影响舟山的台风风力精细化预报

资源与环境科学现代农业科技圆园20年第17期
摘要本文利用自动站资料、台风路径资料,统计了2009—2019年影响舟山的40个台风,从台风路径、中心气压、风圈范围、季节和风速等方面分析了历年台风对舟山沿海和主要港口的风力影响。

结果显示,从台风路径上看,可分为四类,即穿过或登陆舟山、海上北上转向、除舟山以外在浙江地区登陆、福建登陆。

为分析台风对港口风力的影响,将影响舟山的台风分为穿过或登陆舟山和不穿过或登陆舟山来统计分析。

穿过或登陆舟山的台风,其风力大小与穿过或登陆时台风中心气压、风速和季节有关。

穿过舟山时中心气压越低,风力越大。

秋季台风影响风力更大。

在分析不穿过和登陆舟山的台风时,引入风圈半径和相对气压差之比系数k ,分析得到港口与台风距离、台风中心气压和风力级数等3个参数的关系,为今后台风来时港口的风力预报提供参考。

关键词台风;风圈范围;中心气压;港口;浙江舟山中图分类号P425文献标识码A 文章编号1007-5739(2020)17-0178-03开放科学(资源服务)标识码(OSID )
影响舟山的台风风力精细化预报
王琼1马恩点2范其平1傅娜1
(1舟山市气象局,浙江舟山316000;2舟山市普陀区气象局)
作者简介
王琼(1992-),女,浙江舟山人,硕士,助理工程师,从事中短期天气预报与数值模拟研究工作。

收稿日期2020-04-23
台风是发生在热带海洋上的一种具有暖中心结构的强烈气旋性涡旋,总是伴有狂风暴雨,常给受影响地区造成严重的灾害。

舟山东临东海,受台风影响较大,据统计,平均每年影响舟山地区的台风有4.1个。

历年影响最多的台风
9个,出现在1959年。

从影响舟山台风的月份分布情况看,5—11月均有台风影响,主要集中在7—9月。

台风过程时带
来的狂风暴雨和巨浪高潮,往往对舟山沿海和海岛造成非常严重的危害。

舟山是千岛之城,众多的岛屿和复杂的海域地形等特点,使得全市的各海区、港口、航线风力呈明显的局地特征。

舟山地区地形特殊,本岛地区地形呈西北向,受西北风影响较大,而且主要陆地位于南部地区,北部嵊泗地区主要是海面,风力较大,不同地方还有地形遮蔽性[1]。

因此,台风来临时,不同地方风力大小相差悬殊,可能会有2~3级的差别。

随着舟山海洋经济快速增长,舟山港口、旅游、渔业、航线等对风力精细化预报的需求越来越大。

为了满足舟山各个港口风力精细化预报,需要为各个港口提供“点对点”的气象服务,因而需要分别分析各个港口在台风期间的风力大小,为风力精细化预报打下基础。

目前,地方台站发布的TC 预报普报信息中的有关定位,主要是根据国家气象中心发布的台风报文资料。

有学者统计,过去10年我国台风定位精度有所提高,无论是定位、定强,还是起编、停编,都更加准确、合理、连续,把握性增大[2]。

常见的台风风场计算方法基本上可以分为2类:一类是利用经验关系式直接由最大风速、最大风速半径等台风要素求出台风风场;另一类是由台风要素给出台风气压场根据梯度风关系求风场[3]。

在预报业务中,台风路径图是预报台风大风的一个重要指导,如何根据台风路径来确定台风位置、强度等,并利用这些要素对各个港口的大风做出精细化预报,是本文的研究内容。

1影响舟山台风概况
本文统计了2009—2019年影响舟山的40个台风,从台风路径、中心气压、风圈范围、季节和风速等方面分析了历年台风对舟山沿海和主要港口的风力影响,从中找出影
响舟山的台风风力大小规律,能为今后台风来时各个港口的风力预报提供参考。

从路径上,将2009—2019年影响舟山的40个台风分为四类:第一类,穿过或登陆舟山,占12%;第二类,海上北上转向,占52%;第三类,除舟山以外在浙江地区登陆,占8%;第四类,福建登陆,占28%。

