1617超強臺風“鲇魚”大風成因和預報分析*

邵穎斌 畢瀟瀟 劉錦繡 夏麗花

1617超強臺風“鲇魚”大風成因和預報分析*

邵穎斌1畢瀟瀟2劉錦繡1夏麗花1

1.福建省氣象臺 2.吉林省氣象臺

2016年第17號臺風“鲇魚”正面襲擊福建省，并于9月26～29日期間給福建帶來了嚴重的風雨災害，尤其是大風帶來的破壞影響非常嚴重。該文對1617“鲇魚”臺風大風的成因進行分析，得出結論：（1）“鲇魚”外圍螺旋雨帶較臺風本體先行逼近以及臺灣海峽的狹管效應導致臺風大風提早出現，且強風多集中在福建中北部沿海。（2）“鲇魚”影響福建前期，地面冷空氣自中偏東路向南補充，使得福建中北部沿海氣壓梯度明顯增大，這是造成該地區起風時間提早、大風強度強、大風維持時間長的原因之一。（3）對流能量釋放造成的大風與臺風環流帶來的大風疊加產生的增幅效應，也可能是“鲇魚”在福建造成大范圍、長時間強風的一個原因。（4）預報員根據積累的臺風大風預報經驗并結合豐富的觀測資料，對數值模式輸出的產品進行訂正，將有利于做出準確率更高的大風預報。

臺風大風致災 臺風結構 對比分析 臺風“鲇魚”

1 概述

近年來，全國多地因遭受大風災害而導致人員傷亡和經濟損失，大風預報已經成為業務工作中一個新的關注點，亦成為研究熱點。其中臺風大風致災是最嚴重的大風災害之一，由于對臺風大風致災的現有研究相對較少，預報經驗也比較不足[1-3]。因此，對臺風帶來的大風進行預報技術總結和研究具有重要意義。

2016年第17號臺風“鲇魚”正面襲擊福建省，并于9月26～29日期間給福建帶來了嚴重的風雨災害，尤其是大風帶來的破壞影響非常嚴重。該臺風路徑穩定、強度超強、大風范圍廣、強度強、持續時間長?！蚌郁~”自靠近臺灣島至在福建再次登陸后繼續移動期間，福建沿海和陸地上8級以上強風維持時間長達46h，10級以上強風維持時間達到18h；寧德—泉州沿海平均風都出現10～12級、局地出現13級（平潭牛山島風速37.2m·s-1為最大記錄，之后盡管強風維持，但測站停止記錄），沿海和內陸縣市陸上陣風大范圍出現11～12級。尤其是“鲇魚”臺風發生在14號臺風“莫蘭蒂”給福建沿海地市和近海海區帶來歷史罕見風災之后不久，連續兩個臺風的風雨重災區有多處重疊。從對于“鲇魚”帶來的大風預報檢驗來看，同時發生了空報和漏報，這其中既有預報員考慮服務效果而進行的預報，也有一部分原因是對造成臺風大風影響因子的認識不夠充分。本文對1617“鲇魚”臺風大風預報技術進行總結和成因進行分析，為今后的臺風大風預報積累經驗。

2 “鲇魚”大風特征與影響成因分析

“鲇魚”移動路徑比較穩定（圖1），因此對其路徑與登陸點的預報一直比較有把握且預報效果較好?！蚌郁~”是一個大尺度的臺風，其7級風圈半徑達400～450km、10級風圈半徑達200～220km。臺風本體與它外圍的螺旋雨帶來的大風范圍覆蓋廣，全省有40個縣市222個鄉鎮出現10級以上大風。在福建省的實際業務中，我們更關注沿海和海上的平均風大風，以及陸地上的陣風大風。故下文中若無特別說明，提及沿海和海上大風則均指平均風，提及陸上大風均指陣風。

圖1 “鲇魚”移動路徑與強度演變

2.1 大風實況與預報檢驗

受“鲇魚”外圍環流影響，9月26日上午起，沿海風力開始逐漸增大，其中中部沿海大風起風時間最早、風力也最強。至27日夜間，中北部沿海風力達10～11級、陣風12～14級，其中12級以上大風主要出現在福州—莆田沿海，中北部沿海10級以上大風持續時間達18h、泉州沿海10級以上大風持續時間達12h；南部沿海風力6～7級、陣風8～9級（表1）。平均風最大為平潭牛山島，風速37.2 m·s-1（13級），陣風最大為連江目嶼島，風速47.9 m·s-1（15級）。28日上午起，沿海轉為東南風—偏南風，28日下午起，沿海和海峽的風力自北向南逐漸減弱，13時之后北部沿海僅剩下6～7級大風、中南部沿海局部還有8級風（表2），到19～20時，僅南部沿海還有一個站測到8級風，且下一時次起，全省沿海風均弱于8級。

表1 沿海平均風起風時間

表2 沿海平均風減弱時間

圖2 26日20時-28日20時沿海自動站8級以上最大風與極大風統計

在業務實踐中，臺風大風預報主要是依靠ECMWF模式細網格輸出的地面風場的格點預報產品、加之地面氣壓分析與主觀訂正做出預報，且陸地大風較沿海大風更缺乏預報經驗。因此想要實現臺風大風的精細預報，還需要從其發生機制與預報技巧上多做分析和總結。

