臺(tái)風(fēng)“山竹”引致廣州白云機(jī)場(chǎng)極端大風(fēng)分析

□ 民航中南空管局氣象中心 鄒宛彤 劉 峰 郭智亮 河源市氣象局 潘心順/文

在全球的熱帶氣旋生成區(qū)中，以西北太平洋頻率最高、強(qiáng)度最強(qiáng)。每年夏秋季，在西北太平洋熱帶氣旋登陸亞洲大陸的主要路徑上，廣東沿海受熱帶氣旋影響頻率最高、災(zāi)害最重。在廣東沿海，95%的8級(jí)以上大風(fēng)天氣是由熱帶氣旋造成的。珠三角位于廣東的中部，受熱帶氣旋的影響多出現(xiàn)在6～9月，且中部沿海受熱帶氣旋影響風(fēng)速極值分布總體上呈從沿海向內(nèi)陸迅速減小，西部略大、東部略小的特征。

2018年9月16日，臺(tái)風(fēng)“山竹”于09∶00 Z前后在廣東臺(tái)山沿海海晏鎮(zhèn)登陸，造成暴雨、大風(fēng)天氣。廣州白云機(jī)場(chǎng)位于我國(guó)廣東省中部，珠三角北部，每年華南后汛期受臺(tái)風(fēng)影響較大。受“山竹”影響，廣州機(jī)場(chǎng)于16日04∶00 Z～17日00∶00 Z關(guān)閉，暫停該時(shí)段的所有航班起降。在航班運(yùn)行中，臺(tái)風(fēng)造成的大風(fēng)天氣對(duì)飛機(jī)起飛、降落甚至路面航空器和人員的安全影響較大。因此討論臺(tái)風(fēng)在移動(dòng)、登陸的過程中對(duì)其影響范圍內(nèi)的機(jī)場(chǎng)造成的大風(fēng)影響十分重要。

本文利用NCEP再分析資料FNL 1×1，日本氣象廳熱帶氣旋最佳路徑，廣州白云機(jī)場(chǎng)天氣報(bào)告METAR報(bào)、AWOS自動(dòng)觀測(cè)站數(shù)據(jù)、廣州白云機(jī)場(chǎng)C波段雷達(dá)等多源觀測(cè)資料，對(duì)臺(tái)風(fēng)“山竹”造成的極端大風(fēng)天氣進(jìn)行分析。

臺(tái)風(fēng)“山竹”概況

2018年第22號(hào)臺(tái)風(fēng)“山竹”于9月7日世界時(shí)(下同)12∶00 Z在西北太平洋洋面(12.7 N， 165.4 E)上生成，然后一直沿副熱帶高壓(以下簡(jiǎn)稱“副高”)南側(cè)偏東風(fēng)氣流引導(dǎo)下向偏西方向移動(dòng)，之后逐漸加強(qiáng)成超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)；16日09∶00 Z，第22號(hào)臺(tái)風(fēng)“山竹”(強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí))在廣東臺(tái)山海宴鎮(zhèn)登陸，登陸時(shí)中心附近最大風(fēng)力14級(jí)（45 m/s），中心最低氣壓955 h Pa。17日12∶00 Z，因難以確定其環(huán)流中心，中央氣象臺(tái)對(duì)其停止編號(hào)，其路徑及強(qiáng)度變化如圖1所示。

9月16日00∶00 Z“山竹”500 h Pa引導(dǎo)氣流（如圖2所示）為副高西南側(cè)的偏東南氣流，氣流流速極強(qiáng)，臺(tái)風(fēng)從西太平洋西移過程中，其周圍除西南方向外都為15 m/s以上的強(qiáng)風(fēng)區(qū)，且出現(xiàn)了風(fēng)速大于25 m/s的急流區(qū)，登陸前最大風(fēng)速大于40 m/s。這股急流由三股氣流形成，一股來自副熱帶高壓南側(cè)的偏東南氣流，一股來自孟加拉灣的西南季風(fēng)，還有一股來自東亞地區(qū)向北的越赤道氣流。由于三股氣流的共同作用，臺(tái)風(fēng)“山竹”在移動(dòng)過程中迅速發(fā)展強(qiáng)大且移速快。

