王文娟，梁昌霞，李廣敏，俞勝賓，馮偉忠，吳迪生

（國家海洋局南海預(yù)報中心，廣東廣州 510310）

0915號臺風(fēng)“巨爵”不同風(fēng)場資料對比研究

王文娟，梁昌霞，李廣敏，俞勝賓，馮偉忠，吳迪生

（國家海洋局南海預(yù)報中心，廣東廣州 510310）

0915號臺風(fēng)“巨爵（Koppu）”于2009年9月15日07時在廣東臺山登陸，給受災(zāi)地區(qū)人民生命財產(chǎn)安全造成了巨大的損失。為研究臺風(fēng)風(fēng)場各計算方法的準(zhǔn)確度，本文利用多種計算模型，以及海洋站的實測風(fēng)速，對各方法得到的風(fēng)場結(jié)構(gòu)、各站最大風(fēng)速和風(fēng)速過程曲線等進(jìn)行了對比分析。結(jié)果表明：MM5預(yù)報風(fēng)場在臺風(fēng)中心計算強(qiáng)度偏小，但比NCEP資料結(jié)果更接近實況，而對于臺風(fēng)外圍風(fēng)場而言，MM5預(yù)報結(jié)果在臺風(fēng)左側(cè)比NCEP結(jié)果要明顯小，在右側(cè)則普遍偏大。采用MM5和經(jīng)驗法進(jìn)行再構(gòu)造后的風(fēng)場結(jié)果表明，雖然對于整個風(fēng)場結(jié)果的刻劃更加完整，但在量值上，相對于MM5預(yù)報風(fēng)場而言并沒有明顯改進(jìn)。結(jié)論：本次臺風(fēng)期間MM5模式的預(yù)報風(fēng)場較好，經(jīng)驗法再構(gòu)造風(fēng)場對其改進(jìn)效果不明顯。

0915號臺風(fēng)；風(fēng)場；數(shù)值預(yù)報；經(jīng)驗計算

1 引言

2009年第15號臺風(fēng)“巨爵”于9月13日凌晨在菲律賓北部海面生成，14日10時加強(qiáng)為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴，17時加強(qiáng)為臺風(fēng)，15日07時在廣東臺山登陸，10時減弱為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴，14時減弱為熱帶風(fēng)暴，23時減弱為熱帶低壓，16日08時停止編號。

“巨爵”具有強(qiáng)度變化快、移動快、影響范圍廣、降雨強(qiáng)度大等特點(diǎn)，其引起的臺風(fēng)風(fēng)暴潮（含近岸浪）導(dǎo)致廣東省、廣西壯族自治區(qū)和海南省沿海受災(zāi)，直接經(jīng)濟(jì)損失24.04億元，死亡（含失蹤）19人[1]。

0915號臺風(fēng)期間，我單位利用MM5業(yè)務(wù)化海洋風(fēng)場數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)對臺風(fēng)的移動路徑、強(qiáng)度變化及登陸地點(diǎn)等進(jìn)行了預(yù)報。綜合各種臺風(fēng)風(fēng)場研究方法[2～4]，針對本次風(fēng)場結(jié)構(gòu)和風(fēng)速的預(yù)報結(jié)果，采用NCEP再分析資料、改進(jìn)型Jelesnianski（杰氏）經(jīng)驗公式計算風(fēng)場、MM5預(yù)報結(jié)果、MM5和改進(jìn)杰式風(fēng)場再構(gòu)造風(fēng)場、海洋站實測資料，進(jìn)行對比分析，研究這次預(yù)報的準(zhǔn)確度，以及各種計算風(fēng)場方法的利弊，以期找到一種切實可用的方法以便于提高預(yù)報精度，進(jìn)而提高風(fēng)暴潮和海浪等要素的預(yù)報精度，在下一步的工作中進(jìn)行業(yè)務(wù)化應(yīng)用。