從“鲇魚”臺風過程的沿海風預報檢驗情況來看，福建中部沿海的大風預報較好，而寧德沿海的10級大風出現漏報、廈門—漳州沿海的10級大風出現空報，另外寧德沿海8級大風的起風時間較預報更早出現（表3）。其中隨著“鲇魚”逼近，在值班時雖然考慮過要適當降低閩南沿海的大風預報量級，但是本著“臨近不輕易降級”和“寧愿空報不要漏報”的想法，還是維持了前期預報的量級，最終事實驗證為空報。將“鲇魚”帶來陸上大風實況與ECMWF模式的細網格產品比較，不難發現模式預報較實況在量級上明顯偏小（圖3）。盡管根據經驗，主觀預報在模式輸出的基礎上已經調高了量級，但是仍未能達到陸上大風的極值。

表3 沿海大風的預報檢驗

圖3 26日20時-28日20時6級以上實況陸上大風（a）與ECMWF模式細網格輸出的格點預報產品（b）比較

2.2 大風影響成因分析

影響臺風大風的因素眾多，且各因素之間互相作用[5]，除臺風路徑、臺風強度之外，臺風結構、周圍環境場配置、地形等因素也是影響臺風大風的重要因素，下文將分別對其進行分析。

2.2.1臺風非對稱結構的作用

總結近年來沿相似路徑登陸福建的臺風與臺風大風，發現大風起風時間、大風區范圍與極大風強度與臺風結構密切相關。“鲇魚”是一個大尺度且非對稱結構特征明顯的臺風，非對稱結構的最主要特征表現在具有傳播形式的螺旋雨帶和效應中的通風流[6]。從雷達回波的動態演變可見，“鲇魚”在靠近臺灣島時其結構便已經逐漸呈現出非對稱結構特征，在臺風結構的第二象限存在一個東北—西南向的強螺旋雨帶不斷增強逼近（圖4）。由螺旋雨帶的移速可以較準確地預報福建中北部沿海大風起風的時間，而由螺旋雨帶的強度（最低氣壓與最大風速）可以預報在臺風登陸前該區域大風的量級。臺風環流中非對稱結構部分的強度可由臺風本體強度來推測，但目前主要是預報員主觀分析，未來也可以借由雷達資料的反演等方法進行客觀預報，這其中仍存在許多待研究的課題。

圖4 27日08時-27日12時福建省雷達回波拼圖在臺風大風發生前的演變

將1617“鲇魚”臺風與1614“莫蘭蒂”臺風進行對比分析（圖5），可以發現一個顯著的差別：大尺度、具有非對稱結構特征的“鲇魚”，其10～12級大風幾乎全部發生在臺風路徑的右側，且最強風發生時，臺風中心還位于臺灣島東面洋面上、大風量級稍低于臺風中心最強風力；而小尺度、結構密實且對稱的“莫蘭蒂”，其大風區主要圍繞在臺風中心附近，最強風發生在臺風登陸時，且大風量級與臺風中心最強風力相當?！蚌郁~”受到臺灣島地形削弱的作用，在閩南沿海再次登陸時，其強度減弱且左側結構已趨于松散，因此在福建南部沒有造成明顯風災。反之，沒有經過臺灣島而直接登陸閩南的“莫蘭蒂”，強度沒有折損、結構亦保持其對稱特征，因此大風主要由臺風本體造成、大風范圍相對較小。

圖5 1617“鲇魚”（a）與1614“莫蘭蒂”（b）臺風過程中10級以上大風分布與臺風移動路徑的相對位置

公眾與決策服務對臺風大風的預報需求日益提高，主要包括大風范圍、大風強度、起風時間、減弱時間和維持時間等5個方面，而事實證明，這都與臺風結構特征和環境場密切相關。實踐中發現，雖然目前數值模式對于環境場、臺風路徑預報和強度預報的準確率已相當高，但對臺風結構的提前模擬仍有待提高。預報員習慣依靠的數值模式的地面風場產品較難反映臺風結構特征，只依靠ECMWF模式細網格輸出的地面風場的格點預報產品，很難快速、準確地預報臺風大風。因此，在臨近預報中必須要更多關注衛星、雷達等實況觀測資料，判斷臺風結構的演變，并進一步預判臺風大風的起止時間、大風范圍和大風強度，以提高預報效果。

2.2.2北方冷空氣向南滲透的作用

由地轉關系推導可知，地轉風速的大小與水平氣壓梯度力成正比。在大風預報中，氣壓梯度是判斷風力強弱的重要指標，且海平面氣壓場的分布疏密直接影響風場分布。根據氣壓場分布的不同，前人將臺風大風分為兩個類型[7]：（1）低壓型，即大陸上為低壓維持，臺風來前外圍風力較小，直到臨近才受臺風本體環流影響出現大風；（2）冷空氣結合型，即大陸上有冷高壓，受冷空氣南下影響，臺風與冷高壓之間氣壓梯度增大，臺風本體還未靠近，大風已經提前出現。

