1713号台风“天鸽”与1822号台风“山竹”大风过程对比及成因分析

植江玲，黄先香

(1.广东省佛山市气象局，广东 佛山 528000；2.广东省佛山市龙卷风研究中心，广东 佛山 528000)

0 引言

台风是形成在热带和副热带海洋上的大气涡旋，常伴有大风、暴雨、风暴潮等灾害。在台风造成的所有灾害当中，以台风大风导致的房屋倒塌、船只翻沉等及台风暴雨引发的洪涝灾害最为严重[1]。随着自动气象站的加密、多普勒天气雷达、气象卫星等观测设备的发展，国内很多研究学者和业务人员对台风大风展开了研究。陈瑞闪[2]分析了福建多年的台风大风认为，造成台风大风的成因主要为气压梯度、冷空气影响和变压梯度等。杨玉华等[3]分析了登陆我国的台风引起的大风分布特征指出，登陆我国的台风有89%造成大风，主要分布在东南沿海，向内陆急剧减小。李岩等[4]对台风海面气压场和风场进行数值模拟计算。杨祖芳等[5]利用台风的云顶亮温资料来分析台风导致的海上大风。吴业强等[6]分析了台风“科罗旺”带来的持续大风特征，指出台风移向改变、移速减慢和强度少变是造成大风长时间持续的原因。祁旭等[7]对1011号台风“凡比亚”的风雨特征进行分析，指出南压高压和高空冷涡形成高空强烈辐散对台风暴雨和大风有显著影响。广东南邻南海，东面濒临西太平洋，是我国受台风影响和台风登陆最多的省份，因此受台风大风影响严重。而每个台风本身的强度、结构、路径以及周围的环境场等影响因素不同，因此不同台风造成的大风强度和分布特征也不同。1713号“天鸽”和1822号“山竹”分别是当年登陆我国最强台风，同时也是1949年以来登陆珠江三角洲地区的最强台风和次强台风。“天鸽”和“山竹”移动路径和登陆地点相似，西偏北行在珠江口西侧登陆，但两者造成的大风强度、影响范围和持续时间却明显不同，因此有必要对导致两个台风的大风强度、范围和影响时间不同的成因进行对比分析。本文利用常规观测、广东省自动气象站、FY-2E卫星红外云图以及多普勒天气雷达资料等对1713号“天鸽”和1822号“山竹”给广东省带来的台风大风特征进行对比并分析其成因，以期找出影响台风大风的因子，为今后台风大风的预报提供参考。

1 “天鸽”与“山竹”过程概况

1713号“天鸽”于2017年8月20日22时(北京时，下同)在西北太平洋加强为热带风暴，并开始编报。22日16时加强为强热带风暴，22日23时升级为台风，23日07时继续加强至强台风级。“天鸽”于23日12时35分前后以强台风级在珠海沿海地区登陆，登陆时中心气压945 hPa，近中心风力48 m/s(15级)，登陆后西北偏西行，经珠江口西侧穿过粤西，15时减弱为台风，18时继续减弱为强热带风暴，23日20时进入广西境内，强度持续减弱。“天鸽”是2017年登陆我国最强的台风，也是1949年以来登陆珠江三角洲最强台风。1822号“山竹”于2018年9月7日夜间在西北太平洋加强为热带风暴，9日凌晨加强为强热带风暴，9日08时升级为台风，10日20时加强为强台风，11日08时加强为超强台风，“山竹”于16日17时前后以强台风级在江门沿海地区登陆，登陆时中心气压935 hPa，近中心风力45 m/s(14级)，登陆后西北行穿过粤西境内，20时减弱为台风，23时进入广西，强度继续减弱，17日04时减弱为强热带风暴。

