臺(tái)風(fēng)大風(fēng)半徑業(yè)務(wù)產(chǎn)品的應(yīng)用簡(jiǎn)析

李泳澤，程正泉，郭春迓，鄧文劍

（1.汕尾市氣象局，廣東汕尾 516600；2.廣東省氣象臺(tái)，廣東廣州 510640）

熱帶氣旋（tropical cyclone，簡(jiǎn)稱“臺(tái)風(fēng)”）常常給我國(guó)帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，主要致災(zāi)影響因子有風(fēng)、雨、浪、潮［1-3］，其中大風(fēng)的破壞性影響有時(shí)相當(dāng)突出。華南地區(qū)已有多位學(xué)者對(duì)影響臺(tái)風(fēng)的特征、降雨等進(jìn)行深入研究［3-9］，但對(duì)臺(tái)風(fēng)大風(fēng)分布及防御的研究文獻(xiàn)則相對(duì)少一些。沿海地區(qū)氣象臺(tái)站在預(yù)報(bào)服務(wù)中，非常關(guān)注臺(tái)風(fēng)大風(fēng)的分布及防御情況。2013年9月在廣東汕尾登陸的1319號(hào)臺(tái)風(fēng)“天兔”在汕尾市導(dǎo)致了全市性的12級(jí)以上大風(fēng)，陣風(fēng)達(dá)17級(jí)［10］；2013到2018年，共有 6個(gè)臺(tái)風(fēng)在汕尾市造成了12級(jí)以上的陣性大風(fēng)天氣，平均每年1個(gè)。臺(tái)風(fēng)風(fēng)力分布具有一定的規(guī)律性，向純怡等［11］利用多平臺(tái)熱帶氣旋表面風(fēng)場(chǎng)資料分析臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)，指出臺(tái)風(fēng)的最大風(fēng)速半徑（Rmax）與臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度之間存在一定的線性關(guān)系且在不同區(qū)域具有不同的分布特征；阮惠華等［12］以臺(tái)風(fēng)風(fēng)力和影響半徑嘗試構(gòu)建臺(tái)風(fēng)緩沖區(qū)分析模型和臺(tái)風(fēng)風(fēng)圈影響區(qū)域。通過(guò)對(duì)臺(tái)風(fēng)大風(fēng)半徑的評(píng)估，可加強(qiáng)對(duì)臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，并應(yīng)用指導(dǎo)于防風(fēng)減災(zāi)。

1 臺(tái)風(fēng)大風(fēng)半徑業(yè)務(wù)產(chǎn)品

目前在國(guó)內(nèi)外臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中，臺(tái)風(fēng)大風(fēng)半徑業(yè)務(wù)產(chǎn)品為常規(guī)產(chǎn)品。各機(jī)構(gòu)、中央氣象臺(tái)發(fā)布7級(jí)（≥30 kt，對(duì)熱帶風(fēng)暴（TS）以上臺(tái)風(fēng)分析）、10級(jí)（≥50 kt，對(duì)強(qiáng)熱帶風(fēng)暴（STS）以上臺(tái)風(fēng)分析）和12級(jí)（≥64 kt，對(duì)臺(tái)風(fēng)（TY）以上臺(tái)風(fēng)分析）大風(fēng)半徑。日本氣象廳（JMA）發(fā)布7級(jí)（gale area，又稱為烈風(fēng)圈）和 10級(jí)（storm area，又稱為暴風(fēng)圈）大風(fēng)半徑。美國(guó)聯(lián)合臺(tái)風(fēng)警報(bào)中心（JTWC）發(fā)布8級(jí)（≥34 kt，對(duì) TS以上臺(tái)風(fēng)分析）、10和12級(jí)大風(fēng)半徑，并發(fā)布5 d預(yù)報(bào)時(shí)次風(fēng)圈半徑。廣東省氣象臺(tái)（GDMO）則發(fā)布6、7、8、10級(jí)大風(fēng)實(shí)況半徑以及預(yù)報(bào)時(shí)次的大風(fēng)風(fēng)圈半徑。另外，在各機(jī)構(gòu)中，風(fēng)圈半徑的切分存在差異，中央氣象臺(tái)分為4個(gè)象限分別分析其相應(yīng)大風(fēng)半徑值；美國(guó)聯(lián)合臺(tái)風(fēng)警報(bào)中心類(lèi)似；而日本氣象廳分為半圓半徑值；廣東省氣象臺(tái)則為等圓半徑值。各機(jī)構(gòu)均以圖形化方式在臺(tái)風(fēng)路徑圖上顯示大風(fēng)半徑產(chǎn)品［13-15］。