“鲇魚”發生在夏末秋初（9月底），在其向大陸靠近的同時，中高緯度有冷性高壓維持，從地面形勢上也可以分析出一條明顯的冷鋒逐漸南壓東移至江淮一帶，并引導北方冷空氣補充南下，使得我國東部沿海形成正變壓區并長時間維持（圖6）。同時，在中偏東路冷空氣南下滲透與北上的臺風環流共同作用下，福建中北部沿海的地面等壓線加密、氣壓梯度增大，而福建南部沿海的等壓線分布相對稀疏、氣壓梯度相對較小。這樣的氣壓梯度與變壓場分布，有利于福建中北部沿海起風時間更早、大風強度更強、大風維持時間長。

圖6 “鲇魚”靠近時的地面形勢分析（a為27日14時，b為27日20時）

上述形勢在前期ECMWF模式的形勢預報中亦有體現，通過檢驗可知，數值模式的形勢場預報穩定且與實況十分接近。從不同時次起報的海平面氣壓場來看（圖7），等壓線分布呈現出中北部較密集、南部較稀疏的現象，這與實況大風區的分布相匹配，是預報臺風大風的一個重要信號。從模式預報的海平面氣壓差時序圖中也可以看到（圖8），杭州—平潭之間的氣壓梯度遠大于福鼎—東山之間的氣壓梯度，且杭州—平潭之間的氣壓梯度達到最大的時刻比福鼎—東山之間提早6～12h，這對于預報大風極值偏態分布具有指示意義。此外，臺灣海峽特殊地形的狹管效應是預報福建中部沿海和海上的大風加大時另一個需要注意的地方。

圖7 ECMWF模式細網格輸出的27日11時、27日14時、27日17時和27日20時4個時次的海平面氣壓場（a為26日20時起報，b為27日08時起報）

圖8 ECMWF模式細網格輸出的海平面氣壓梯度隨時間的變化

2.2.3對流能量釋放的作用

臺風是一個天氣尺度的氣旋性渦旋，其環流系統本身攜帶了豐沛水汽和能量，外圍螺旋雨帶中也高度集中了臺風中的氣旋式渦度、垂直運動、水平動量等。當臺風外圍螺旋雨帶靠近陸地時，如果遇上冷空氣，就容易觸發對流能量的釋放[8]。同時，福建復雜的地形亦有利于在高能高濕的條件下觸發陸上強對流[9]。從福州與邵武2站27日08時與20時的T-logP探空圖對比（圖9）上可以看出，對流層中低層有較強的垂直風切變、對流抑制為0或較小，且08時各站中層均有一明顯干層、存在“上干下濕”結構，尤其是邵武站為典型的喇叭口結構、具備明顯的不穩定能量；兩站20時垂直方向的風速較08時增長顯著，但“上干下濕”結構不再明顯，不穩定能量被釋放。強對流引起的大風天氣與臺風環流帶來的大風疊加產生的增幅效應，亦可能是“鲇魚”在福建造成強風的原因之一。

圖9 27日08時和27日20時福州、邵武T-logP探空圖

3 結論

在臺風路徑和強度預報已經相當準確的基礎上，臺風大風預報問題在一定程度上可以轉換為對臺風結構演變的追蹤和預判。臺風結構的對稱或非對稱特征，很大程度上決定了臺風大風的起風時間和大風區的分布情況?！蚌郁~”外圍螺旋雨帶較臺風本體先行逼近，導致臺風大風提早出現且強風多集中在福建中北部沿海。此外，臺灣島地形對臺風結構的破壞作用與臺灣海峽的狹管效應對福建沿海大風的作用也不容忽視。

在預報臺風大風時，分析地面氣壓梯度和變壓場的變化是一個直接有效的預報方法，同時具有科學的數理意義。在“鲇魚”北上影響福建前期，地面冷空氣自中偏東路向南補充，使得福建中北部沿海為正變壓區控制、氣壓梯度明顯增大，這是造成該地區起風時間提早、大風強度強、大風維持時間長的原因之一。

在臺風帶來高能高濕條件下，冷空氣南下與復雜地形有利于觸發強對流的發生。對流能量釋放造成的大風與臺風環流帶來的大風疊加產生的增幅效應，亦可能是“鲇魚”在福建造成強風的一個原因。

隨著對臺風等極端天氣預報的要求日益提高，臺風大風更加精細的定時定點預報已經成為當前亟待提高的一項預報難題。在探討臺風大風的可預報性時，既承認其困難與報不準的現狀，又相信通過對不同個例進行對比與統計和對數值預報產品進行分析與釋用，預報員仍有能力根據積累的經驗對數值模式輸出的不同產品進行訂正，并結合豐富的觀測資料做出準確率更高的預報。

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中國氣象局預報員專項（CMAYBY2017-035），福建省氣象局開放式氣象科學研究基金項目（2017K04）。