1713號臺風“天鴿”與1822號臺風“山竹”大風過程對比及成因分析

植江玲，黃先香

(1.廣東省佛山市氣象局，廣東 佛山 528000；2.廣東省佛山市龍卷風研究中心，廣東 佛山 528000)

0 引言

臺風是形成在熱帶和副熱帶海洋上的大氣渦旋，常伴有大風、暴雨、風暴潮等災害。在臺風造成的所有災害當中，以臺風大風導致的房屋倒塌、船只翻沉等及臺風暴雨引發的洪澇災害最為嚴重[1]。隨著自動氣象站的加密、多普勒天氣雷達、氣象衛星等觀測設備的發展，國內很多研究學者和業務人員對臺風大風展開了研究。陳瑞閃[2]分析了福建多年的臺風大風認為，造成臺風大風的成因主要為氣壓梯度、冷空氣影響和變壓梯度等。楊玉華等[3]分析了登陸我國的臺風引起的大風分布特征指出，登陸我國的臺風有89%造成大風，主要分布在東南沿海，向內陸急劇減小。李巖等[4]對臺風海面氣壓場和風場進行數值模擬計算。楊祖芳等[5]利用臺風的云頂亮溫資料來分析臺風導致的海上大風。吳業強等[6]分析了臺風“科羅旺”帶來的持續大風特征，指出臺風移向改變、移速減慢和強度少變是造成大風長時間持續的原因。祁旭等[7]對1011號臺風“凡比亞”的風雨特征進行分析，指出南壓高壓和高空冷渦形成高空強烈輻散對臺風暴雨和大風有顯著影響。廣東南鄰南海，東面瀕臨西太平洋，是我國受臺風影響和臺風登陸最多的省份，因此受臺風大風影響嚴重。而每個臺風本身的強度、結構、路徑以及周圍的環境場等影響因素不同，因此不同臺風造成的大風強度和分布特征也不同。1713號“天鴿”和1822號“山竹”分別是當年登陸我國最強臺風，同時也是1949年以來登陸珠江三角洲地區的最強臺風和次強臺風。“天鴿”和“山竹”移動路徑和登陸地點相似，西偏北行在珠江口西側登陸，但兩者造成的大風強度、影響范圍和持續時間卻明顯不同，因此有必要對導致兩個臺風的大風強度、范圍和影響時間不同的成因進行對比分析。本文利用常規觀測、廣東省自動氣象站、FY-2E衛星紅外云圖以及多普勒天氣雷達資料等對1713號“天鴿”和1822號“山竹”給廣東省帶來的臺風大風特征進行對比并分析其成因，以期找出影響臺風大風的因子，為今后臺風大風的預報提供參考。

1 “天鴿”與“山竹”過程概況

1713號“天鴿”于2017年8月20日22時(北京時，下同)在西北太平洋加強為熱帶風暴，并開始編報。22日16時加強為強熱帶風暴，22日23時升級為臺風，23日07時繼續加強至強臺風級。“天鴿”于23日12時35分前后以強臺風級在珠海沿海地區登陸，登陸時中心氣壓945 hPa，近中心風力48 m/s(15級)，登陸后西北偏西行，經珠江口西側穿過粵西，15時減弱為臺風，18時繼續減弱為強熱帶風暴，23日20時進入廣西境內，強度持續減弱。“天鴿”是2017年登陸我國最強的臺風，也是1949年以來登陸珠江三角洲最強臺風。1822號“山竹”于2018年9月7日夜間在西北太平洋加強為熱帶風暴，9日凌晨加強為強熱帶風暴，9日08時升級為臺風，10日20時加強為強臺風，11日08時加強為超強臺風，“山竹”于16日17時前后以強臺風級在江門沿海地區登陸，登陸時中心氣壓935 hPa，近中心風力45 m/s(14級)，登陸后西北行穿過粵西境內，20時減弱為臺風，23時進入廣西，強度繼續減弱，17日04時減弱為強熱帶風暴。

