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，廣東廣州 510640）

熱帶氣旋（tropical cyclone，簡稱“臺風(fēng)”）常常給我國帶來較大的經(jīng)濟損失和人員傷亡，主要致災(zāi)影響因子有風(fēng)、雨、浪、潮［1-3］，其中大風(fēng)的破壞性影響有時相當(dāng)突出。華南地區(qū)已有多位學(xué)者對影響臺風(fēng)的特征、降雨等進行深入研究［3-9］，但對臺風(fēng)大風(fēng)分布及防御的研究文獻(xiàn)則相對少一些。沿海地區(qū)氣象臺站在預(yù)報服務(wù)中，非常關(guān)注臺風(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號臺風(fēng)“天兔”在汕尾市導(dǎo)致了全市性的12級以上大風(fēng)，陣風(fēng)達(dá)17級［10］；2013到2018年，共有 6個臺風(fēng)在汕尾市造成了12級以上的陣性大風(fēng)天氣，平均每年1個。臺風(fēng)風(fēng)力分布具有一定的規(guī)律性，向純怡等［11］利用多平臺熱帶氣旋表面風(fēng)場資料分析臺風(fēng)結(jié)構(gòu)，指出臺風(fēng)的最大風(fēng)速半徑（Rmax）與臺風(fēng)強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］以臺風(fēng)風(fēng)力和影響半徑嘗試構(gòu)建臺風(fēng)緩沖區(qū)分析模型和臺風(fēng)風(fēng)圈影響區(qū)域。通過對臺風(fēng)大風(fēng)半徑的評估，可加強對臺風(fēng)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識，并應(yīng)用指導(dǎo)于防風(fēng)減災(zāi)。

1 臺風(fēng)大風(fēng)半徑業(yè)務(wù)產(chǎn)品

目前在國內(nèi)外臺風(fēng)預(yù)報業(yè)務(wù)中，臺風(fēng)大風(fēng)半徑業(yè)務(wù)產(chǎn)品為常規(guī)產(chǎn)品。各機構(gòu)、中央氣象臺發(fā)布7級（≥30 kt，對熱帶風(fēng)暴（TS）以上臺風(fēng)分析）、10級（≥50 kt，對強熱帶風(fēng)暴（STS）以上臺風(fēng)分析）和12級（≥64 kt，對臺風(fēng)（TY）以上臺風(fēng)分析）大風(fēng)半徑。日本氣象廳（JMA）發(fā)布7級（gale area，又稱為烈風(fēng)圈）和 10級（storm area，又稱為暴風(fēng)圈）大風(fēng)半徑。美國聯(lián)合臺風(fēng)警報中心（JTWC）發(fā)布8級（≥34 kt，對 TS以上臺風(fēng)分析）、10和12級大風(fēng)半徑，并發(fā)布5 d預(yù)報時次風(fēng)圈半徑。廣東省氣象臺（GDMO）則發(fā)布6、7、8、10級大風(fēng)實況半徑以及預(yù)報時次的大風(fēng)風(fēng)圈半徑。另外，在各機構(gòu)中，風(fēng)圈半徑的切分存在差異，中央氣象臺分為4個象限分別分析其相應(yīng)大風(fēng)半徑值；美國聯(lián)合臺風(fēng)警報中心類似；而日本氣象廳分為半圓半徑值；廣東省氣象臺則為等圓半徑值。各機構(gòu)均以圖形化方式在臺風(fēng)路徑圖上顯示大風(fēng)半徑產(chǎn)品［13-15］。

當(dāng)臺風(fēng)位于大洋洋面時，由于海洋監(jiān)測資料的缺乏，臺風(fēng)大風(fēng)的監(jiān)測實況通常是基于氣象衛(wèi)星資料對臺風(fēng)強度和對流云形等的判斷，從而得到的存在一定經(jīng)驗判斷的值，使用時需要注意。

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“危險半圓”