对比“天鸽”和“山竹”的生消特征，有以下相似点：①生成源地都是在菲律宾以东的西北太平洋洋面上，但生成的时间不同，“山竹”比“天鸽”登陆晚近一个月，“天鸽”属于夏季台风，“山竹”属于秋季台风。②两者的移动路径都是较稳定地先西行后转为西北行，登陆点都是珠江三角洲沿海地区，但“山竹”比“天鸽”登陆地点偏西。③登陆强度都为强台风级，“天鸽”登陆时中心风速比“山竹”略强，但“山竹”登陆时中心气压比“山竹”低。“天鸽”和“山竹”分别为当年登陆我国最强的台风，且分别是1949年以来登陆珠三角的最强和次强台风。可见，两个台风在源地、路径、登陆点和登陆强度等方面都有相似之处，但两者带来的大风影响却不同。

2 大风演变特征对比

从图1的“天鸽”和“山竹”影响期间广东省平均风速极大值分布可以看到，“天鸽”过程的最大2 min平均风速为47.8 m/s，“山竹”过程最大2 min平均风速为45.0 m/s，“天鸽”过程最大平均风速较“山竹”最大平均风速大。从平均风的分布范围来看，“天鸽”和“山竹”过程6级以上平均风都几乎集中在移动路径的右侧，但“山竹”给广东省带来的6级以上2 min平均风范围更广、东西跨度更大，珠江口两侧市县都出现了8级以上大风，极值出现在珠海黄茅洲，距离登陆点133 km，距离台风移动路径较远。而“天鸽”过程大风影响范围小，除了大鹏半岛出现了小范围的8级大风，8级以上大风范围都集中在珠江三角洲西部小范围地区，极值出现在珠海九洲岛，距离登陆点47 km，更靠近台风中心移动路径。从各级平均风距离台风中心的最远距离来看，“山竹”过程出现8级、10级和12级风距离台风中心的最远距离达到600 km、330 km和240 km，而“天鸽”过程出现8级、10级和12级风只有165 km、110 km和65 km，距离不及“山竹”的1/3。

图1 “天鸽”(a)和“山竹”(b)天气过程的广东省平均风速极大值分布Fig.1 Distribution of average wind speed in Guangdong Province during typhoon weather processes of Hato (a) and Mangkhut (b)

从“天鸽”和“”山竹“过程的最大阵风分布可以看到(图2)，两者的差异较平均风分布的差异更为明显。虽然两个台风都给广东省带来了强烈的大风，但“山竹”大风影响范围更广，录得8级以上阵风的气象观测站占到全省站点70% ，9级以上阵风分布在台风移动路径右侧的广东省中南部市县，向东延伸到粤东沿海市县，珠江口两侧市县都录到了

大范围10级以上的阵风，由阳江延伸到揭阳沿岸，惠州沱泞列岛录得最大阵风62.8 m/s，距离登陆点215 km。而“天鸽”大风影响范围较小，9级以上阵风主要集中在移动路径右侧100 km以内，10级以上阵风主要分布台风中心右侧附近的珠海、中山和江门市，但阵风极大值更大，珠海万山桂山岛录得最大阵风66.9 m/s，距离登陆点61 km。

从影响时间上看，台风“山竹”天气过程起风早，大风影响时间长。从图3可以看到，在“山竹”登陆前，8级、10级和12级风的起风时间提前于“山竹”登陆16 h、13 h和11 h，而“天鸽”的起风时间提前于登陆7 h、5 h和4 h。从大风的影响时间来看，“山竹”天气过程8级、10级和12级阵风持续时间长达30 h、23 h和21 h，台风“天鸽”天气过程8级、10级和12级阵风持续时间分别为14 h、11 h和9 h。可见“天鸽”起风提前时间和大风持续时间都不及“山竹”一半。

3 大风差异成因

3.1 台风强度及结构的影响

台风大风与台风本身的强度和结构密切相关[3]。从表1来看，虽然“天鸽”登陆时中心气压比“山竹”低，但其7级和10级风圈半径都远小于“山竹”，因此可以推断“天鸽”影响期间的极大风速大于“山竹”的极大风速，而“山竹”大风影响范围是远大于“天鸽”，这与实况观测相一致。表明台风带来的极大风速大小与其强度有关，而大风影响范围与其风圈半径有关。值得注意的是，“天鸽”和“山竹”在登陆点附近都有极大风速中心，但“山竹”在登陆点以东的大鹏半岛附近地区存在另一个更强的极大风速中心，过程最大风速也出现在附近的惠州沱泞列岛，录得最大阵风62.8 m/s，距离登陆点以东215 km。可见，“天鸽”极大风速的影响范围主要与其本身的强度有关，但从“山竹”存在两个极大风速中心表明，台风本身的强度只是影响极大风速范围的其中一个因素。

