1961—2018年影響深圳市的臺風特征分析

尹宜舟

（國家氣候中心，北京 100081）

0 引言

深圳市地處珠江口東側，臺風災害頻發，嚴重威脅著當地群眾的生命和財產安全，在短時間內能夠對深圳市的敏感行業帶來“巨災”[1]。隨著經濟社會的快速發展，深圳市人口和財富愈發集中，面對災害的影響更加脆弱，災害風險不斷增長[2-4]。

對于深圳市受臺風影響的特征已經有不少研究，如王明潔等[5]分析了1953—2005年期間影響深圳市的臺風，指出在變暖的背景下，影響深圳的臺風減少了，但由臺風引起的強降雨加大。李輝等[6]統計了1952—2008年影響深圳市的熱帶氣旋氣候特征，結果顯示影響深圳的臺風在20世紀50—80年代處于高頻次期，90年代處于低頻次期。深圳市氣象局還先后開發了深圳市臺風影響概念模型[7]以及基于風雨影響評估的臺風數據庫系統[8]。

近年來，不斷有破紀錄的臺風事件影響深圳，如1702號臺風“苗柏”于2017年6月12日在深圳市登陸，成為有記錄以來登陸深圳最早的臺風。同年，深圳市遭受了歷史罕見的臺風“三連擊”，8月下旬—9月初，短短半個月內，“天鴿”“帕卡”“瑪娃”相繼登陸廣東，均給深圳市帶來明顯的風雨影響，特別是“天鴿”，登陸時中心附近最大風速達48 m/s，為1949年以來登陸珠江口最強的臺風[9]。2018年第22號臺風“山竹”于9月16日在廣東江門臺山登陸，登陸時中心附近最大風速達45 m/s。“山竹”導致深圳市出現了30多年來最嚴重的風災，期間12級以上陣風持續13 h，10級以上陣風持續25 h，大風影響累計時間突破歷史記錄，成為1983年之后影響深圳最嚴重臺風[10]。

本文采用最新的臺風資料，分析1961—2018年影響深圳市的臺風特征，以求獲取最新的臺風信息，為防臺減災工作提供參考。

1 資料與方法

本文所用的深圳氣象觀測站點資料來自于國家氣象信息中心，臺風路徑資料采用的是中國氣象局整編的熱帶氣旋最佳路徑資料集[11]。文中概率計算采用的是信息擴散技術，該方法由黃崇福提出，主要用于解決樣本信息不充分、數據不完備的小樣本概率分布估計問題[12]。

臺風內低空風場的水平結構可分為三個區域：臺風大風區、臺風渦旋區、臺風眼區，其中，在最外圈的臺風大風區直徑一般為400～600 km，風力可達15 m/s（7級），向內風速急增[13]。阮惠華等[14]在構建影響廣東的臺風緩沖區分析模型時，將7級風圈對應的緩沖半徑定為300 km。因此本文以深圳區域邊界為基礎，以300 km為半徑，建立緩沖區（圖1），進入緩沖區的臺風認為是影響深圳市的臺風。為有效提取進入緩沖區內的臺風信息，在臺風6 h路徑點之間線性插入8個點，并對臺風強度進行線性內插，獲取各點上的臺風信息[15]。利用ArcGIS空間分析技術，提取出在緩沖區內的臺風點以及在深圳市范圍內的臺風點，如圖1所示，利用這些臺風點統計緩沖區內臺風頻數、平均強度和持續時間。

圖1 影響深圳市的臺風提取示意圖 Fig.1 Schematic diagram of typhoon extraction affecting Shenzhen

2 結果分析

2.1 臺風基本特征

經統計，1961—2018年共有248個臺風進入緩沖區（含進入深圳市內的臺風，下同），平均每年有4.2個；最多的年份出現在1974年，共9個，1969、2007、2015年均只出現1個。整體上，進入緩沖區的臺風頻數呈現出下降趨勢，下降速率為0.27個/10 a（圖2），M-K檢驗[16]結果顯示，指標Z值絕對值為1.76，大于95%信度臨界值為1.64，表明進入緩沖區的臺風頻數下降趨勢明顯。

1961—2018年，緩沖區內臺風活動的平均強度（采用臺風低層2分鐘平均近中心最大風速來描述，下同）呈現弱的增加趨勢，但是未通過95%的M-K信度檢驗，趨勢不顯著。緩沖區內臺風年平均強度最大值為36.4 m/s，出現在1996年。2011年以來，平均強度為26.2 m/s，明顯大于2001—2010年的平均值（21 m/s）。其中，2013年平均強度為35.6 m/s、2012年為30.4 m/s、2015年為29.7 m/s、2017年為28.3 m/s，分別為1997年以來前四位大值年。可以看出，近十年來，緩沖區內活動的臺風平均強度增強（圖2）。