由此表明,影响舟山的主要是第二类,海上北上转向的台风,这类台风影响舟山的最大风力有14级,也有基本没有影响的,影响大小与台风路径、范围和季节(环境场)有关。

从季节看,该类台风一般在秋季对舟山影响较大,7级风圈范围内风力往往能达到9~10级,10级风圈范围内风力在
12级以上。

而在夏季,该类台风的7级风圈边缘也不会出现8级风。

影响大小还与该类台风与舟山的距离、中心气压和风圈范围大小相关,典型个例有1109梅花、1215布拉万等。

此外,对舟山影响较多的台风是第四类台风,福建登陆,该类型台风往往首先登陆台湾之后在福建沿海再次登陆,登陆福建时台风强度已经明显减弱,一般达到强热带风暴或台风级别,因而该类台风仅对浙江沿海有较大影响,浙江沿海过程风力有时北部比南部还大,7级风圈以外海上阵风往往有10级或以上。

该类台风影响舟山风力一般在9~10级,也有影响较大的达到11级,例如1323菲特。

一般台风登陆前后时刻,舟山风力达到最大,影响大小与此时台风的中心气压、登陆地点、风圈范围等相关。

第一类台风,穿过或登陆舟山的台风在2009—2010年有5个,分别是1416凤凰、1810安比、1812云雀、1818温比亚、1918米娜。

其中,米娜是在普陀沈家门登陆,其余4个均穿过舟山。

该类型台风对舟山风力影响严重,一般均在
11级以上,影响大小与穿过舟山时的中心气压和季节相关。

第三类台风的占比最少,即除了舟山以外在浙江地区登陆的台风,这类台风共3个,分别是1211海葵、1814摩羯、1909利奇马。

这类台风对舟山影响也很大,由于台风登陆时往往发展成熟,范围大,强度强,登陆点离舟山近,因而沿海地区风力一般在11级以上,影响大小也与台风登陆时的中心气压、地点和风圈范围等相关。

2
站点选取
气象局服务的港口主要分布有嵊泗地区马迹山、岱山
178
地区鱼山大桥、定海地区本岛北部和南部、普陀六横地区。

由于自动站资料的限制,自北向南选了马迹山k9533、长白k9518、太平洋k9563、岙山k9503和中能煤k9558等5个站(图1)。

从常年风速资料来看,马迹山处于嵊泗地区,四周没有遮蔽物,风力最大;岙山在舟山本岛南部,有本岛地形遮蔽,一般风力最小;长白、太平洋、中能煤都能比较好地代表其所在地区附近一些港口的风力大小。

3
不同台风对港口风力的影响
上述4类台风中第一类穿过或登陆舟山,其舟山风力大
小与穿过或登陆时台风中心气压、风速和季节有关。

穿过舟
山时中心气压越低,风力越大。

由于秋季台风经常和冷空气结合,共同影响舟山,风力一般更大。

第二类台风对舟山影响最大时是台风与舟山同纬度时或者转向西折点,风力大小与此时的台风位置、中心气压和7级风圈有关。

第三、四类台风在福建或者浙江登陆,舟山风力最大时一般是台风登陆时,风力大小也与此时的台风位置、中心气压和7级风圈有关。

因此,将后面3类台风归为一类,不穿过或登陆舟山,取台风西折点或者登陆时,台风的中心气压、7级风圈和与港口距离,并考虑季节影响,与第一类相同,综合考虑研究这
4个因素变化时,台风对港口风力的影响。

3.1
穿过或登陆舟山台风
穿过或登陆舟山台风由于个例较少,只能大致分析气压和季节对港口的影响。

穿过或登陆舟山时台风的月份、中心气压和中心风速,以及各个港口过程最大风力级数如表1所示。

分析表1的特征,将结果总结为表2。

可以看出,夏季,台风在穿过舟山时,台风中心气压在980~985hPa ,马迹山风力最大,在9~12级;长白次之,9~11级;太平洋、岙山和中能煤均在7~9级。

秋季,台风中心气压在975~990hPa ,各个港口
风力均比夏季台风大,普遍都在11级以上[4-5]。

3.2
不穿过或登陆舟山台风
综合考虑后面3类台风,由于有季节、台风中心气压、
7级风圈和与港口距离4个因素影响,引入一个系数k (7级
风圈与相对气压差之比),计算公式如下:
141699902311121111121810798028129999181289852398777181889822512119991918
10
975
33
12
10
11
10
11
马迹山长白太平洋岙山中能煤编号月份中心气压hPa 中心风速m ·s -1最大风力级数/级
表1
穿过或登陆舟山台风特征及各港口最大风力级数
夏季980~9859~129~117~97~97~9秋季
975~990
11~12
10~12
1110~11
11~12
马迹山长白太平洋岙山中能煤季节中心气压hPa 风力级数/级表2
穿过或登陆舟山台风季节和中心气压与各港口最大风
力级数
6001002003004005000台风中心气压/hPa
图2台风中心气压和7级风圈的关
系
图1
站点分布
k =A P 1-P 2
式中,A 表示台风7级风圈半径,单位km ;P 1表示环境
气压,近似地将其取值,夏季时P 1=1000hPa ,秋季时P 1=1010hPa ;P 2表示台风中心气压。