當(dāng)臺(tái)風(fēng)位于大洋洋面時(shí)，由于海洋監(jiān)測(cè)資料的缺乏，臺(tái)風(fēng)大風(fēng)的監(jiān)測(cè)實(shí)況通常是基于氣象衛(wèi)星資料對(duì)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度和對(duì)流云形等的判斷，從而得到的存在一定經(jīng)驗(yàn)判斷的值，使用時(shí)需要注意。

2 大風(fēng)半徑產(chǎn)品的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用風(fēng)圈產(chǎn)品解析“危險(xiǎn)半圓”

依照“半圓效應(yīng)”［16］說(shuō)法，傳統(tǒng)所說(shuō)的“危險(xiǎn)半圓（dangerous semi-circle）”，是指北半球臺(tái)風(fēng)前進(jìn)方向的右側(cè)，即臺(tái)風(fēng)與副高之間的氣壓梯度密集區(qū)，在此側(cè)臺(tái)風(fēng)大風(fēng)的強(qiáng)度較強(qiáng)，半徑也相對(duì)較大；而在臺(tái)風(fēng)前進(jìn)方向的左側(cè)為“可航半圓”，此側(cè)氣壓梯度密集程度稍遜，大風(fēng)強(qiáng)度略弱，臺(tái)風(fēng)大風(fēng)半徑也相對(duì)較小，臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)因此形成了不對(duì)稱結(jié)構(gòu)。

當(dāng)臺(tái)風(fēng)近岸時(shí)，根據(jù)沿海或浮標(biāo)的實(shí)測(cè)情況，能驗(yàn)證這一點(diǎn)。以1604號(hào)臺(tái)風(fēng)“妮妲”為例，該臺(tái)風(fēng)并未直接登陸汕尾市，但處在臺(tái)風(fēng)前進(jìn)方向右側(cè)的汕尾市，遭受了12級(jí)以上的大風(fēng)襲擊，其風(fēng)力影響甚至顯著大于臺(tái)風(fēng)登陸地的深圳市（圖1）。

圖1 1604號(hào)臺(tái)風(fēng)“妮妲”2016年8月2日00：00的臺(tái)風(fēng)實(shí)時(shí)定位、風(fēng)圈產(chǎn)品及廣東測(cè)站大風(fēng)實(shí)況

選取2012—2018年進(jìn)入華南周邊區(qū)域（13°N—28°N，108°E—123°E）范圍的 60個(gè)臺(tái)風(fēng)（不含熱帶低壓（TD）），由于目前我國(guó)熱帶氣旋最佳路徑集未提供大風(fēng)半徑資料，故根據(jù)同時(shí)期美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心（NCEP）的熱帶氣旋最佳路徑集的大風(fēng)半徑資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表1所示。

表1 華南周邊區(qū)域（13°N—28°N，108°E—123°E）2012—2018年不同象限臺(tái)風(fēng)風(fēng)圈統(tǒng)計(jì)

1）該區(qū)域內(nèi)臺(tái)風(fēng)生命史中，平均的最大大風(fēng)半徑所處象限依次為NE＞NW＞SE＞SW。由于域內(nèi)臺(tái)風(fēng)多以西行或西北行為主，符合“危險(xiǎn)半圓”經(jīng)驗(yàn)。

2）所有個(gè)例中，NE和NW兩個(gè)象限（即北半圓）的大風(fēng)半徑為最大，或并列為最大的共49例，大風(fēng)半徑北半圓＞南半圓的比例達(dá)82%（49例／60例）。

3）對(duì)各臺(tái)風(fēng)個(gè)例逐個(gè)、逐時(shí)次分析，80%以上的個(gè)例中，最大大風(fēng)半徑所處象限處于TC前進(jìn)方向的右側(cè)。

由于臺(tái)風(fēng)的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度存在個(gè)體差異，因此其大風(fēng)分布不同，業(yè)務(wù)使用中要注意臺(tái)風(fēng)風(fēng)圈產(chǎn)品分析是否與大風(fēng)實(shí)際分布存在較大偏差，必要時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)可信的觀測(cè)數(shù)據(jù)加以訂正。特別當(dāng)臺(tái)風(fēng)近岸臨近登陸時(shí)如突然增強(qiáng)或減弱，其風(fēng)圈大小可能會(huì)發(fā)生突然變化（收縮或擴(kuò)大），此時(shí)要留意做好臺(tái)風(fēng)大風(fēng)的短臨訂正預(yù)報(bào)。