2 0915臺風(fēng)發(fā)展過程簡析

2.1 實況結(jié)果

2009年第15號臺風(fēng)“巨爵”于9月13日凌晨在菲律賓北部海面生成，14日02時，其中心位于19.95°N、116.65°E，中心氣壓996.5 hPa，中心附近最大風(fēng)力8級（20.7 m/s），臺風(fēng)中心以15.9 km/h左右的速度向西北方向移動，強(qiáng)度逐漸加強(qiáng)。15日00時其中心位置抵達(dá)21.2°N，113.6°E，中心氣壓 965 hPa，近中心最大風(fēng)速38 m/s，移向WNW，移速增至20 km/h，七級大風(fēng)圈半徑260 km，十級大風(fēng)圈半徑80 km。9月15日02時到達(dá)21.4°E，113.30°N，也就是珠江口西北方向約76.68 km附近的海面上，中心氣壓965 hPa，近中心最大風(fēng)速38 m/s，相當(dāng)于風(fēng)力13級。9月15日07時，臺風(fēng)中心在21.85°N、112.3°E處登陸，登陸時臺風(fēng)中心氣壓967.5 hPa，近中心最大風(fēng)速35 m/s，相當(dāng)于風(fēng)力12級，登陸后臺風(fēng)繼續(xù)向西北方向移動，強(qiáng)度逐漸減弱，登陸后11小時，也就是9月15日18時，臺風(fēng)中心移至22.8°N、110.05°E，中心氣壓升至990 hPa，近中心最大風(fēng)速降為20 m/s，相當(dāng)于風(fēng)力8級，臺風(fēng)強(qiáng)度已經(jīng)明顯減弱，對珠江口的影響也明顯減弱（見圖1）。

圖1 0915號臺風(fēng)移動路徑及觀測站點(diǎn)位置示意圖

2.2 預(yù)報結(jié)果

2009年9月10日，位于菲律賓東面洋域有一熱帶云團(tuán)，我中心MM5業(yè)務(wù)化海洋風(fēng)場數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)于9月12日上午開始預(yù)報，這一熱帶氣旋逐加強(qiáng)，并進(jìn)入南海，將在廣東省登陸（見圖2）。9月13日上午再次預(yù)報，0915號熱帶風(fēng)暴繼續(xù)加強(qiáng)，將在珠江口附近登陸（見圖2）。

9月14日上午繼續(xù)進(jìn)行預(yù)報（見圖3），預(yù)報結(jié)果顯示0915號臺風(fēng)將于15日07時在珠海至陽江附近登陸。

本次準(zhǔn)確預(yù)報了0915號臺風(fēng)進(jìn)入南海的趨勢，且對其臺風(fēng)強(qiáng)度變化、移動路徑及登陸地段的預(yù)報均較好。

3 各方法對風(fēng)場結(jié)構(gòu)的刻劃

3.1 NCEP再分析風(fēng)場

美國環(huán)境預(yù)報中心（NCEP）的FNL資料分辨率較高且融合了大量的觀測資料及衛(wèi)星反演資料，被廣泛用于數(shù)值模式及天氣、氣候的診斷分析研究中。

本文采用NCEP FNL資料進(jìn)行0915號臺風(fēng)期間的風(fēng)場分析，資料分辨率為1°×1°，數(shù)據(jù)為每6小時一次。圖4是利用該資料得到的臺風(fēng)登陸前（9月15日02時）和登陸后（9月15日08時）的風(fēng)場結(jié)構(gòu)圖。需要說明的是，本文中的各種風(fēng)場資料均采用Cressman插值方法插值到0.1°×0.1°的分辨率后再進(jìn)行分析。

圖中長實線為實際臺風(fēng)移動路徑，圓點(diǎn)為該時刻實測臺風(fēng)中心位置（下同）。由圖可以看出，NCEP再分析資料能夠較準(zhǔn)確地反映大范圍的風(fēng)場結(jié)構(gòu)特征，但由于其空間分辨率較低，在臺風(fēng)中心的風(fēng)場準(zhǔn)確度低，對于臺風(fēng)中心的刻劃不夠清晰，中心風(fēng)速值顯著小于實際風(fēng)速（15日02時和08時實際最大風(fēng)速分別為38 m/s和35 m/s，10級大風(fēng)半徑均為80 km）。

3.2 改進(jìn)型杰式經(jīng)驗風(fēng)場

經(jīng)驗臺風(fēng)場是利用臺風(fēng)的一些主要參數(shù)，如最大風(fēng)速半徑、中心氣壓、最大風(fēng)速等，通過經(jīng)驗公式計算得到臺風(fēng)風(fēng)場。本文在Jelesnianski（杰氏）經(jīng)驗臺風(fēng)計算公式[5]中加入相應(yīng)的7級和10級大風(fēng)半徑，以更好地反演臺風(fēng)風(fēng)場。