極端大風(fēng)分析

（一）臺(tái)風(fēng)“山竹”造成的地面大風(fēng)

臺(tái)風(fēng)“山竹”引起的大風(fēng)具有范圍廣持續(xù)長(zhǎng)的特征，香港、澳門、深圳、珠海普遍出現(xiàn)平均風(fēng)13～14級(jí)，陣風(fēng)16～17級(jí)，惠州的沱濘列島（59495）記錄全省最大瞬時(shí)風(fēng)速62.8 m/s，珠三角沿海12級(jí)以上大風(fēng)持續(xù)時(shí)間超過16小時(shí)。陣風(fēng)最大的區(qū)域集中在珠三角地區(qū)，即珠江口東、西海岸。16日09∶00 Z左右登陸時(shí)，極大風(fēng)力出現(xiàn)在登陸地點(diǎn)附近，臺(tái)山極大風(fēng)速達(dá)40 m/s以上。16～17日風(fēng)速極大值分布的大值中心卻并不完全位于登陸點(diǎn)附近，珠江口東西兩側(cè)海岸線均是風(fēng)速極大值中心。

（二）臺(tái)風(fēng)“山竹”廣州白云機(jī)場(chǎng)大風(fēng)分析

廣州白云機(jī)場(chǎng)天氣報(bào)告METAR報(bào)中，15日的22∶00 Z開始，廣州白云機(jī)場(chǎng)已出現(xiàn)6級(jí)大風(fēng)（11 m/s），07∶30 Z出現(xiàn)最大陣風(fēng)（24 m/s）。6級(jí)以上大風(fēng)持續(xù)至16日16∶30 Z，持續(xù)近20個(gè)小時(shí)。

表1：廣州白云機(jī)場(chǎng)AWOS自動(dòng)觀測(cè)站各點(diǎn)極大風(fēng)速和10分鐘最大平均風(fēng)速

表2：廣州白云機(jī)場(chǎng)METAR及AWOS自動(dòng)觀測(cè)站各測(cè)站陣風(fēng)系數(shù)

因?yàn)镸ETAR報(bào)文發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)是自動(dòng)觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)每半小時(shí)發(fā)報(bào)時(shí)刻之前10分鐘平均風(fēng)速和期間3秒內(nèi)的最大陣風(fēng)（超過平均風(fēng)速5 m/s以上），因此在白云機(jī)場(chǎng)AWOS氣象自動(dòng)觀測(cè)站中，非基準(zhǔn)點(diǎn)和非觀測(cè)時(shí)間內(nèi)測(cè)的風(fēng)速有可能更大，報(bào)文不能全面表現(xiàn)其大風(fēng)極端情況。廣州白云機(jī)場(chǎng)三條跑道（01、02 L和02 R）的頭（TDZ）、中（MID）、尾（END）三點(diǎn)均有測(cè)風(fēng)儀，當(dāng)天主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng)轉(zhuǎn)東北風(fēng)，機(jī)場(chǎng)運(yùn)行為南頭起降，METAR報(bào)發(fā)布數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)點(diǎn)為02 L。因此將AWOS氣象自動(dòng)觀測(cè)站中各測(cè)風(fēng)儀逐分鐘的數(shù)據(jù)對(duì)大風(fēng)進(jìn)行精細(xì)化分析，可以更完整地分析其大風(fēng)和陣風(fēng)特征。如表1所示，極大風(fēng)速為26.7 m/s，而10 min最大平均風(fēng)為17.82 m/s，出現(xiàn)在01跑道的01-MID測(cè)站處。

（三）陣風(fēng)系數(shù)