2.2 應(yīng)用陣風(fēng)系數(shù)，通過(guò)風(fēng)圈產(chǎn)品評(píng)估陣風(fēng)大風(fēng)范圍

臺(tái)風(fēng)大風(fēng)半徑產(chǎn)品中所指的風(fēng)力為平均風(fēng)，而非陣風(fēng)。沿海臺(tái)站在臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)服務(wù)中，既注意平均風(fēng)的大風(fēng)影響，也關(guān)注陣風(fēng)大風(fēng)的影響?？赏ㄟ^(guò)陣風(fēng)系數(shù)（陣風(fēng)與平均風(fēng)的比值）來(lái)簡(jiǎn)單估算平均風(fēng)和陣風(fēng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用大風(fēng)半徑產(chǎn)品評(píng)估瞬時(shí)大風(fēng)的半徑范圍，預(yù)判陣風(fēng)大風(fēng)的影響。

從廣東地區(qū)的自動(dòng)氣象站測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)和沿海風(fēng)電項(xiàng)目測(cè)風(fēng)塔的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)等的普遍統(tǒng)計(jì)情況［17-18］來(lái)看，廣東省的陣風(fēng)系數(shù)一般在1.2到1.6之間，個(gè)別測(cè)站的陣風(fēng)系數(shù)可達(dá)1.8以上。在臺(tái)風(fēng)影響期間，大風(fēng)的陣風(fēng)系數(shù)有時(shí)還會(huì)更高。沿海臺(tái)站采用風(fēng)圈產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)估時(shí)，為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，本研究采用1.6的陣風(fēng)系數(shù)換算平均風(fēng)大風(fēng)閾值對(duì)應(yīng)的陣風(fēng)大風(fēng)，如表2所示。

臺(tái)風(fēng)風(fēng)圈產(chǎn)品的6、8、10和12級(jí)大風(fēng)半徑，近似可推定為臺(tái)風(fēng)陣風(fēng)大風(fēng)8、10、11、13和16級(jí)的半徑，也就是陣風(fēng)的估算等級(jí)，比平均風(fēng)大3級(jí)左右，風(fēng)力等級(jí)越高，極大陣風(fēng)越強(qiáng)，這符合沿海臺(tái)站在臺(tái)風(fēng)過(guò)程服務(wù)中的預(yù)報(bào)和實(shí)際觀測(cè)結(jié)果。

表2 采用陣風(fēng)系數(shù)1.6換算的平均風(fēng)大風(fēng)閾值和對(duì)應(yīng)的陣風(fēng)大風(fēng)情況

3 臺(tái)風(fēng)大風(fēng)的精細(xì)化預(yù)報(bào)

美國(guó)目前在臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)產(chǎn)品中直接提供5 d的臺(tái)風(fēng)風(fēng)圈預(yù)報(bào)［13］，日本則在臺(tái)風(fēng)路徑的5 d預(yù)報(bào)中，對(duì)STS以上的臺(tái)風(fēng)，將預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)中心的70%概率圓外圍疊加10級(jí)大風(fēng)半徑的區(qū)域劃定為“暴風(fēng)警戒域”，提醒在該范圍以內(nèi)，可能出現(xiàn)10級(jí)以上的大風(fēng)［15］。中央氣象臺(tái)目前沒(méi)有臺(tái)風(fēng)風(fēng)圈預(yù)報(bào)產(chǎn)品，僅實(shí)時(shí)分析風(fēng)圈半徑。

近年來(lái)，由于技術(shù)進(jìn)步，我國(guó)的臺(tái)風(fēng)路徑24 h預(yù)報(bào)平均誤差明顯縮小，目前大致穩(wěn)定在60～80 km范圍內(nèi)［19］。據(jù)此，沿海臺(tái)站可利用臺(tái)風(fēng)的風(fēng)圈產(chǎn)品，結(jié)合臺(tái)風(fēng)路徑的概率預(yù)報(bào)［20］，實(shí)現(xiàn)對(duì)臺(tái)風(fēng)大風(fēng)影響的精細(xì)化預(yù)報(bào)。由于風(fēng)圈產(chǎn)品僅在臺(tái)風(fēng)位于海面時(shí)有效，需特別留意內(nèi)陸臺(tái)站不能直接照搬套用風(fēng)圈產(chǎn)品。

通常情況下，臺(tái)風(fēng)未來(lái)2 d內(nèi)的實(shí)際位置，不會(huì)超出路徑概率預(yù)報(bào)的70%概率圓，故可將臺(tái)風(fēng)大風(fēng)半徑疊加于概率圓上，來(lái)估計(jì)潛在的臺(tái)風(fēng)大風(fēng)影響范圍。只要臺(tái)風(fēng)沒(méi)有發(fā)生強(qiáng)度和路徑的突變，沿海臺(tái)站就可以做出定點(diǎn)、定時(shí)、定級(jí)的精細(xì)化大風(fēng)預(yù)報(bào)。這對(duì)臺(tái)風(fēng)登陸前沿海臺(tái)站的精細(xì)化預(yù)報(bào)和實(shí)時(shí)預(yù)警具有非常重要的實(shí)用意義。