圖2 1961—2018年進入緩沖區的臺風頻數（a）及平均強度（b）變化 Fig.2 Changes in the frequency (a) and average intensity (b) of typhoons entering the buffer zone from 1961 to 2018

1961—2018年，共有24個臺風進入深圳市境內，平均每年0.41個，其中2008年有3個；深圳市境內臺風平均強度為21.5 m/s，最強為6423號臺風，平均強度達41 m/s。近10年來，平均強度最大的臺風為0906號臺風“莫拉菲”，達30.3 m/s。

概率分析表明（圖3），緩沖區內和深圳市內的臺風平均強度均較多地出現在10～30 m/s，其累積概率分別達76.1%、71.3%；超過24.5 m/s（強熱帶風暴及以上）的概率分別為45.5%、43.3%；超過32.7 m/s（臺風及以上）的概率分別為17.5%、13.1%；可以看出深圳市易遭受強熱帶風暴及以上等級的臺風影響。

圖3 1961—2018年進入緩沖區（a）和深圳境內（b）的臺風平均強度概率曲線 Fig.3 Probability curve of typhoon average intensity entering the buffer zone (a) and Shenzhen (b) from 1961 to 2018

2.2 臺風引起的風雨特征

統計顯示，1961—2018年，深圳平均每年臺風降水為333.9 mm，占年總降水量平均比例為17.0%，兩者均呈現出明顯的下降趨勢（圖4），且通過95%的信度檢驗（Z值絕對值分別為1.8和2.2）。1961—2018年，深圳因臺風引起的最大過程雨量和日降水量分別為487.9 mm和303.1 mm，分別由7807和6423號臺風引起。概率分析表明（圖5）：深圳臺風過程最大日降水量50～100 mm（暴雨強度）累積概率為42.3%，100～250 mm（大暴雨強度）累積概率為32.9%，超過100 mm的概率為34.4%，超過250 mm（特大暴雨強度）的概率為1.5%。

圖4 1961—2018年深圳年臺風降水（a）及占年總降水量的比例（b） Fig.4 Annual typhoon precipitation in Shenzhen (a) and its proportion to total annual precipitation (b) from 1961 to 2018

圖5 1961—2018年深圳臺風引起的最大日降水量概率分布圖 Fig. 5 Probability distribution of maximum daily precipitation caused by typhoon in Shenzhen from 1961 to 2018

因為深圳站日極大風速在1993年之后才有觀測記錄，為分析極大風速特征，基于臺風影響期間深圳站日最大風速和日極大風速樣本，建立了兩者之間的關系式，如圖6所示。兩者之間有著較好的冪函數關系，擬合結果與觀測值之間的相關系數達0.918。對日極大風速缺測的樣本，采用該冪函數關系式，利用日最大風速進行推算，因為日最大風速自1971年以來才有記錄，因此最終極大風速分析的時段為1971—2018年。

圖6 臺風引起的深圳日最大風速與日極大風速散點圖 Fig. 6 Scatter chart of daily maximum wind speed and daily extreme wind speed caused by typhoon in Shenzhen

統計出1971—2018年臺風影響期間深圳逐年最大的日極大風速，結果顯示（圖7a），年極大風速呈現出弱的下降趨勢，未通過95%的信度檢驗，表明趨勢不顯著。1971—2018年，深圳因臺風引起的極大風速極值為48.8 m/s，由7118號臺風引起，其次為8721號臺風引起的36.7 m/s。概率分析表明（圖7b），深圳由臺風引起的日極大風速為20.8～32.6 m/s（風力為9～11級）出現的概率為25.2%，超過32.7 m/s（達到12級風力）出現的概率為2.4%，二者（達到9級以上風力）累積概率達到27.6%。

圖7 1971—2018年深圳臺風引起的極大風速（a）及其概率分布圖（b） Fig. 7 Extreme wind speed (a) and its probability distribution (b) caused by typhoon in Shenzhen from 1971 to 2018

2.3 三種登陸臺風的特征分析

為了分析在不同位置登陸的臺風對深圳市的影響，將登陸深圳及周邊的臺風分為三類，分別為在深圳東側一帶登陸（深圳東側、惠州、惠東一帶）、深圳西側一帶登陸（深圳西側、澳門、珠海、中山、東莞、廣州等）、深圳以南登陸（香港）的臺風。經統計，1961—2018年，共有15個臺風在深圳東側登陸，26個在深圳西側登陸，11個在深圳以南登陸。