当热带气旋达到超强台风时,台风的结构往往是中心
密实,范围缩小,其强风范围往往也较小,影响区域也不大。

强台风风圈半径越小,气压差越大,k 越小。

秋季,大陆上气压较大,台风靠近或者登陆时,由于梯度叠加,风力越大。

从图2可以看出,随着中心气压的升高,7级风圈范围是先变大后变小的趋势,说明强气旋和弱气旋的7级风圈较小,热带气旋中心气压在950hPa 左右,7级风圈最大。

因此,引入比例系数k ,综合考虑了季节、中心气压和7级风圈的变化,可以找到一个合适的范围内,台风的中心气压较强,7级风圈范围也较大,对舟山风力影响最大。

利用台风路径数据,计算不同台风的k 值。

可以发现,在相同k 值下,台风登陆或者转向时距离舟山越近,舟山风力越大,取此时港口和台风距离为d ,单位km 。

现统计35个
王琼等:影响舟山的台风风力精细化预报
179
资源与环境科学
现代农业科技2020年第17期
编号k 马迹山
长白
太平洋
岙山
中能煤
d /km v /级d /km v /级d /km v /级d /km v /级d /km v /级090810.00701106969674867476529100912.00429845164427442644061011 5.1494888797864786468466110510.0021792179205102051019910110911.432651230311302123021230712120920.004771040810392939293749121111.43210121501412812128121061412147.502668302629962996304712158.7539813425104181041810417111216 5.0861911658965496549657913127.506309561105449544952510131540.002478269726272625262713237.784689398938393831036510140812.004111244594419441944410141016.0069966306613661355936141221.1136710401839793979400914197.145741160395969596105951015098.36188141401211712117119813151311.677158646963086308611915218.0072186518635863586178160118.00782671266975697567861614 2.50824775587407740772271616 4.6253910562855485548552916179.147428672765776576638717187.784321045384448444844191721 6.1513231013568135081350813508172211.438671090078958895889581814 6.0029410226112079207101861018197.275199559655775576561618248.33751107768767976787659182510.503891342310419104191142211190526.67197820761977197719581909 5.0729412226112071120712186131913 4.00310833563297329632971917
10.00
423
13
448
9
440
11
440
9
440
10
表3
不同台风比例系数(k )、各个港口与台风的距离(d )和最大风力级数(v )
表4
马迹山不同台风k 、d 下的风力级数
0~20014
8200~400810~12
89~1312~138~10400~600109~11138~1010600~800118~98~1086
>800
7
8
1010
0<k ≤44<k ≤66<k ≤88<k ≤1010<k ≤12
>12
d km 风力级数/级
表5
长白不同台风k 、d 下的风力级数
d km 风力级数/级
0<k ≤44<k ≤66<k ≤88<k ≤1010<k ≤12
>120~2001214
200~400611910117
400~60088~109~1098~10
600~8008
98~97~996
>800
7
87
表6太平洋不同台风k 、d 下的风力级数
d km 风力级数/级
0<k ≤44<k ≤66<k ≤88<k ≤1010<k ≤12
>12
0~2001212
7200~40079~11
910127~9400~60088~910~119~10600~8007
98886
>800
7
88
表7岙山不同台风k 、d 下的风力级数
d km 风力级数/级
0<k ≤44<k ≤66<k ≤88<k ≤1010<k ≤12
>12
0~2001112
7200~400610~12
1010129400~60089~109~109~11
600~8007
986~885
>800
6
88
台风不穿过或登陆舟山时的中心气压、7级风圈和位置,统计各个港口与台风距离和过程最大风力级数和k 之间的关系,结果如表3所示。