以1822號(hào)臺(tái)風(fēng)“山竹”影響汕尾為例?！吧街瘛?018年9月15日14：00（北京時(shí)，下同）的實(shí)時(shí)風(fēng)圈分析和路徑預(yù)測(cè)圖如圖2所示，汕尾市臺(tái)據(jù)圖預(yù)判“山竹”可能從汕尾以南約（250±130）km的海面掠過(guò)，考慮到70%概率圓的偏差，加上“山竹”的風(fēng)圈特別大（10級(jí)風(fēng)圈達(dá)200 km，10級(jí)風(fēng)圈內(nèi)沿海陣風(fēng)可達(dá)13級(jí)以上），立足于預(yù)報(bào)偏差和“從最不利情況出發(fā)”的防災(zāi)考慮，判斷“山竹”將給汕尾沿海帶來(lái)11～13級(jí)陣風(fēng)的嚴(yán)重影響（需發(fā)布臺(tái)風(fēng)橙色以上預(yù)警）；并給位于陸豐碣石近岸的陸豐中廣核電廠（115.81°E，22.75°N附近）專業(yè)氣象用戶提供了定點(diǎn)、定時(shí)、定級(jí)的臺(tái)風(fēng)大風(fēng)精細(xì)化預(yù)報(bào)（表3）。

圖2 2018年9月15日14：00“山竹”臺(tái)風(fēng)實(shí)時(shí)風(fēng)圈分析和路徑趨勢(shì)預(yù)測(cè)圖

表3 汕尾市氣象臺(tái)為陸豐中廣核電廠專業(yè)用戶提供的“山竹”陣風(fēng)大風(fēng)精細(xì)化預(yù)報(bào)

實(shí)況檢驗(yàn)如表4所示，汕尾市臺(tái)的精細(xì)化預(yù)報(bào)和臺(tái)風(fēng)預(yù)警獲得較好的防御效果。可見(jiàn)，基于臺(tái)風(fēng)來(lái)襲前約1 d時(shí)間的臺(tái)風(fēng)風(fēng)圈和路徑趨勢(shì)預(yù)測(cè)產(chǎn)品，沿海臺(tái)站能提前對(duì)本地的臺(tái)風(fēng)大風(fēng)影響情況做出精細(xì)化預(yù)報(bào)，并據(jù)此及時(shí)發(fā)布、升級(jí)臺(tái)風(fēng)預(yù)警信號(hào)。

表4 臺(tái)風(fēng)“山竹”過(guò)程中，汕尾市和陸豐中廣核的臺(tái)風(fēng)預(yù)警發(fā)布情況和大風(fēng)實(shí)況

4 結(jié)論

1）利用臺(tái)風(fēng)大風(fēng)半徑產(chǎn)品（或稱風(fēng)圈產(chǎn)品），可確定臺(tái)風(fēng)大風(fēng)分布特征，應(yīng)用于防風(fēng)減災(zāi)。此類(lèi)產(chǎn)品僅適用于海面和沿海，不適用于內(nèi)陸。

2）通過(guò)對(duì)近年來(lái)華南周邊區(qū)域（13°N—28°N，108°E—123°E）的臺(tái)風(fēng)大風(fēng)半徑資料統(tǒng)計(jì)，驗(yàn)證了“危險(xiǎn)半圓”的經(jīng)驗(yàn)說(shuō)法，證明在這一地區(qū)，臺(tái)風(fēng)前進(jìn)方向右側(cè)的北半圓大風(fēng)半徑往往更大，大風(fēng)更具威脅。

3）使用陣風(fēng)系數(shù)可簡(jiǎn)單推算臺(tái)風(fēng)的陣風(fēng)大風(fēng)分布情況，通?？山仆贫ㄅ_(tái)風(fēng)陣風(fēng)比平均風(fēng)大3級(jí)左右。

4）沿海臺(tái)站可利用臺(tái)風(fēng)風(fēng)圈產(chǎn)品，結(jié)合臺(tái)風(fēng)路徑的70%概率預(yù)報(bào)，以大風(fēng)半徑疊加預(yù)報(bào)概率圓的思路實(shí)現(xiàn)臺(tái)風(fēng)大風(fēng)影響的精細(xì)化預(yù)報(bào)，從而指導(dǎo)臺(tái)風(fēng)預(yù)警的升級(jí)或變更。這在近年的強(qiáng)臺(tái)風(fēng)影響過(guò)程中有較好的實(shí)例驗(yàn)證。