對比“天鴿”和“山竹”的生消特征，有以下相似點：①生成源地都是在菲律賓以東的西北太平洋洋面上，但生成的時間不同，“山竹”比“天鴿”登陸晚近一個月，“天鴿”屬于夏季臺風，“山竹”屬于秋季臺風。②兩者的移動路徑都是較穩定地先西行后轉為西北行，登陸點都是珠江三角洲沿海地區，但“山竹”比“天鴿”登陸地點偏西。③登陸強度都為強臺風級，“天鴿”登陸時中心風速比“山竹”略強，但“山竹”登陸時中心氣壓比“山竹”低。“天鴿”和“山竹”分別為當年登陸我國最強的臺風，且分別是1949年以來登陸珠三角的最強和次強臺風。可見，兩個臺風在源地、路徑、登陸點和登陸強度等方面都有相似之處，但兩者帶來的大風影響卻不同。

2 大風演變特征對比

從圖1的“天鴿”和“山竹”影響期間廣東省平均風速極大值分布可以看到，“天鴿”過程的最大2 min平均風速為47.8 m/s，“山竹”過程最大2 min平均風速為45.0 m/s，“天鴿”過程最大平均風速較“山竹”最大平均風速大。從平均風的分布范圍來看，“天鴿”和“山竹”過程6級以上平均風都幾乎集中在移動路徑的右側，但“山竹”給廣東省帶來的6級以上2 min平均風范圍更廣、東西跨度更大，珠江口兩側市縣都出現了8級以上大風，極值出現在珠海黃茅洲，距離登陸點133 km，距離臺風移動路徑較遠。而“天鴿”過程大風影響范圍小，除了大鵬半島出現了小范圍的8級大風，8級以上大風范圍都集中在珠江三角洲西部小范圍地區，極值出現在珠海九洲島，距離登陸點47 km，更靠近臺風中心移動路徑。從各級平均風距離臺風中心的最遠距離來看，“山竹”過程出現8級、10級和12級風距離臺風中心的最遠距離達到600 km、330 km和240 km，而“天鴿”過程出現8級、10級和12級風只有165 km、110 km和65 km，距離不及“山竹”的1/3。

圖1 “天鴿”(a)和“山竹”(b)天氣過程的廣東省平均風速極大值分布Fig.1 Distribution of average wind speed in Guangdong Province during typhoon weather processes of Hato (a) and Mangkhut (b)

從“天鴿”和“”山竹“過程的最大陣風分布可以看到(圖2)，兩者的差異較平均風分布的差異更為明顯。雖然兩個臺風都給廣東省帶來了強烈的大風，但“山竹”大風影響范圍更廣，錄得8級以上陣風的氣象觀測站占到全省站點70% ，9級以上陣風分布在臺風移動路徑右側的廣東省中南部市縣，向東延伸到粵東沿海市縣，珠江口兩側市縣都錄到了

大范圍10級以上的陣風，由陽江延伸到揭陽沿岸，惠州沱濘列島錄得最大陣風62.8 m/s，距離登陸點215 km。而“天鴿”大風影響范圍較小，9級以上陣風主要集中在移動路徑右側100 km以內，10級以上陣風主要分布臺風中心右側附近的珠海、中山和江門市，但陣風極大值更大，珠海萬山桂山島錄得最大陣風66.9 m/s，距離登陸點61 km。

從影響時間上看，臺風“山竹”天氣過程起風早，大風影響時間長。從圖3可以看到，在“山竹”登陸前，8級、10級和12級風的起風時間提前于“山竹”登陸16 h、13 h和11 h，而“天鴿”的起風時間提前于登陸7 h、5 h和4 h。從大風的影響時間來看，“山竹”天氣過程8級、10級和12級陣風持續時間長達30 h、23 h和21 h，臺風“天鴿”天氣過程8級、10級和12級陣風持續時間分別為14 h、11 h和9 h。可見“天鴿”起風提前時間和大風持續時間都不及“山竹”一半。

3 大風差異成因

3.1 臺風強度及結構的影響

臺風大風與臺風本身的強度和結構密切相關[3]。從表1來看，雖然“天鴿”登陸時中心氣壓比“山竹”低，但其7級和10級風圈半徑都遠小于“山竹”，因此可以推斷“天鴿”影響期間的極大風速大于“山竹”的極大風速，而“山竹”大風影響范圍是遠大于“天鴿”，這與實況觀測相一致。表明臺風帶來的極大風速大小與其強度有關，而大風影響范圍與其風圈半徑有關。值得注意的是，“天鴿”和“山竹”在登陸點附近都有極大風速中心，但“山竹”在登陸點以東的大鵬半島附近地區存在另一個更強的極大風速中心，過程最大風速也出現在附近的惠州沱濘列島，錄得最大陣風62.8 m/s，距離登陸點以東215 km。可見，“天鴿”極大風速的影響范圍主要與其本身的強度有關，但從“山竹”存在兩個極大風速中心表明，臺風本身的強度只是影響極大風速范圍的其中一個因素。