表1 台风“天鸽”和“山竹”登陆时的情况Tab.1 Overview of Hato and Mangkhut landing

3.2 台风登陆后强度的影响

台风登陆后强度减弱的快慢对大风维持时间的长短也有影响。“山竹”和“天鸽”都是以强台风级别登陆珠江三角洲沿海地区，从表1可以看到“山竹”登陆时中心最大风速45 m/s，中心最低气压935 hPa，而“天鸽”登陆时中心最大风速48 m/s，中心最低气压945 hPa，可见两者登陆时的强度相差不大。两者登陆后都是西北行，横穿粤西进入广西境内。其中，“天鸽”在登陆后不到3 h进入阳江境内时强度减弱为台风，随后在广东省境内维持在强热带风暴级别，强度迅速减弱填塞，导致台风大风影响时间较短和影响范围局限在登陆点以及移动路径附近。虽然“山竹”在登陆后3 h后在阳江西部地区减弱为台风级别，但随后在广东省境内的强度一直维持台风级别，强度减弱较为缓慢。同时“山竹”作为尺寸庞大的台风，其大范围的对流活动源源不断给台风提供动能，有利于台风大风对广东影响时间增长及大风影响范围的扩大。

3.3 地面气压场对台风大风提前影响广东的作用

台风大风不仅与本身的强度、结构有关，也与周围的环境流场分布密切相关。“山竹”在2018年9月15日进入南海后向西北方向移动，15日夜间到16日凌晨(图4)，“山竹”中心移至距离登陆点约600 km的南海海面上，此时广东为台风北侧的倒槽控制，而陕西关中一带和西北太平洋上都有一高压存在，随着“山竹”西北移近，同时关中地区的高压略有南压，两个高压中心与“山竹”相互作用导致广东南部的气压梯度明显增大，虽然此时台风本体尚在海上，广东沿海市县尚未进入台风的8级风圈半径，16日凌晨珠江口到粤东南市县已经录得大范围的8级大风，叠加台湾海峡的狭管效应，粤东沿岸还出现了小范围的10级大风，已提前“山竹”登陆17 h。随后大风范围逐渐扩大，风速逐渐增强，16日上午开始受“山竹”外围螺旋雨带影响，广东沿海风力显著加大，录得12级阵风。可见关中地区和西北太平洋上高压的维持与台风低压相互作用造成广东沿海地区气压梯度加大是大风提前影响的重要原因。另外从“山竹”靠近大陆到登陆后减弱期间，北方的地面高压维持，有利于广东沿海维持较大的气压梯度，导致大风的影响范围扩大和影响时间增长。同样“天鸽”于2017年8月22日早上进入南海后也是稳定西北偏西行，强度快速加强。不同的是8月22—23日我国东部处于气压的低值区内，华南地区的台风低压与从华南延伸到华北地区的低压槽打通连成一体且稳定维持，广东大部都处于均压场中，造成广东沿海地区的气压梯度力较小。23日凌晨，粤东沿海距离“天鸽”中心约200 km，即进入台风的8级风圈半径内，粤东沿海地区才开始录得8级大风，随着台风本体逐渐靠近，广东沿海的风力持续增长，在23日06时左右，受“天鸽”主体环流影响，部分站点录得阵风12级。

图4 2017年8月22日17时(a)和2018年9月16日02时(b)地面气压场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)

将“山竹”和“天鸽”登陆前的地面气压场进行对比分析发现，若在台风主体影响广东前，我国北方有高压存在，与台风低压相互作用造成广东沿海地区气压梯度力加大，有利于广东沿海提前出现大风，且扩大大风的影响范围。若台风登陆前我国华南地区为低压区，则不利于广东沿海地区的气压梯度加大，台风大风影响广东沿海的时间较晚，大风的影响范围也有所缩小，台风大风的影响时间主要与台风主体影响时间较为一致。