對比分析了三種路徑下臺風的平均登陸強度、緩沖區內平均持續時間、緩沖區內平均強度、在緩沖區活動時深圳站平均最大日降水量、平均過程雨量、平均極大風速，如表1所示。可以看出，在深圳西側一帶登陸的臺風平均登陸強度最強，為29.3 m/s，同時其緩沖區內平均強度、所引起的深圳站風雨指標均為最大。緩沖區內平均持續時間最長的是深圳東側一帶登陸的臺風，為38.6 h。從深圳以南登陸然后影響深圳的臺風登陸強度以及對深圳引起的風雨都相對偏小。

表1 三種路徑下臺風基本特征對比表 Table 1 Comparison of the basic characteristics of typhoons among three tracks

進入緩沖區且導致深圳站出現日降水量超過200 mm的臺風過程共9個，這9個臺風均在深圳西側一帶登陸（6個在珠江口登陸，3個在珠江口以西登陸）。極大風速前8的臺風，有7個在深圳西側一帶登陸（3個在珠江口登陸，4個在珠江口以西登陸），1個在深圳東側一帶登陸。總體上可以看出在深圳西側一帶登陸的臺風往往會給深圳帶來較大的風雨影響。

進一步對比三種路徑下臺風登陸前后（登陸時刻所在的6小時路徑段上的兩個端點時間）強度變化，如表2所示，深圳西側一帶登陸的臺風登陸前平均強度最大，達32.3 m/s，登陸后強度只有21.4 m/s，登陸后強度平均減弱比率達32.8%，為三種路徑中減弱比率最大。在深圳東側一帶登陸的臺風，其平均強度較強，且在緩沖區內平均持續時間最長，登陸后強度減弱速度也最慢，結合臺風西行或西北行的路徑，其對深圳可產生較持續的影響，如表1所示，其平均的過程雨量達158 mm，接近于在深圳西側一帶登陸的臺風。

表2 三種路徑下臺風登陸前后強度變化對比表 Table 2 Comparison of intensity changes of typhoons before and after landfall among three paths

3 結論

本文統計分析了1961—2018年影響深圳市的臺風基本特征以及風雨特征，同時將在深圳及其周邊登陸的臺風分為三類，包括深圳東側一帶、深圳西側一帶、深圳以南登陸，探討這三類臺風對深圳影響的差異性，共得到如下結論。

1）1961—2018年，平均每年有4.2個臺風進入深圳市300 km緩沖區，且進入的臺風頻數呈現出明顯的下降趨勢，臺風在緩沖區內活動的平均強度變化趨勢不明顯，但是近10年的平均強度明顯高于2001—2010年。概率分析顯示，緩沖區內和深圳市內的臺風平均強度出現超過24.5 m/s（強熱帶風暴及以上）的概率分別為45.5%、43.3%，表明深圳市易遭受強熱帶風暴及以上等級的臺風的影響。

2）1961—2018年，深圳平均每年臺風降水量為333.9 mm，占年總降水量平均比例為17.0%，兩者均呈現出明顯的下降趨勢。臺風引起的極大風速呈現出弱的不顯著下降趨勢。概率分析顯示，深圳臺風過程最大日降水量超過100 mm的概率為34.4%，日極大風速超過9級（20.8 m/s）的概率為27.6%。

3）三種登陸臺風分析顯示，在深圳西側一帶登陸的臺風平均登陸強度、緩沖區內平均強度、所引起的深圳站風雨指標均為最大，表明在珠江口登陸的臺風往往會給深圳帶來較強的風雨影響。在深圳東側一帶登陸的臺風，其平均強度較強，且在緩沖區內平均持續時間最長，登陸后強度減弱速度最慢，結合臺風西行或西北行的路徑，其對深圳可產生較持續的影響。從深圳以南登陸的臺風對深圳市的影響總體偏小。

4）本文采用了由最大風速擬合反推1993年以前的極大風速值，這中間存在一定的不確定性，待后續存在更多的極大風速樣本時再進行統計分析。另外本文僅分析了影響深圳的臺風基本特征，下一步將結合災情資料，分析影響深圳的臺風致災機理，以及采用數值模式、合成分析等方法從機理上分析三種登陸臺風對深圳造成不同風雨影響的成因。