表1 臺風“天鴿”和“山竹”登陸時的情況Tab.1 Overview of Hato and Mangkhut landing

3.2 臺風登陸后強度的影響

臺風登陸后強度減弱的快慢對大風維持時間的長短也有影響。“山竹”和“天鴿”都是以強臺風級別登陸珠江三角洲沿海地區，從表1可以看到“山竹”登陸時中心最大風速45 m/s，中心最低氣壓935 hPa，而“天鴿”登陸時中心最大風速48 m/s，中心最低氣壓945 hPa，可見兩者登陸時的強度相差不大。兩者登陸后都是西北行，橫穿粵西進入廣西境內。其中，“天鴿”在登陸后不到3 h進入陽江境內時強度減弱為臺風，隨后在廣東省境內維持在強熱帶風暴級別，強度迅速減弱填塞，導致臺風大風影響時間較短和影響范圍局限在登陸點以及移動路徑附近。雖然“山竹”在登陸后3 h后在陽江西部地區減弱為臺風級別，但隨后在廣東省境內的強度一直維持臺風級別，強度減弱較為緩慢。同時“山竹”作為尺寸龐大的臺風，其大范圍的對流活動源源不斷給臺風提供動能，有利于臺風大風對廣東影響時間增長及大風影響范圍的擴大。

3.3 地面氣壓場對臺風大風提前影響廣東的作用

臺風大風不僅與本身的強度、結構有關，也與周圍的環境流場分布密切相關。“山竹”在2018年9月15日進入南海后向西北方向移動，15日夜間到16日凌晨(圖4)，“山竹”中心移至距離登陸點約600 km的南海海面上，此時廣東為臺風北側的倒槽控制，而陜西關中一帶和西北太平洋上都有一高壓存在，隨著“山竹”西北移近，同時關中地區的高壓略有南壓，兩個高壓中心與“山竹”相互作用導致廣東南部的氣壓梯度明顯增大，雖然此時臺風本體尚在海上，廣東沿海市縣尚未進入臺風的8級風圈半徑，16日凌晨珠江口到粵東南市縣已經錄得大范圍的8級大風，疊加臺灣海峽的狹管效應，粵東沿岸還出現了小范圍的10級大風，已提前“山竹”登陸17 h。隨后大風范圍逐漸擴大，風速逐漸增強，16日上午開始受“山竹”外圍螺旋雨帶影響，廣東沿海風力顯著加大，錄得12級陣風。可見關中地區和西北太平洋上高壓的維持與臺風低壓相互作用造成廣東沿海地區氣壓梯度加大是大風提前影響的重要原因。另外從“山竹”靠近大陸到登陸后減弱期間，北方的地面高壓維持，有利于廣東沿海維持較大的氣壓梯度，導致大風的影響范圍擴大和影響時間增長。同樣“天鴿”于2017年8月22日早上進入南海后也是穩定西北偏西行，強度快速加強。不同的是8月22—23日我國東部處于氣壓的低值區內，華南地區的臺風低壓與從華南延伸到華北地區的低壓槽打通連成一體且穩定維持，廣東大部都處于均壓場中，造成廣東沿海地區的氣壓梯度力較小。23日凌晨，粵東沿海距離“天鴿”中心約200 km，即進入臺風的8級風圈半徑內，粵東沿海地區才開始錄得8級大風，隨著臺風本體逐漸靠近，廣東沿海的風力持續增長，在23日06時左右，受“天鴿”主體環流影響，部分站點錄得陣風12級。

圖4 2017年8月22日17時(a)和2018年9月16日02時(b)地面氣壓場Fig.4 The surface pressure field at 17∶00 BT on 22 August 2017(a) and at 02∶00 BT on 16 September 2018(b)

將“山竹”和“天鴿”登陸前的地面氣壓場進行對比分析發現，若在臺風主體影響廣東前，我國北方有高壓存在，與臺風低壓相互作用造成廣東沿海地區氣壓梯度力加大，有利于廣東沿海提前出現大風，且擴大大風的影響范圍。若臺風登陸前我國華南地區為低壓區，則不利于廣東沿海地區的氣壓梯度加大，臺風大風影響廣東沿海的時間較晚，大風的影響范圍也有所縮小，臺風大風的影響時間主要與臺風主體影響時間較為一致。