改進(jìn)Jelesnianski（杰氏）經(jīng)驗臺風(fēng)計算公式如下：

圖2 13日04時（a）和14日04時（b）數(shù)值預(yù)報結(jié)果圖

圖 3 15日04時（a）和07時（b）數(shù)值預(yù)報結(jié)果圖

圖4 0915號臺風(fēng)NCEP再分析風(fēng)場

式中，W為計算點(diǎn)風(fēng)速，r為臺風(fēng)中心到計算點(diǎn)的距離，u，v為臺風(fēng)移動速度在x，y軸的分量，W10、W7分別是10級，7級風(fēng)速；WMAX為臺風(fēng)最大風(fēng)速，R10、R7分別是10級、7級大風(fēng)半徑，由臺風(fēng)資料給出；θ為流入角，在本報告中θ=15o；(xc,yc)為臺風(fēng)中心坐標(biāo)；(x ,y)為計算點(diǎn)的坐標(biāo)。

圖5 0915號臺風(fēng)改進(jìn)型杰式經(jīng)驗風(fēng)場

圖6海面10 m高度風(fēng)場MM5數(shù)值預(yù)報結(jié)果

圖7 0915號臺風(fēng)MM5風(fēng)場與改進(jìn)型杰式經(jīng)驗風(fēng)場再構(gòu)造后的風(fēng)場結(jié)構(gòu)

利用該計算方法得出的風(fēng)場結(jié)構(gòu)見圖5。由圖可見，改進(jìn)型杰式經(jīng)驗方法可以比較好的模擬臺風(fēng)中心附近的旋轉(zhuǎn)風(fēng)，但是在離臺風(fēng)中心比較遠(yuǎn)的地方，由于氣旋風(fēng)場的減小，背景風(fēng)場的影響增大，在這些區(qū)域用經(jīng)驗公式計算的風(fēng)場與NCEP再分析風(fēng)場差異較大。

3.3MM5數(shù)值預(yù)報風(fēng)場

本中心已實現(xiàn)美國中尺度天氣預(yù)報模式MM5的業(yè)務(wù)化運(yùn)行，每天2次給出逐時風(fēng)場預(yù)報結(jié)果，每次預(yù)報時效為72小時。利用0915臺風(fēng)期間的數(shù)值預(yù)報結(jié)果，對MM5的預(yù)報效果進(jìn)行分析，15日02時和08時的風(fēng)場預(yù)報結(jié)果見圖6。

對比圖4和圖6可知，MM5風(fēng)場對于臺風(fēng)結(jié)構(gòu)的刻劃，較之NCEP再分析風(fēng)場更為完整，其臺風(fēng)中心和外圍刻劃都更為細(xì)膩。對于外圍風(fēng)場而言，MM5預(yù)報風(fēng)場與NCEP再分析風(fēng)場有所差別，臺風(fēng)左側(cè)風(fēng)場，MM5結(jié)果比NCEP結(jié)果要明顯小，而臺風(fēng)右側(cè)風(fēng)場，MM5模擬結(jié)果要大于NCEP結(jié)果。MM5模型對于臺風(fēng)路徑的預(yù)報準(zhǔn)確度還不夠，以本次臺風(fēng)為例，MM5預(yù)報的臺風(fēng)路徑比實際位置要偏東北。15日08時，MM5預(yù)報的臺風(fēng)中心位置位于22.66°N，113.17°E，實況顯示其中心位置為22°N，112.1°E，二者相差約133 km。

3.4 MM5預(yù)報風(fēng)場與經(jīng)驗風(fēng)場的再構(gòu)造

考慮業(yè)務(wù)化應(yīng)用的需求，針對MM5預(yù)報結(jié)果和經(jīng)驗臺風(fēng)計算結(jié)果中存在的不足，利用改進(jìn)的Jelesnianski（杰氏）經(jīng)驗臺風(fēng)公式計算的臺風(fēng)和MM5預(yù)報風(fēng)場，進(jìn)行新臺風(fēng)風(fēng)場構(gòu)造，構(gòu)造公式