各个港口在不同k 、d 值下的风力大小,结果如表4~8所示。

可以看出,相同k 值下,距离越远,港口风力越小。

相同距离下,当0<k ≤4和k >12时,港口风力都较小。

当8<k ≤12时,港口风力都很大。

而k 为6~8和4~6时,风力相对较小[6]。

可利用台风预报路径得到参数。

4结论
(1)从台风路径上看,影响舟山的主要是海上北上转向
的台风,影响大小与该类台风季节、与舟山的距离、中心气压和风圈范围大小相关。

对舟山影响较多的台风是福建登陆,该类型台风登陆前后时刻,舟山风力达到最大,影响大
小与此时台风的中心气压,登陆地点、风圈范围等相关。

穿过或登陆舟山的台风在2009—2010年之间共有5个,该类型台风对舟山风力影响严重,一般均在11级以上,影响大小与穿过舟山时的中心气压和季节等相关。

除舟山以外在
(下转第183页)
180
气候要素完全独立,相互没有依赖,气候变化是随机的;②0.5<H <1.0时,表明未来的气候总体变化将与过去的变化趋势一致,H 值越接近1,持续性就越强。

③0<H <0.5时,表明时间序列具有长期相关性,但将来的总体趋势与过去截然相反,H 越接近0,反持续性越强。

持续性(反持续性)强度由弱到强都分为5级,其中持续性强度用0.5~1.0表示,反持续性强度则用-1.0~-0.5表示[8](表2)。

运用R/S 法对黄河源头降水序列的变化趋势进行持续性分析,结果如表3所示。

可以看出,黄河源头降水量的H 值为0.70,持续性强度为“较强”,从该地区降水量的年际变化分析知,近50年来降水量以16.2mm/10a 的速率增加,根据R/S 法计算的H 值,可以判断未来该地区降水量变化趋势将与过去的变化趋势一致,呈较强的增加趋势。

从四季Hurst 指数H 值看,冬季H 值最大,为0.84,持续性强度为“很强”;其次是夏季,H 值为0.76,持续性强度为“强”;再次
是秋季,H 值为0.74,持续性强度为“较强”;春季H 值最小,为0.65,持续性强度“较弱”。

综合来看,四季降水量的变化趋势将与过去的变化趋势一致,其中冬季降水量的变化趋势在未来会呈现很强的增加趋势。

3结论
(1)黄河源头地区年降水量变化趋势呈显著增加趋势,
增加速度为16.2mm/10a ;四季降水量也呈逐年增加趋势,其中春季降水量的增加趋势最为显著明显,夏季降水对年总降水量的贡献最大,为59.8%,冬季最小,为3.1%;黄河源头降水量的月变化呈明显的单峰型,并且降水量年内分配不均,降水主要集中在5—9月,其中7月降水量最大,12月降水量最小。

(2)黄河源头近50年降水量变化从2003—2004年开始发生突变。

(3)根据世界气候组织对气候异常的判别标准判别,黄河源头出现4次正异常年份降水;春季出现1次正异常;夏季出现3次正异常,秋季分别出现1次正异常和1次负异常;冬季出现3次正异常。

(4)用Hurst 指数分析黄河源头未来的降水变化趋势,未来该地区降水量变化趋势将与过去的变化趋势一致,呈“较强”的增加趋势。

四季中,春季持续性强度“较弱”,夏季持续性强度为“强”,秋季持续性强度为“较强”,冬季持续性强度为“很强”。

4参考文献
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表8
长白不同台风k 尧d 下的风力级数
d km 风力级数/级
0<k ≤44<k ≤66<k ≤88<k ≤1010<k ≤12
>12
0~20010~13
10~1314
8200~40077~10127~9400~60099~1010~1110~11
6~9600~8007
987~996
>800
6
88
浙江地区登陆,沿海地区风力一般在11级以上,影响大小也与台风登陆时的中心气压、地点和风圈范围相关。

(2)穿过或登陆舟山,舟山风力大小与穿过或登陆时台风中心气压、风速和季节有关。

穿过舟山时中心气压越低,风力越大。

秋季台风影响风力更大。

(3)引入风圈半径和相对气压差之比系数(k ),分析得到港口与台风距离、台风中心气压和风力级数的关系,可为
今后台风来时港口的风力预报提供参考。

5参考文献
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(上接第180页)
等级Hurst 指数值域持续性强度等级
Hurst 指数值域持续性强度10.50<H ≤0.55很弱-10.45≤H <0.50很弱20.55<H ≤0.65较弱-20.35≤H <0.45较弱30.65<H ≤0.75较强-30.25≤H <0.35较强40.75<H ≤0.80强-40.20≤H <0.25强5
0.80<H <1.00很强-5
0.00<H <0.20很强
表2
Hurst 指数分级表
年/季节hurst-H 值持续性强度年0.70较强春季0.65较弱夏季0.76强秋季0.74较强冬季
0.84
很强
表3
黄河源头降水量的Hurst 指数H 值及持续性强度
张莹等:黄河源头降水特征分析
183。