3.4 地形對臺風大風的影響

雖然地形因素對臺風天氣過程的影響主要體現在降水的增幅作用，但是對臺風大風的的分布同樣不可忽視[8]。對比“山竹”和“天鴿”過程最大2 min平均風和最大陣風分布可以看到(圖1、圖2)，“天鴿”的過程極大風速強于臺風近中心的最大風速。另外從地點分布上看，“山竹”和“天鴿”在登陸點附近都有一個極大風速中心，“山竹”靠近臺風登陸點的最大陣風為江門新會54.6 m/s，但“山竹”在登陸點以東的大鵬半島附近一帶存在另一個更強的極大風速中心且為此次過程的最大陣風，惠州沱濘列島錄得62.8 m/s，距離“山竹”登陸點以東215 km，這與珠江三角洲的地形有密切關系。珠江三角洲地勢總體呈北高南低，北部多起伏的丘陵山脈，南部為河谷平原，出現極大風速的珠江口兩側處于珠江三角洲的“喇叭口”內，當臺風帶來的大風從海面上吹向“喇叭口”時，形成狹管效應，因此出現了強于臺風中心的風速。此外，由于“山竹”的大風風圈半徑大且風速分布不對稱，臺風中心東側的大風核更強，這個大風核經過的深圳沿海正好處在香港島與巽寮灣之間形成的小“喇叭口”內，在珠江三角洲這個大“喇叭口”中疊加了一個小“喇叭口”，形成更強狹管效應，有利于加強東側風速核。與“山竹”不同的是，“天鴿”的極大風速中心與登陸點和移動路徑對應的非常好，10級以上的陣風主要集中在登陸點附近沿著移動路徑右側90 km的范圍內，向外風速急劇減小。雖然“天鴿”的登陸點在珠海，“山竹”登陸點在江門，“天鴿”登陸點更靠近深圳惠州沿海一帶，但是由于“天鴿”結構更為緊密，10級風圈半徑在登陸時僅為80 km，“天鴿”的極大風速中心更靠近登陸點。因此即使兩個臺風在地形因素相同，登陸強度和移動路徑相似的情況下，其極大風速中心的分布有所不同。可見，在考慮地形因素對臺風大風的影響時，要結合臺風本身的強度和結構考慮。

4 云圖對比分析

衛星云圖可以直觀的反映臺風的強度和結構變化以及臺風云區的影響范圍。“天鴿”登陸前西北側云系發展較弱，隨著近海加強，結構趨于對稱。8月23日凌晨(即登陸前12 h)，“天鴿”環流云系開始上岸影響廣東粵東，粵西的對流云系是原地生成(圖5a)，對應粵東自動氣象站開始錄得8級風。23日08時(圖5b)，即登陸前4 h，其本體和外圍螺旋雨帶影響了廣東省中南部地區，可見光云圖上臺風中心可見小而圓的眼區，巖壁對流明顯。“天鴿”登陸后中心填塞，臺風眼消失，云系主要影響廣東省。而從“山竹”登陸前的紅外云圖可以看到，“山竹”云系結構對稱，環流龐大，其螺旋云區覆蓋面積廣。“山竹”在16日17時登陸，而其外圍云系在16日凌晨就開始影響廣東沿岸(圖5c，登陸前17 h)，其云系覆蓋了南海和廣東大部，珠江口西岸在16日凌晨開始錄得8級陣風，因此“山竹”起風時間較早。“山竹”登陸前7 h螺旋云帶發展明顯(圖5d)，但眼區不清晰，云系較為松散，其外圍螺旋雨帶向北影響到江西、湖南中部地區，云區覆蓋面積很大，可見臺風體積較大。“山竹”登陸后強度緩慢減弱，這與“山竹”過程給廣東省造成風力范圍廣、東西跨度大，持續時間長的特征是一致的。而“天鴿”結構較“山竹”更為緊密，體積較小，因此造成的極大風范圍更為集中在登陸點附近，外圍云系上岸時間偏晚，登陸后快速減弱，因此陸地起風時間較晚，大風持續時間較短。

圖5 臺風“天鴿”(a，b)和“山竹”(c，d)紅外云圖Fig.5 Infrared cloud image of Hato (a,b) and Mangkhut (c,d)

