总水位，而不仅是增水幅度。相比之下，可移动式风暴潮闸门可封闭水道，防止高企的沿海水体灌入河口、河流或水湾。因此，这类设施利用的是狭窄水道的地理特征，而非试图在整条开敞海岸线上筑墙设防。这两种工程途径均有其特定的设计极限，海岸防护规划还会兼顾对邻近地产、海滩以及自然资源的影响。美国国家海洋和大气管理局（NOAA）将此类屏障与建筑级别的防洪措施以及防止潮水通过排水管道倒灌的装置明确区分开来。(coast.noaa.gov)

泰晤士河防洪闸是水道封闭工程与预测系统相结合的典范。其十座钢制闸门横跨伍利奇附近的泰晤士河，跨度达520米。正常情况下，闸门开启以供内河通航和潮水交换；闭合时则形成一道阻挡来潮的屏障。英国环境署依据天文潮、风暴增水及河流径流量的综合预测来作出闭闸决策，而非仅凭离岸风暴增水的单一阈值。因此，该设施是作为一套更庞大的防洪体系中需要人为操控的组成部分而运转，并非一座永久闭合的大坝。(gov.uk)

自然及基于自然的防护措施可以在不必然阻断高水位的前提下，改变波浪、水流和岸线稳定性。沙丘构成了高起的沙质屏障，而湿地则充当透水缓冲区，通过摩擦减缓波浪和增水。植被覆盖的海岸线还能固结沉积物：根系固着土壤，茎秆则阻断水流运动。生态海堤可能将植被种植与低矮石坎等结构构件相结合。必须将这些功能与彻底阻止洪水淹没区分开来：NOAA关于岸线稳固的指南明确指出，部分采用植被和低矮石坎的处理方案尽管能消减波浪能量并减缓水体向内陆的输送，却无法提供抵御高水位的防护。具体的适用性取决于当地受波浪冲击的程度、潮差、岸线坡度以及可用空间；自然措施与工程结构措施亦可结合使用。(coast.noaa.gov)

1953年和2013年的北海洪灾展示了预警与防护如何改变严重沿海灾害事件的后果。1953年1月31日至2月1日，洪水导致英格兰东部307人死亡，约2.4万栋房屋被淹。2013年12月5日至6日的事件引发了自1953年以来的最高沿海水位，部分地点的潮位刷新了历史记录，然而英格兰东海岸被淹的房屋仅约1400栋，且未报告与洪水相关的死亡事件。英国气象局2015年的评估报告指出，天气与风暴潮耦合数值模型在约七天前就识别出了2013年风暴潮的风险；预报可信度的不断提升促使政府和应急部门发出警报，并将洪灾风险评估提升至红色级别。此次风暴潮持续越过了三个高潮位。该评估将损失的大幅减轻归功于提前预警、应急响应准备以及海防设施改善的协同作用，而非单靠气象预报本身。(weather.metoffice.gov.uk)

海平面上升与未来研究

海平面上升抬高了风暴致洪发生的基准水位，但并不必然增加气象风暴增水本身。若潮汐和风暴潮特征保持不变，更高的平均海平面会将沿海水位分布整体向上推移，使得以往罕见的高水位更容易被超越。政府间气候变化专门委员会（IPCC）在2021年的评估中预测，若潮汐、风暴潮和波浪气候不变，到2050年，以往百年一遇的极端海平面在约19%–31%的验潮站将变为每年发生一次或更频繁。到2100年，在低排放情景SSP1-2.6下，该比例约为60%；在极高排放情景SSP5-8.5下约为82%（中等信度）。这些是超越概率频率的变化，而非风暴增水幅度的等量增加。(ipcc.ch)