3.4 地形对台风大风的影响

虽然地形因素对台风天气过程的影响主要体现在降水的增幅作用，但是对台风大风的的分布同样不可忽视[8]。对比“山竹”和“天鸽”过程最大2 min平均风和最大阵风分布可以看到(图1、图2)，“天鸽”的过程极大风速强于台风近中心的最大风速。另外从地点分布上看，“山竹”和“天鸽”在登陆点附近都有一个极大风速中心，“山竹”靠近台风登陆点的最大阵风为江门新会54.6 m/s，但“山竹”在登陆点以东的大鹏半岛附近一带存在另一个更强的极大风速中心且为此次过程的最大阵风，惠州沱泞列岛录得62.8 m/s，距离“山竹”登陆点以东215 km，这与珠江三角洲的地形有密切关系。珠江三角洲地势总体呈北高南低，北部多起伏的丘陵山脉，南部为河谷平原，出现极大风速的珠江口两侧处于珠江三角洲的“喇叭口”内，当台风带来的大风从海面上吹向“喇叭口”时，形成狭管效应，因此出现了强于台风中心的风速。此外，由于“山竹”的大风风圈半径大且风速分布不对称，台风中心东侧的大风核更强，这个大风核经过的深圳沿海正好处在香港岛与巽寮湾之间形成的小“喇叭口”内，在珠江三角洲这个大“喇叭口”中叠加了一个小“喇叭口”，形成更强狭管效应，有利于加强东侧风速核。与“山竹”不同的是，“天鸽”的极大风速中心与登陆点和移动路径对应的非常好，10级以上的阵风主要集中在登陆点附近沿着移动路径右侧90 km的范围内，向外风速急剧减小。虽然“天鸽”的登陆点在珠海，“山竹”登陆点在江门，“天鸽”登陆点更靠近深圳惠州沿海一带，但是由于“天鸽”结构更为紧密，10级风圈半径在登陆时仅为80 km，“天鸽”的极大风速中心更靠近登陆点。因此即使两个台风在地形因素相同，登陆强度和移动路径相似的情况下，其极大风速中心的分布有所不同。可见，在考虑地形因素对台风大风的影响时，要结合台风本身的强度和结构考虑。

4 云图对比分析

卫星云图可以直观的反映台风的强度和结构变化以及台风云区的影响范围。“天鸽”登陆前西北侧云系发展较弱，随着近海加强，结构趋于对称。8月23日凌晨(即登陆前12 h)，“天鸽”环流云系开始上岸影响广东粤东，粤西的对流云系是原地生成(图5a)，对应粤东自动气象站开始录得8级风。23日08时(图5b)，即登陆前4 h，其本体和外围螺旋雨带影响了广东省中南部地区，可见光云图上台风中心可见小而圆的眼区，岩壁对流明显。“天鸽”登陆后中心填塞，台风眼消失，云系主要影响广东省。而从“山竹”登陆前的红外云图可以看到，“山竹”云系结构对称，环流庞大，其螺旋云区覆盖面积广。“山竹”在16日17时登陆，而其外围云系在16日凌晨就开始影响广东沿岸(图5c，登陆前17 h)，其云系覆盖了南海和广东大部，珠江口西岸在16日凌晨开始录得8级阵风，因此“山竹”起风时间较早。“山竹”登陆前7 h螺旋云带发展明显(图5d)，但眼区不清晰，云系较为松散，其外围螺旋雨带向北影响到江西、湖南中部地区，云区覆盖面积很大，可见台风体积较大。“山竹”登陆后强度缓慢减弱，这与“山竹”过程给广东省造成风力范围广、东西跨度大，持续时间长的特征是一致的。而“天鸽”结构较“山竹”更为紧密，体积较小，因此造成的极大风范围更为集中在登陆点附近，外围云系上岸时间偏晚，登陆后快速减弱，因此陆地起风时间较晚，大风持续时间较短。

图5 台风“天鸽”(a，b)和“山竹”(c，d)红外云图Fig.5 Infrared cloud image of Hato (a,b) and Mangkhut (c,d)

