台风大风半径业务产品的应用简析

李泳泽，程正泉，郭春迓，邓文剑

（1.汕尾市气象局，广东汕尾 516600；2.广东省气象台，广东广州 510640）

热带气旋（tropical cyclone，简称“台风”）常常给我国带来较大的经济损失和人员伤亡，主要致灾影响因子有风、雨、浪、潮［1-3］，其中大风的破坏性影响有时相当突出。华南地区已有多位学者对影响台风的特征、降雨等进行深入研究［3-9］，但对台风大风分布及防御的研究文献则相对少一些。沿海地区气象台站在预报服务中，非常关注台风大风的分布及防御情况。2013年9月在广东汕尾登陆的1319号台风“天兔”在汕尾市导致了全市性的12级以上大风，阵风达17级［10］；2013到2018年，共有 6个台风在汕尾市造成了12级以上的阵性大风天气，平均每年1个。台风风力分布具有一定的规律性，向纯怡等［11］利用多平台热带气旋表面风场资料分析台风结构，指出台风的最大风速半径（Rmax）与台风强度之间存在一定的线性关系且在不同区域具有不同的分布特征；阮惠华等［12］以台风风力和影响半径尝试构建台风缓冲区分析模型和台风风圈影响区域。通过对台风大风半径的评估，可加强对台风结构的认识，并应用指导于防风减灾。

1 台风大风半径业务产品

目前在国内外台风预报业务中，台风大风半径业务产品为常规产品。各机构、中央气象台发布7级（≥30 kt，对热带风暴（TS）以上台风分析）、10级（≥50 kt，对强热带风暴（STS）以上台风分析）和12级（≥64 kt，对台风（TY）以上台风分析）大风半径。日本气象厅（JMA）发布7级（gale area，又称为烈风圈）和 10级（storm area，又称为暴风圈）大风半径。美国联合台风警报中心（JTWC）发布8级（≥34 kt，对 TS以上台风分析）、10和12级大风半径，并发布5 d预报时次风圈半径。广东省气象台（GDMO）则发布6、7、8、10级大风实况半径以及预报时次的大风风圈半径。另外，在各机构中，风圈半径的切分存在差异，中央气象台分为4个象限分别分析其相应大风半径值；美国联合台风警报中心类似；而日本气象厅分为半圆半径值；广东省气象台则为等圆半径值。各机构均以图形化方式在台风路径图上显示大风半径产品［13-15］。

当台风位于大洋洋面时，由于海洋监测资料的缺乏，台风大风的监测实况通常是基于气象卫星资料对台风强度和对流云形等的判断，从而得到的存在一定经验判断的值，使用时需要注意。

2 大风半径产品的应用

2.1 应用风圈产品解析“危险半圆”

依照“半圆效应”［16］说法，传统所说的“危险半圆（dangerous semi-circle）”，是指北半球台风前进方向的右侧，即台风与副高之间的气压梯度密集区，在此侧台风大风的强度较强，半径也相对较大；而在台风前进方向的左侧为“可航半圆”，此侧气压梯度密集程度稍逊，大风强度略弱，台风大风半径也相对较小，台风风场因此形成了不对称结构。

当台风近岸时，根据沿海或浮标的实测情况，能验证这一点。以1604号台风“妮妲”为例，该台风并未直接登陆汕尾市，但处在台风前进方向右侧的汕尾市，遭受了12级以上的大风袭击，其风力影响甚至显著大于台风登陆地的深圳市（图1）。

图1 1604号台风“妮妲”2016年8月2日00：00的台风实时定位、风圈产品及广东测站大风实况

选取2012—2018年进入华南周边区域（13°N—28°N，108°E—123°E）范围的 60个台风（不含热带低压（TD）），由于目前我国热带气旋最佳路径集未提供大风半径资料，故根据同时期美国国家环境预报中心（NCEP）的热带气旋最佳路径集的大风半径资料进行统计，如表1所示。

表1 华南周边区域（13°N—28°N，108°E—123°E）2012—2018年不同象限台风风圈统计

1）该区域内台风生命史中，平均的最大大风半径所处象限依次为NE＞NW＞SE＞SW。由于域内台风多以西行或西北行为主，符合“危险半圆”经验。

2）所有个例中，NE和NW两个象限（即北半圆）的大风半径为最大，或并列为最大的共49例，大风半径北半圆＞南半圆的比例达82%（49例／60例）。

3）对各台风个例逐个、逐时次分析，80%以上的个例中，最大大风半径所处象限处于TC前进方向的右侧。

由于台风的结构和强度存在个体差异，因此其大风分布不同，业务使用中要注意台风风圈产品分析是否与大风实际分布存在较大偏差，必要时应当根据可信的观测数据加以订正。特别当台风近岸临近登陆时如突然增强或减弱，其风圈大小可能会发生突然变化（收缩或扩大），此时要留意做好台风大风的短临订正预报。