风暴特性的改变可能会调整这种基准效应。IPCC评估认为，随着全球变暖，全球平均热带气旋峰值风速以及4–5级强热带气旋的比例极有可能增加，而全球热带气旋生成的频次预计将减少或保持不变（中等信度）。热带气旋降水率预计在全球范围内增加（高信度）。区域差异依然至关重要：西北太平洋热带气旋活动向极地移动的预估具有中等信度，而随着风暴路径的移动，不同区域温带气旋风力的变化趋势可能截然相反。这些结论并不意味着所有海岸线的风暴潮都会均匀增加：在考虑水位基准上升的同时，还必须结合区域风暴行为的具体变化。(ipcc.ch)

未来沿海洪涝还取决于海洋与陆地极端事件之间的相互作用。IPCC在2021年的评估中以高信度指出，更为频发的极端海平面与极端降水或河流径流事件的复合叠加，将导致沿海城市发生洪水的概率不断上升。暴露度并不是固定不变的：城市化可能会使更多的人口和基础设施置身于受灾风险区，而适应行动与防御标准则会改变由此产生的风险。IPCC在2022年的评估中估计，在人口和设防高度保持不变的前提下，全球平均海平面上升0.15米，百年一遇沿海洪水受威胁的人口将增加约20%；上升0.75米则增加一倍；上升1.4米则增加两倍（高信度）。这些条件估算将海平面的贡献与未来人口统计特征及防御设施的变化区分开来。(ipcc.ch)

统计研究的一个重点在于将平均水位趋势与极端事件本身的变化区分开来。在2022年的一项研究中，埃莉诺·达西（Eleanor D’Arcy）与乔纳森·A·汤恩（Jonathan A. Tawn）利用英国四个验潮站的记录，针对极端斜增水（skew surge，即观测到的潮汐周期极值与预测极值之差）建立了一个非平稳广义帕累托模型。他们的方法纳入了气候变化协变量、季节性以及斜增水与峰值潮位之间的相关性，随后通过联合概率分布框架将各组成部分整合在一起。此类方法允许极端水位的预估随环境条件而变化，而不是假设在扣除平均海平面趋势后所剩余的分布完全恒定不变。(arxiv.org)

概率预报现已投入业务化运行，而耦合沿海过程的快速仿真器仍是一个活跃的研究领域。美国国家飓风中心的P-Surge系统利用预报误差分布生成集合，以充分考虑气旋登陆地点、移动速度、强度和尺寸的不确定性。当前研究致力于在计算资源允许的情况下，生成规模更大、局部细节更丰富的集合预报。例如，赛义德·萨维兹·纳埃尼（Saeed Saviz Naeini）与雷达·斯奈基（Reda Snaiki）在2024年的研究中，探索了一种混合机器学习模型，用于对广阔沿海区域的波浪和风暴潮响应进行快速预测。这些代理方法模拟了计算成本高昂的数值模拟；其报告的效率和精度展示了科研潜力，但并不代表其已具备业务运行地位，或在所有海岸线和未来气候情景下均已证明其可靠性。(nhc.noaa.gov)