5 多普勒雷達基本速度對比分析

多普勒天氣雷達的反射率因子產品可以有效地監測臺風環流中的對流系統的強度，而基本速度產品則具有良好的測速能力，可以獲取降水和降水云體中徑向風場的分布情況，給臺風大風的監測和預測提供參考[9-12]。從兩個臺風登陸前2 h的雷達組合反射率因子圖可以看到(圖6a、6b)，“山竹”回波范圍較“天鴿”更廣，在臺風登陸前，“山竹”的大范圍螺旋雨帶就已經上岸影響大陸；“天鴿”結構更緊密、眼區更清晰，螺旋雨帶的影響范圍主要集中在眼區附近。

對比“山竹”和“天鴿”登陸前4 h時的珠海雷達0.5°仰角徑向速度圖(圖6c、6d)，2018年9月16日13時，“山竹”此時距離登陸點約為110 km，雷達上已經可以清晰看到“山竹”環流的徑向速度分布，臺風眼區不明顯，大風范圍廣，雖然“山竹”還未登陸，但是其大風核已經登陸上岸，大風影響時間早，風速的大值區主要分布在臺風中心附近和臺風的外圍，大風半徑達100～150 km。風速大值區分布不對稱，臺風中心右側大風范圍和速度極值都明顯大于左側速度，出現了大片的速度模糊，最大徑向速度超過45 m/s。2017年8月23日08時30分，此時“天鴿”距離登陸點約為120 km，從珠海0.5°仰角徑向速度產品上可以清晰看到臺風眼，眼區附近的大風核明顯比“山竹”的大風核小且結構對稱，半徑約為50～100 km，此時大風核位于海上，還未上岸，但風速極值較“山竹”大，達到50 m/s以上。對比自動氣象站錄得的實況與雷達觀測的情況是一致的。可見，利用雷達的反射率因子和徑向速度產品，結合臺風的移向移速和自動氣象站實況，可以在臺風登陸之前估測其大風的影響時間、分布范圍和風速大小。

圖6 “天鴿”和“山竹”廣東雷達組合反射率(a，b)和珠海雷達0.5°仰角徑向速度圖(c，d)Fig.6 Composite reflectivity of Guangdong doppler radar(a,b) and radial velocity at 0.5° PPI of Zhuhai doppler radar(c,d)

6 結論

“天鴿”和“山竹”在生成源地、移動路徑、登陸強度等方面都有相似之處，但兩者帶來的大風影響卻不同。“天鴿”大風影響范圍較小、影響時間較短，但極大風速較大。“山竹”帶來的大風影響范圍更廣、起風更早、持續時間更長。分析其原因，有以下幾個方面：

①臺風大風的影響范圍與臺風本身的強度和結構密切相關，雖然“山竹”和“天鴿”都是以強臺風級登陸珠江三角洲沿海地區，但“天鴿”同等級大風的風圈半徑都遠小于“山竹”，因此“天鴿”大風影響范圍小于“山竹”。臺風本身強度的變化對大風影響時間有重要影響，“天鴿”登陸后強度迅速減弱填塞，大風影響時間較短，“山竹”在登陸后強度減弱緩慢，大風持續時間較長。值得注意的是，“天鴿”和“山竹”除了在登陸點附近都有極大風速中心，“山竹”在遠離登陸點以東還存在另一個更強的極大風速中心，可見臺風本身的強度和結構只是影響極大風速范圍和風速強度的其中一個因素。

②地面氣壓場對臺風大風的提前影響起到了重要作用。在“山竹”主體影響廣東前，北方有高壓存在，加大了廣東沿海地區氣壓梯度力，導致臺風大風提前出現，且擴大大風影響的范圍。“天鴿”登陸前華南地區為均壓場，不利于廣東沿海地區的氣壓梯度力加大，則臺風大風影響廣東沿海的時間較晚，大風的影響范圍較小，臺風大風的影響時間與臺風主體影響時間較為一致。

③地形對臺風大風的影響有重要作用。珠江三角洲“喇叭口”以及香港島和巽寮灣之間的小“喇叭口”形成的狹管效應導致風速進一步加大。

④衛星云圖可以直觀的反映臺風的強度、結構變化和臺風云區的影響范圍，從而對預測臺風大風的影響時間和影響范圍有一定的參考作用。而當臺風中心進入雷達的監測范圍時，雷達的反射率因子產品可以有效監控臺風大風的影響范圍和影響時間，徑向速度產品可以估測臺風大風的強度、影響時間和臺風大風更精細的分布。