如下：

對比圖5、圖6和圖7可知，構(gòu)造后的風(fēng)場與構(gòu)造前各風(fēng)場相比，對于臺風(fēng)結(jié)構(gòu)的刻劃有所改進(jìn)。由于采用經(jīng)驗方法進(jìn)行了修正，MM5風(fēng)場和經(jīng)驗風(fēng)場構(gòu)造后的臺風(fēng)移動路徑與實際臺風(fēng)路徑一致。在臺風(fēng)中心，構(gòu)造后風(fēng)場與經(jīng)驗風(fēng)場幾乎完全吻合，說明臺風(fēng)中心處的風(fēng)場結(jié)構(gòu)仍由經(jīng)驗風(fēng)場決定，側(cè)面反映出MM5風(fēng)場結(jié)果對臺風(fēng)中心的反映力度不夠。

4 各風(fēng)場與實測資料對比分析

4.1 各方法所得最大風(fēng)速比較分析

0915號臺風(fēng)在廣東臺山登陸，選取5個海洋站（沿廣東沿岸自東向西依次為遮浪、珠海、臺山、閘坡、硇洲，見圖1），對各站實測臺風(fēng)過程進(jìn)行分析。

表1 0915號臺風(fēng)各方法所得各站最大風(fēng)速及誤差分析

圖8 0915號臺風(fēng)期間各海洋站實測風(fēng)速曲線

上述5個海洋站的實測風(fēng)速曲線見圖8。由圖可知，各海洋站風(fēng)速達(dá)到最大的時間，最早的為遮浪站，然后依次為珠海、臺山、閘坡站，最晚的為硇洲站。該順序正好與各海洋站從北向南的地理分布一致，這與臺風(fēng)移動路徑及各海洋站相對于臺風(fēng)的位置有關(guān)。

各海洋站采用不同方法獲得的最大風(fēng)速見表1，其誤差項均是與海洋站實測資料對比所得。由表1可知，由NCEP再分析資料提取的各站最大風(fēng)速均明顯小于實測最大風(fēng)速，誤差為-2.8～-10.6 m/s。改進(jìn)型杰式經(jīng)驗公式計算得到的最大風(fēng)速，在臺風(fēng)登陸附近的臺山站的計算結(jié)果較好，誤差僅為-0.2 m/s，而在珠海、閘坡和硇洲站，較之實測值明顯偏大。對MM5預(yù)報風(fēng)場而言，臺風(fēng)登陸附近的臺山站及其鄰近的閘坡站的預(yù)報最大風(fēng)速明顯小于實測值，誤差分別為-15.8 m/s和-7.7 m/s，對其他3個站點(diǎn)而言預(yù)報結(jié)果較好，誤差在-1.4～0.6 m/s范圍內(nèi)。對由MM5和改進(jìn)型杰式經(jīng)驗公式構(gòu)造后的風(fēng)場而言，在臺山站最大風(fēng)速的計算結(jié)果比MM5預(yù)報結(jié)果好得多，而構(gòu)造風(fēng)場對于其他站點(diǎn)的預(yù)報較之經(jīng)驗風(fēng)場也普遍更接近于實測。綜合各方法計算所得最大風(fēng)速結(jié)果，就與實測值相比的平均誤差而言，平均誤差最大為NCEP再分析風(fēng)場，為-8.8 m/s，構(gòu)造風(fēng)場的平均誤差最小，為3.3 m/s，經(jīng)驗法和MM5所得風(fēng)場的平均誤差分別為4.4 m/s和-4.6 m/s；就與實測值相比的平均相對誤差而言，NCEP再分析資料的值仍最大，為41.5%，改進(jìn)型杰式經(jīng)驗風(fēng)場次之，為33.7%，MM5預(yù)報風(fēng)場和構(gòu)造風(fēng)場的平均相對誤差近似，分別為22.1%和22.0%。

4.2 各站臺風(fēng)風(fēng)速過程曲線比較分析

對各海洋站而言，采用不同方法獲得的風(fēng)速過程曲線見圖9。根據(jù)各過程曲線可知，在風(fēng)速達(dá)到最大風(fēng)速之前（即臺風(fēng)成長過程中），MM5預(yù)報風(fēng)速和NCEP再分析結(jié)果普遍比其他方法得到的結(jié)果更接近于實測值，但是當(dāng)風(fēng)速達(dá)到最大風(fēng)速之后，MM5預(yù)報風(fēng)速普遍比實測值偏大。且MM5預(yù)報的最大風(fēng)速出現(xiàn)時間也與實況有所差別，臺山、珠海和硇洲站，預(yù)報達(dá)到最大風(fēng)速時刻比實況提前，而閘坡和遮浪站則推遲。

