台风“山竹”引致广州白云机场极端大风分析

2019-09-17民航中南空管局气象中心邹宛彤郭智亮河源市气象局潘心顺

民航管理 2019年8期

□ 民航中南空管局气象中心邹宛彤刘峰郭智亮河源市气象局潘心顺/文

在全球的热带气旋生成区中，以西北太平洋频率最高、强度最强。每年夏秋季，在西北太平洋热带气旋登陆亚洲大陆的主要路径上，广东沿海受热带气旋影响频率最高、灾害最重。在广东沿海，95%的8级以上大风天气是由热带气旋造成的。珠三角位于广东的中部，受热带气旋的影响多出现在6～9月，且中部沿海受热带气旋影响风速极值分布总体上呈从沿海向内陆迅速减小，西部略大、东部略小的特征。

2018年9月16日，台风“山竹”于09∶00 Z前后在广东台山沿海海晏镇登陆，造成暴雨、大风天气。广州白云机场位于我国广东省中部，珠三角北部，每年华南后汛期受台风影响较大。受“山竹”影响，广州机场于16日04∶00 Z～17日00∶00 Z关闭，暂停该时段的所有航班起降。在航班运行中，台风造成的大风天气对飞机起飞、降落甚至路面航空器和人员的安全影响较大。因此讨论台风在移动、登陆的过程中对其影响范围内的机场造成的大风影响十分重要。

本文利用NCEP再分析资料FNL 1×1，日本气象厅热带气旋最佳路径，广州白云机场天气报告METAR报、AWOS自动观测站数据、广州白云机场C波段雷达等多源观测资料，对台风“山竹”造成的极端大风天气进行分析。

台风“山竹”概况

2018年第22号台风“山竹”于9月7日世界时(下同)12∶00 Z在西北太平洋洋面(12.7 N， 165.4 E)上生成，然后一直沿副热带高压(以下简称“副高”)南侧偏东风气流引导下向偏西方向移动，之后逐渐加强成超强台风；16日09∶00 Z，第22号台风“山竹”(强台风级)在广东台山海宴镇登陆，登陆时中心附近最大风力14级（45 m/s），中心最低气压955 h Pa。17日12∶00 Z，因难以确定其环流中心，中央气象台对其停止编号，其路径及强度变化如图1所示。

9月16日00∶00 Z“山竹”500 h Pa引导气流（如图2所示）为副高西南侧的偏东南气流，气流流速极强，台风从西太平洋西移过程中，其周围除西南方向外都为15 m/s以上的强风区，且出现了风速大于25 m/s的急流区，登陆前最大风速大于40 m/s。这股急流由三股气流形成，一股来自副热带高压南侧的偏东南气流，一股来自孟加拉湾的西南季风，还有一股来自东亚地区向北的越赤道气流。由于三股气流的共同作用，台风“山竹”在移动过程中迅速发展强大且移速快。

极端大风分析

（一）台风“山竹”造成的地面大风

台风“山竹”引起的大风具有范围广持续长的特征，香港、澳门、深圳、珠海普遍出现平均风13～14级，阵风16～17级，惠州的沱泞列岛（59495）记录全省最大瞬时风速62.8 m/s，珠三角沿海12级以上大风持续时间超过16小时。阵风最大的区域集中在珠三角地区，即珠江口东、西海岸。16日09∶00 Z左右登陆时，极大风力出现在登陆地点附近，台山极大风速达40 m/s以上。16～17日风速极大值分布的大值中心却并不完全位于登陆点附近，珠江口东西两侧海岸线均是风速极大值中心。

（二）台风“山竹”广州白云机场大风分析

广州白云机场天气报告METAR报中，15日的22∶00 Z开始，广州白云机场已出现6级大风（11 m/s），07∶30 Z出现最大阵风（24 m/s）。6级以上大风持续至16日16∶30 Z，持续近20个小时。