参考来源

Defining Storm Surge, Storm Tide and Inundationnhc.noaa.gov
Storm Surge Overviewnhc.noaa.gov
Hurricane Readiness for Coastal Communities: Student Manual, April 2025nhc.noaa.gov
Drag coefficients derived from ocean current and temperature profiles at high wind speedsrepository.library.noaa.gov
L0311: Hurricane Readinessnhc.noaa.gov
The Saffir-Simpson Hurricane Wind Scalenhc.noaa.gov
Compound flooding in convergent estuaries: insights from an analytical modelos.copernicus.org
Storm surge - Met Officeweather.metoffice.gov.uk
Sound-side inundation and seaward erosion of a barrier island during hurricane landfallusgs.gov
TCFAQ A7) What is an extra-tropical cyclone?aoml.noaa.gov
Extra-Tropical Transitionaoml.noaa.gov
IPCC Third Assessment Report: Sea-level extremesarchive.ipcc.ch
World’s deadliest tropical cyclone was 50 years agowmo.int
Cyclone Amphan highlights the value of multi-hazard early warningspublic.wmo.int
PAGASA: Storm Surgepagasa.dost.gov.ph
2013 State of the Climate: Record-breaking Super Typhoon Haiyanclimate.gov
Floods and floodingweather.metoffice.gov.uk
Data Series 220pubs.usgs.gov
USGS Data Series 294 — Monitoring the Storm Tide of Hurricane Wilma in Southwestern Florida, October 2005pubs.usgs.gov
Identifying and preserving high-water mark datapubs.usgs.gov
Hurricane Storm-Surge GNSS Surveying Campaignswater.usgs.gov
Operational Storm Surge Forecasting at the National Hurricane Center: The Case for Probabilistic Guidance and the Evaluation of Improved Storm Size Forecasts Used to Define the Wind Forcingslosh.nws.noaa.gov
UNIT 3: Forecast Uncertaintynhc.noaa.gov
Storm Surge – Basicsgithub.com
National Storm Surge Risk Maps - Version 4nhc.noaa.gov
P-Surge - MDL - Virtual Labvlab.noaa.gov
Potential Storm Surge Flooding Mapnhc.noaa.gov
Update on National Hurricane Center Products and Services for 2016nhc.noaa.gov
Storm Surge Maximum Envelope of Water (MEOW)nhc.noaa.gov
Storm Surge Maximum of the Maximum (MOM)nhc.noaa.gov
National assessment of hurricane-induced coastal erosion hazards: Mid-Atlantic Coastpubs.usgs.gov
Coastal change from Hurricane Sandy and the 2012-13 winter storm season: Fire Island, New Yorkpubs.usgs.gov
The Thames Barrier - GOV.UKgov.uk
The Thames Barrier – protecting London and the Thames Estuary for 40 yearsgov.uk
40th Anniversary of the Tropical Cyclone Programmewmo.int
Hurricane Sandy: Tracking Water Levelsusgs.gov
Monitoring Storm Tide and Flooding from Hurricane Sandy along the Atlantic Coast of the United States, October 2012pubs.usgs.gov
Report of the WMO/UN-ESCAP/Typhoon Committee Expert Mission to the Philippines, 7–12 April 2014old.wmo.int
Using Probabilities to Improve Tropical Cyclone Preparednesspublic.wmo.int
Annex II: Glossary | Climate Change 2022: Impacts, Adaptation and Vulnerabilityipcc.ch
GitHub - nhrap-hazus/FAST: Hazus - Flood Assessment Structure Toolgithub.com
100-year flood–it's all about chanceusgs.gov
The 100-Year Floodpubs.usgs.gov
Accounting for Climate Change in Extreme Sea Level Estimationarxiv.org
National Storm Surge Risk Maps - Version 4nhc.noaa.gov
Hurricane FAQ - NOAA/AOMLaoml.noaa.gov
Designing for Flood Levels Above the Minimum Required Elevation After Hurricane Ianfema.gov
Technical Summary | Climate Change 2022: Impacts, Adaptation and Vulnerabilityipcc.ch
Storm Surge Productsnhc.noaa.gov
Take Actioncoast.noaa.gov
Thames Barrier closed for 200th timegov.uk
Wetland Benefitscoast.noaa.gov
Natural and Structural Measures for Shoreline Stabilization: Living Shorelinescoast.noaa.gov
Public Weather Service Value for Money Review — March 2015metoffice.gov.uk
Chapter 9: Ocean, Cryosphere and Sea Level Changeipcc.ch
Chapter 11: Weather and Climate Extreme Events in a Changing Climateipcc.ch
Figure 11.19ipcc.ch
IPCC AR6 Working Group 1: Summary for Policymakersipcc.ch
A Novel Hybrid Machine Learning Model for Rapid Assessment of Wave and Storm Surge Responses Over an Extended Coastal Regionarxiv.org