經(jīng)驗風(fēng)場的逐時計算結(jié)果盡管趨勢較好，但是量值上來講，在臺風(fēng)成長過程中并不如MM5預(yù)報結(jié)果好，其風(fēng)速與實況相比普遍偏大，這主要是由于其風(fēng)速衰減速率太小的緣故[7]。而經(jīng)過再構(gòu)造后的風(fēng)場，其結(jié)果僅對硇洲站而言與經(jīng)驗風(fēng)場相比有所改進(jìn)，其余站點(diǎn)上，與經(jīng)驗風(fēng)場基本一致。說明對本次臺風(fēng)過程，采用上述改進(jìn)型杰式風(fēng)場和MM5預(yù)報風(fēng)場再構(gòu)造的方法，其風(fēng)場計算改進(jìn)效果不明顯。

5 結(jié)論

對于0915號臺風(fēng)而言：

圖9 各海洋站臺風(fēng)期間風(fēng)速曲線對比圖（NCEP資料為6 h一次）

（1）NCEP再分析風(fēng)場對于對于臺風(fēng)外圍風(fēng)場反映較好，但是臺風(fēng)中心風(fēng)場反映強(qiáng)度不夠；經(jīng)驗風(fēng)場對于臺風(fēng)中心風(fēng)場反映較好，但是在臺風(fēng)外圍風(fēng)場計算結(jié)果明顯偏大；

（2）MM5預(yù)報風(fēng)場在臺風(fēng)中心計算強(qiáng)度也偏小，但是總體比NCEP資料結(jié)果更接近實況；對臺風(fēng)外圍風(fēng)場而言，MM5預(yù)報結(jié)果在臺風(fēng)左側(cè)比NCEP結(jié)果普遍偏小，在右側(cè)則普遍偏大?？紤]到本次MM5風(fēng)場為業(yè)務(wù)化預(yù)報結(jié)果，總體來說預(yù)報結(jié)果還是比較好的；

（3）采用MM5和經(jīng)驗法進(jìn)行再構(gòu)造后的風(fēng)場結(jié)果，雖然對于整個風(fēng)場結(jié)構(gòu)的刻劃更加完整，但在量值上，相對于MM5預(yù)報風(fēng)場而言改進(jìn)效果不明顯。

[1]國家海洋局.中國海洋災(zāi)害公報(2009年)[R].2010.

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[3]黃小剛,費(fèi)建芳,張根生等.一種臺風(fēng)海面非對稱風(fēng)場的構(gòu)造方法[J].熱帶氣象學(xué)報,2004,20(2):129-136.

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Studies on sea surface wind fields of TY0915(Koppu)derived from various methods

WANG Wenjuan,LIANG Changxia,LI Guangmin,YU Shengbin,FENG Weizhong,WU Disheng
(South China Sea Marine Prediction Center of SOA,Guangzhou 510300 China)

TY0915(Koppu)landed at around 7:00 a.m.at Taishan City,Guangdong Province,causing great loss of lives and properties in the affected areas.Various wind filed calculation methods and marine stations’in-situ wind observations were used to study the calculation velocity.Comparison and analysis for wind filed structure,maximum value and time series of wind speed for marine stations were made.It was shown that in typhoon central area the wind intensity forecasted by MM5 was weaker than that observed,while it was still closer to the observation than NCEP data.In left part of the periphery of typhoon,MM5 forecast wind speed was mostly smaller than NCEP data,while in right part MM5 result was generally larger.Studies on the wind filed regenerated from MM5 model and Jelesnianski’s method showed a finer description of the whole wind field structure,while the regenerated result had little improvement compared with MM5 result in view of quality.The conclusion was:the wind filed obtained from MM5 forecasting was preferable for TY0915,and the regenerated wind field showed unobvious improvement compared with MM5 result.

TY0915;wind filed;numerical forecast;empirical simulation

P444

A

1003-0239（2011）02-0009-09

2010-05-12

2008年度國家海洋局南海分局海洋科學(xué)技術(shù)局長基金（0881）。

王文娟（1983-），女，助理工程師，主要從事海洋環(huán)境數(shù)值預(yù)報研究工作。E-mail:wenjuanw06@hotmail.com