大風(fēng)陣性特征是防災(zāi)抗災(zāi)和飛機(jī)起飛降落過程最為關(guān)注的破壞因子之一，通常以陣風(fēng)系數(shù)來討論風(fēng)的陣性特征。一般情況下，將持續(xù)時(shí)距小于3秒的風(fēng)稱為陣風(fēng)，定義最大陣風(fēng)風(fēng)速與最大10分鐘平均風(fēng)速之比為陣風(fēng)系數(shù)，即

G＝Vg/V

式中G為陣風(fēng)系數(shù)，Vg為時(shí)距小于3秒的最大陣風(fēng)風(fēng)速，V為10分鐘最大平均風(fēng)速。

9月16日，臺(tái)風(fēng)“山竹”登陸當(dāng)天，廣州白云機(jī)場(chǎng)METAR報(bào)文的陣風(fēng)系數(shù)計(jì)算為1.41，而廣州白云機(jī)場(chǎng)三條跑道各測(cè)風(fēng)儀的陣風(fēng)系數(shù)也不相同，跑道頭、尾的陣風(fēng)系數(shù)平均1.54，已基本接近深圳沿海測(cè)站受熱帶氣旋的陣風(fēng)系數(shù)的1.61平均值。

（四）多普勒雷達(dá)速度圖演變特征

廣州白云機(jī)場(chǎng)多普勒雷達(dá)速度圖（見圖3）顯示。16日04∶00 Z，從仰角1.2徑向速度圖，圖3（a）出現(xiàn)二次速度模糊，最大徑向速度大于50 m/s，強(qiáng)風(fēng)中心出現(xiàn)在臺(tái)風(fēng)中心右前方。07∶00 Z（圖3（d）），開始徑向速度略有減弱，僅有一次速度模糊，最大徑向速度約為50 m/s。09∶00 Z（圖3（f）），最大雷達(dá)徑向速度的風(fēng)向發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)，此時(shí)臺(tái)風(fēng)于廣東臺(tái)山登陸。11∶00 Z（圖3（h）），在臺(tái)風(fēng)右半圓區(qū)域再次出現(xiàn)二次速度模糊，此時(shí)臺(tái)風(fēng)中心右后方的風(fēng)速大于右前方，臺(tái)風(fēng)中心右后方的速度模糊區(qū)域也說明臺(tái)風(fēng)登陸后珠江口東側(cè)出現(xiàn)大風(fēng)區(qū)。從雷達(dá)速度圖上也可以看出，受臺(tái)風(fēng)影響的強(qiáng)風(fēng)范圍非常大，整個(gè)廣州機(jī)場(chǎng)為圓心的125 km范圍基本都處于速度模糊區(qū)域。且臺(tái)風(fēng)“山竹”造成的最大風(fēng)速區(qū)在珠江口兩側(cè)，這也與上文分析的觀測(cè)站風(fēng)速極大值區(qū)域一致。

臺(tái)風(fēng)“山竹”大風(fēng)的動(dòng)力診斷

（一）氣壓梯度項(xiàng)

登陸前，氣壓梯度大值區(qū)分布在第二和第四象限（見圖4（a）），在前進(jìn)方向的右后方，與當(dāng)時(shí)珠江口東側(cè)的大風(fēng)一致。隨著臺(tái)風(fēng)靠近廣東沿海，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度減弱，氣壓梯度減小。登錄后，臺(tái)風(fēng)中心附近的氣壓梯度顯著減小。其大值區(qū)仍分布在第二和第四象限（見圖4（b）），這也與當(dāng)時(shí)珠海、臺(tái)山附近的大風(fēng)一致。以上分析可知，氣壓梯度的變化與地面大風(fēng)的變化有很好的一致性。