依照“半圓效應(yīng)”［16］說法，傳統(tǒng)所說的“危險半圓（dangerous semi-circle）”，是指北半球臺風(fēng)前進方向的右側(cè)，即臺風(fēng)與副高之間的氣壓梯度密集區(qū)，在此側(cè)臺風(fēng)大風(fēng)的強度較強，半徑也相對較大；而在臺風(fēng)前進方向的左側(cè)為“可航半圓”，此側(cè)氣壓梯度密集程度稍遜，大風(fēng)強度略弱，臺風(fēng)大風(fēng)半徑也相對較小，臺風(fēng)風(fēng)場因此形成了不對稱結(jié)構(gòu)。

當(dāng)臺風(fēng)近岸時，根據(jù)沿?；蚋?biāo)的實測情況，能驗證這一點。以1604號臺風(fēng)“妮妲”為例，該臺風(fēng)并未直接登陸汕尾市，但處在臺風(fēng)前進方向右側(cè)的汕尾市，遭受了12級以上的大風(fēng)襲擊，其風(fēng)力影響甚至顯著大于臺風(fēng)登陸地的深圳市（圖1）。

圖1 1604號臺風(fēng)“妮妲”2016年8月2日00：00的臺風(fēng)實時定位、風(fēng)圈產(chǎn)品及廣東測站大風(fēng)實況

選取2012—2018年進入華南周邊區(qū)域（13°N—28°N，108°E—123°E）范圍的 60個臺風(fēng)（不含熱帶低壓（TD）），由于目前我國熱帶氣旋最佳路徑集未提供大風(fēng)半徑資料，故根據(jù)同時期美國國家環(huán)境預(yù)報中心（NCEP）的熱帶氣旋最佳路徑集的大風(fēng)半徑資料進行統(tǒng)計，如表1所示。

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

1）該區(qū)域內(nèi)臺風(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)臺風(fēng)多以西行或西北行為主，符合“危險半圓”經(jīng)驗。

2）所有個例中，NE和NW兩個象限（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）對各臺風(fēng)個例逐個、逐時次分析，80%以上的個例中，最大大風(fēng)半徑所處象限處于TC前進方向的右側(cè)。

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

2.2 應(yīng)用陣風(fēng)系數(shù)，通過風(fēng)圈產(chǎn)品評估陣風(fēng)大風(fēng)范圍

臺風(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)。沿海臺站在臺風(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。可通過陣風(fēng)系數(shù)（陣風(fēng)與平均風(fēng)的比值）來簡單估算平均風(fēng)和陣風(fēng)的對應(yīng)關(guān)系，利用大風(fēng)半徑產(chǎn)品評估瞬時大風(fēng)的半徑范圍，預(yù)判陣風(fēng)大風(fēng)的影響。

從廣東地區(qū)的自動氣象站測風(fēng)數(shù)據(jù)和沿海風(fēng)電項目測風(fēng)塔的測風(fēng)數(shù)據(jù)等的普遍統(tǒng)計情況［17-18］來看，廣東省的陣風(fēng)系數(shù)一般在1.2到1.6之間，個別測站的陣風(fēng)系數(shù)可達(dá)1.8以上。在臺風(fēng)影響期間，大風(fēng)的陣風(fēng)系數(shù)有時還會更高。沿海臺站采用風(fēng)圈產(chǎn)品進行評估時，為簡化起見，本研究采用1.6的陣風(fēng)系數(shù)換算平均風(fēng)大風(fēng)閾值對應(yīng)的陣風(fēng)大風(fēng)，如表2所示。

臺風(fēng)風(fēng)圈產(chǎn)品的6、8、10和12級大風(fēng)半徑，近似可推定為臺風(fēng)陣風(fēng)大風(fēng)8、10、11、13和16級的半徑，也就是陣風(fēng)的估算等級，比平均風(fēng)大3級左右，風(fēng)力等級越高，極大陣風(fēng)越強，這符合沿海臺站在臺風(fēng)過程服務(wù)中的預(yù)報和實際觀測結(jié)果。