5 多普勒雷达基本速度对比分析

多普勒天气雷达的反射率因子产品可以有效地监测台风环流中的对流系统的强度，而基本速度产品则具有良好的测速能力，可以获取降水和降水云体中径向风场的分布情况，给台风大风的监测和预测提供参考[9-12]。从两个台风登陆前2 h的雷达组合反射率因子图可以看到(图6a、6b)，“山竹”回波范围较“天鸽”更广，在台风登陆前，“山竹”的大范围螺旋雨带就已经上岸影响大陆；“天鸽”结构更紧密、眼区更清晰，螺旋雨带的影响范围主要集中在眼区附近。

对比“山竹”和“天鸽”登陆前4 h时的珠海雷达0.5°仰角径向速度图(图6c、6d)，2018年9月16日13时，“山竹”此时距离登陆点约为110 km，雷达上已经可以清晰看到“山竹”环流的径向速度分布，台风眼区不明显，大风范围广，虽然“山竹”还未登陆，但是其大风核已经登陆上岸，大风影响时间早，风速的大值区主要分布在台风中心附近和台风的外围，大风半径达100～150 km。风速大值区分布不对称，台风中心右侧大风范围和速度极值都明显大于左侧速度，出现了大片的速度模糊，最大径向速度超过45 m/s。2017年8月23日08时30分，此时“天鸽”距离登陆点约为120 km，从珠海0.5°仰角径向速度产品上可以清晰看到台风眼，眼区附近的大风核明显比“山竹”的大风核小且结构对称，半径约为50～100 km，此时大风核位于海上，还未上岸，但风速极值较“山竹”大，达到50 m/s以上。对比自动气象站录得的实况与雷达观测的情况是一致的。可见，利用雷达的反射率因子和径向速度产品，结合台风的移向移速和自动气象站实况，可以在台风登陆之前估测其大风的影响时间、分布范围和风速大小。

图6 “天鸽”和“山竹”广东雷达组合反射率(a，b)和珠海雷达0.5°仰角径向速度图(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 结论

“天鸽”和“山竹”在生成源地、移动路径、登陆强度等方面都有相似之处，但两者带来的大风影响却不同。“天鸽”大风影响范围较小、影响时间较短，但极大风速较大。“山竹”带来的大风影响范围更广、起风更早、持续时间更长。分析其原因，有以下几个方面：

①台风大风的影响范围与台风本身的强度和结构密切相关，虽然“山竹”和“天鸽”都是以强台风级登陆珠江三角洲沿海地区，但“天鸽”同等级大风的风圈半径都远小于“山竹”，因此“天鸽”大风影响范围小于“山竹”。台风本身强度的变化对大风影响时间有重要影响，“天鸽”登陆后强度迅速减弱填塞，大风影响时间较短，“山竹”在登陆后强度减弱缓慢，大风持续时间较长。值得注意的是，“天鸽”和“山竹”除了在登陆点附近都有极大风速中心，“山竹”在远离登陆点以东还存在另一个更强的极大风速中心，可见台风本身的强度和结构只是影响极大风速范围和风速强度的其中一个因素。

②地面气压场对台风大风的提前影响起到了重要作用。在“山竹”主体影响广东前，北方有高压存在，加大了广东沿海地区气压梯度力，导致台风大风提前出现，且扩大大风影响的范围。“天鸽”登陆前华南地区为均压场，不利于广东沿海地区的气压梯度力加大，则台风大风影响广东沿海的时间较晚，大风的影响范围较小，台风大风的影响时间与台风主体影响时间较为一致。

③地形对台风大风的影响有重要作用。珠江三角洲“喇叭口”以及香港岛和巽寮湾之间的小“喇叭口”形成的狭管效应导致风速进一步加大。

④卫星云图可以直观的反映台风的强度、结构变化和台风云区的影响范围，从而对预测台风大风的影响时间和影响范围有一定的参考作用。而当台风中心进入雷达的监测范围时，雷达的反射率因子产品可以有效监控台风大风的影响范围和影响时间，径向速度产品可以估测台风大风的强度、影响时间和台风大风更精细的分布。