（二）渦度項(xiàng)對(duì)大風(fēng)的影響

臺(tái)風(fēng)的典型特征是渦旋結(jié)構(gòu)，因此渦旋風(fēng)是臺(tái)風(fēng)的基本風(fēng)場(chǎng)，也是產(chǎn)生風(fēng)暴潮和陸面大風(fēng)的重要風(fēng)場(chǎng)。對(duì)于氣旋式環(huán)流，渦度越大，其中心的風(fēng)速越大，渦度場(chǎng)大小反映了氣旋的強(qiáng)度。臺(tái)風(fēng)登陸后，渦度場(chǎng)的中心已經(jīng)移到大陸，來到珠江口西側(cè)，這也與臺(tái)風(fēng)造成的廣東省沿岸的大風(fēng)區(qū)對(duì)應(yīng)。但渦度中心區(qū)偏南偏西，與大風(fēng)的分布并不完全一致（見圖5所示），且無法解釋珠江口東側(cè)的大風(fēng)區(qū)。

（三）散度項(xiàng)對(duì)大風(fēng)的影響

從登陸前后散度場(chǎng)特征（圖6）可以看到，在登陸之前16日06∶00 Z，臺(tái)風(fēng)中心的西北方向，即臺(tái)風(fēng)移動(dòng)的方向有明顯的輻合大值區(qū)，輻合大值區(qū)的西北側(cè)是輻散的大值區(qū)，氣旋傾向于向移動(dòng)方向前側(cè)氣體的輻散區(qū)移動(dòng)。且兩邊散度等值線梯度差別不大，故在中心兩側(cè)均有氣體向臺(tái)風(fēng)中心輻合，這也與臺(tái)風(fēng)造成了大風(fēng)區(qū)呈帶狀相似。而登陸后，臺(tái)風(fēng)中心的左右兩側(cè)均出現(xiàn)輻合大值區(qū)，左側(cè)更大，但中心輻合程度明顯下降，這也表示了臺(tái)風(fēng)登陸后，臺(tái)風(fēng)眼受到填塞。珠江口西側(cè)的散度等值線更密，這也與前文地面風(fēng)場(chǎng)觀測(cè)事實(shí)一致。

結(jié)論：

1.臺(tái)風(fēng)“山竹”移動(dòng)路徑穩(wěn)定，強(qiáng)度強(qiáng)、發(fā)展快。登陸過程造成了地面風(fēng)具有范圍大、極值大、影響時(shí)間長(zhǎng)的特征。

2.廣州白云機(jī)場(chǎng)因此遭受長(zhǎng)時(shí)間大風(fēng)和陣風(fēng)影響，此次臺(tái)風(fēng)登陸期間METAR報(bào)中陣風(fēng)系數(shù)為1.41，各跑道的兩端陣風(fēng)系數(shù)平均值為1.54，已基本接近深圳沿海測(cè)站受熱帶氣旋的陣風(fēng)系數(shù)1.61平均值。廣州白云機(jī)場(chǎng)多普勒雷達(dá)速度圖像展示臺(tái)風(fēng)“山竹”登陸過程中強(qiáng)風(fēng)范圍非常大且最大風(fēng)速區(qū)在珠江口兩側(cè)。

3.通過對(duì)臺(tái)風(fēng)“山竹”的動(dòng)力診斷可知：（1）氣壓梯度項(xiàng)的大值區(qū)和變化與大風(fēng)的大值區(qū)與變化有很好的一致性；（2）臺(tái)風(fēng)登陸后，渦度場(chǎng)的中心移向珠江口西側(cè)，這也對(duì)應(yīng)了臺(tái)風(fēng)登陸后珠江口西側(cè)出現(xiàn)的大風(fēng)區(qū)；（3）散度場(chǎng)不僅反映臺(tái)風(fēng)移動(dòng)發(fā)展的趨勢(shì)，而且散度梯度大值區(qū)與大風(fēng)區(qū)配合較好。

本文基于多種觀測(cè)數(shù)據(jù)，分析了臺(tái)風(fēng)“山竹”登陸過程中造成的極端大風(fēng)的分布特征及其動(dòng)力成因探討。但由于是個(gè)例研究，所得出的結(jié)論有待于在更多實(shí)踐中得到驗(yàn)證，總結(jié)大風(fēng)預(yù)報(bào)思路，提高臺(tái)風(fēng)天氣下航空氣象服務(wù)質(zhì)量，助力民航運(yùn)輸高效、安全運(yùn)行。