表1：广州白云机场AWOS自动观测站各点极大风速和10分钟最大平均风速

表2：广州白云机场METAR及AWOS自动观测站各测站阵风系数

因为METAR报文发布标准是自动观测基准点每半小时发报时刻之前10分钟平均风速和期间3秒内的最大阵风（超过平均风速5 m/s以上），因此在白云机场AWOS气象自动观测站中，非基准点和非观测时间内测的风速有可能更大，报文不能全面表现其大风极端情况。广州白云机场三条跑道（01、02 L和02 R）的头（TDZ）、中（MID）、尾（END）三点均有测风仪，当天主导风向为北风转东北风，机场运行为南头起降，METAR报发布数据的基准点为02 L。因此将AWOS气象自动观测站中各测风仪逐分钟的数据对大风进行精细化分析，可以更完整地分析其大风和阵风特征。如表1所示，极大风速为26.7 m/s，而10 min最大平均风为17.82 m/s，出现在01跑道的01-MID测站处。

（三）阵风系数

大风阵性特征是防灾抗灾和飞机起飞降落过程最为关注的破坏因子之一，通常以阵风系数来讨论风的阵性特征。一般情况下，将持续时距小于3秒的风称为阵风，定义最大阵风风速与最大10分钟平均风速之比为阵风系数，即

G＝Vg/V

式中G为阵风系数，Vg为时距小于3秒的最大阵风风速，V为10分钟最大平均风速。

9月16日，台风“山竹”登陆当天，广州白云机场METAR报文的阵风系数计算为1.41，而广州白云机场三条跑道各测风仪的阵风系数也不相同，跑道头、尾的阵风系数平均1.54，已基本接近深圳沿海测站受热带气旋的阵风系数的1.61平均值。

（四）多普勒雷达速度图演变特征

广州白云机场多普勒雷达速度图（见图3）显示。16日04∶00 Z，从仰角1.2径向速度图，图3（a）出现二次速度模糊，最大径向速度大于50 m/s，强风中心出现在台风中心右前方。07∶00 Z（图3（d）），开始径向速度略有减弱，仅有一次速度模糊，最大径向速度约为50 m/s。09∶00 Z（图3（f）），最大雷达径向速度的风向发生明显偏转，此时台风于广东台山登陆。11∶00 Z（图3（h）），在台风右半圆区域再次出现二次速度模糊，此时台风中心右后方的风速大于右前方，台风中心右后方的速度模糊区域也说明台风登陆后珠江口东侧出现大风区。从雷达速度图上也可以看出，受台风影响的强风范围非常大，整个广州机场为圆心的125 km范围基本都处于速度模糊区域。且台风“山竹”造成的最大风速区在珠江口两侧，这也与上文分析的观测站风速极大值区域一致。

台风“山竹”大风的动力诊断

（一）气压梯度项

登陆前，气压梯度大值区分布在第二和第四象限（见图4（a）），在前进方向的右后方，与当时珠江口东侧的大风一致。随着台风靠近广东沿海，台风强度减弱，气压梯度减小。登录后，台风中心附近的气压梯度显著减小。其大值区仍分布在第二和第四象限（见图4（b）），这也与当时珠海、台山附近的大风一致。以上分析可知，气压梯度的变化与地面大风的变化有很好的一致性。

（二）涡度项对大风的影响

台风的典型特征是涡旋结构，因此涡旋风是台风的基本风场，也是产生风暴潮和陆面大风的重要风场。对于气旋式环流，涡度越大，其中心的风速越大，涡度场大小反映了气旋的强度。台风登陆后，涡度场的中心已经移到大陆，来到珠江口西侧，这也与台风造成的广东省沿岸的大风区对应。但涡度中心区偏南偏西，与大风的分布并不完全一致（见图5所示），且无法解释珠江口东侧的大风区。

（三）散度项对大风的影响

从登陆前后散度场特征（图6）可以看到，在登陆之前16日06∶00 Z，台风中心的西北方向，即台风移动的方向有明显的辐合大值区，辐合大值区的西北侧是辐散的大值区，气旋倾向于向移动方向前侧气体的辐散区移动。且两边散度等值线梯度差别不大，故在中心两侧均有气体向台风中心辐合，这也与台风造成了大风区呈带状相似。而登陆后，台风中心的左右两侧均出现辐合大值区，左侧更大，但中心辐合程度明显下降，这也表示了台风登陆后，台风眼受到填塞。珠江口西侧的散度等值线更密，这也与前文地面风场观测事实一致。