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

3 臺風(fēng)大風(fēng)的精細(xì)化預(yù)報

美國目前在臺風(fēng)預(yù)報產(chǎn)品中直接提供5 d的臺風(fēng)風(fēng)圈預(yù)報［13］，日本則在臺風(fēng)路徑的5 d預(yù)報中，對STS以上的臺風(fēng)，將預(yù)報臺風(fēng)中心的70%概率圓外圍疊加10級大風(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級以上的大風(fēng)［15］。中央氣象臺目前沒有臺風(fēng)風(fēng)圈預(yù)報產(chǎn)品，僅實時分析風(fēng)圈半徑。

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

通常情況下，臺風(fēng)未來2 d內(nèi)的實際位置，不會超出路徑概率預(yù)報的70%概率圓，故可將臺風(fēng)大風(fēng)半徑疊加于概率圓上，來估計潛在的臺風(fēng)大風(fēng)影響范圍。只要臺風(fēng)沒有發(fā)生強度和路徑的突變，沿海臺站就可以做出定點、定時、定級的精細(xì)化大風(fēng)預(yù)報。這對臺風(fēng)登陸前沿海臺站的精細(xì)化預(yù)報和實時預(yù)警具有非常重要的實用意義。

以1822號臺風(fēng)“山竹”影響汕尾為例。“山竹”2018年9月15日14：00（北京時，下同）的實時風(fēng)圈分析和路徑預(yù)測圖如圖2所示，汕尾市臺據(jù)圖預(yù)判“山竹”可能從汕尾以南約（250±130）km的海面掠過，考慮到70%概率圓的偏差，加上“山竹”的風(fēng)圈特別大（10級風(fēng)圈達(dá)200 km，10級風(fēng)圈內(nèi)沿海陣風(fēng)可達(dá)13級以上），立足于預(yù)報偏差和“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11～13級陣風(fēng)的嚴(yán)重影響（需發(fā)布臺風(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、定時、定級的臺風(fēng)大風(fēng)精細(xì)化預(yù)報（表3）。

圖2 2018年9月15日14：00“山竹”臺風(fēng)實時風(fēng)圈分析和路徑趨勢預(yù)測圖

表3 汕尾市氣象臺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

實況檢驗如表4所示，汕尾市臺的精細(xì)化預(yù)報和臺風(fēng)預(yù)警獲得較好的防御效果。可見，基于臺風(fēng)來襲前約1 d時間的臺風(fēng)風(fēng)圈和路徑趨勢預(yù)測產(chǎn)品，沿海臺站能提前對本地的臺風(fēng)大風(fēng)影響情況做出精細(xì)化預(yù)報，并據(jù)此及時發(fā)布、升級臺風(fēng)預(yù)警信號。

表4 臺風(fēng)“山竹”過程中，汕尾市和陸豐中廣核的臺風(fēng)預(yù)警發(fā)布情況和大風(fēng)實況

4 結(jié)論

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

2）通過對近年來華南周邊區(qū)域（13°N—28°N，108°E—123°E）的臺風(fēng)大風(fēng)半徑資料統(tǒng)計，驗證了“危險半圓”的經(jīng)驗說法，證明在這一地區(qū)，臺風(fēng)前進方向右側(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)可簡單推算臺風(fēng)的陣風(fēng)大風(fēng)分布情況，通?？山仆贫ㄅ_風(fēng)陣風(fēng)比平均風(fēng)大3級左右。

4）沿海臺站可利用臺風(fēng)風(fēng)圈產(chǎn)品，結(jié)合臺風(fēng)路徑的70%概率預(yù)報，以大風(fēng)半徑疊加預(yù)報概率圓的思路實現(xiàn)臺風(fēng)大風(fēng)影響的精細(xì)化預(yù)報，從而指導(dǎo)臺風(fēng)預(yù)警的升級或變更。這在近年的強臺風(fēng)影響過程中有較好的實例驗證。