2.2 应用阵风系数，通过风圈产品评估阵风大风范围

台风大风半径产品中所指的风力为平均风，而非阵风。沿海台站在台风业务服务中，既注意平均风的大风影响，也关注阵风大风的影响。可通过阵风系数（阵风与平均风的比值）来简单估算平均风和阵风的对应关系，利用大风半径产品评估瞬时大风的半径范围，预判阵风大风的影响。

从广东地区的自动气象站测风数据和沿海风电项目测风塔的测风数据等的普遍统计情况［17-18］来看，广东省的阵风系数一般在1.2到1.6之间，个别测站的阵风系数可达1.8以上。在台风影响期间，大风的阵风系数有时还会更高。沿海台站采用风圈产品进行评估时，为简化起见，本研究采用1.6的阵风系数换算平均风大风阈值对应的阵风大风，如表2所示。

台风风圈产品的6、8、10和12级大风半径，近似可推定为台风阵风大风8、10、11、13和16级的半径，也就是阵风的估算等级，比平均风大3级左右，风力等级越高，极大阵风越强，这符合沿海台站在台风过程服务中的预报和实际观测结果。

表2 采用阵风系数1.6换算的平均风大风阈值和对应的阵风大风情况

3 台风大风的精细化预报

美国目前在台风预报产品中直接提供5 d的台风风圈预报［13］，日本则在台风路径的5 d预报中，对STS以上的台风，将预报台风中心的70%概率圆外围叠加10级大风半径的区域划定为“暴风警戒域”，提醒在该范围以内，可能出现10级以上的大风［15］。中央气象台目前没有台风风圈预报产品，仅实时分析风圈半径。

近年来，由于技术进步，我国的台风路径24 h预报平均误差明显缩小，目前大致稳定在60～80 km范围内［19］。据此，沿海台站可利用台风的风圈产品，结合台风路径的概率预报［20］，实现对台风大风影响的精细化预报。由于风圈产品仅在台风位于海面时有效，需特别留意内陆台站不能直接照搬套用风圈产品。

通常情况下，台风未来2 d内的实际位置，不会超出路径概率预报的70%概率圆，故可将台风大风半径叠加于概率圆上，来估计潜在的台风大风影响范围。只要台风没有发生强度和路径的突变，沿海台站就可以做出定点、定时、定级的精细化大风预报。这对台风登陆前沿海台站的精细化预报和实时预警具有非常重要的实用意义。

以1822号台风“山竹”影响汕尾为例。“山竹”2018年9月15日14：00（北京时，下同）的实时风圈分析和路径预测图如图2所示，汕尾市台据图预判“山竹”可能从汕尾以南约（250±130）km的海面掠过，考虑到70%概率圆的偏差，加上“山竹”的风圈特别大（10级风圈达200 km，10级风圈内沿海阵风可达13级以上），立足于预报偏差和“从最不利情况出发”的防灾考虑，判断“山竹”将给汕尾沿海带来11～13级阵风的严重影响（需发布台风橙色以上预警）；并给位于陆丰碣石近岸的陆丰中广核电厂（115.81°E，22.75°N附近）专业气象用户提供了定点、定时、定级的台风大风精细化预报（表3）。

图2 2018年9月15日14：00“山竹”台风实时风圈分析和路径趋势预测图

表3 汕尾市气象台为陆丰中广核电厂专业用户提供的“山竹”阵风大风精细化预报

实况检验如表4所示，汕尾市台的精细化预报和台风预警获得较好的防御效果。可见，基于台风来袭前约1 d时间的台风风圈和路径趋势预测产品，沿海台站能提前对本地的台风大风影响情况做出精细化预报，并据此及时发布、升级台风预警信号。

表4 台风“山竹”过程中，汕尾市和陆丰中广核的台风预警发布情况和大风实况

4 结论

1）利用台风大风半径产品（或称风圈产品），可确定台风大风分布特征，应用于防风减灾。此类产品仅适用于海面和沿海，不适用于内陆。

2）通过对近年来华南周边区域（13°N—28°N，108°E—123°E）的台风大风半径资料统计，验证了“危险半圆”的经验说法，证明在这一地区，台风前进方向右侧的北半圆大风半径往往更大，大风更具威胁。

3）使用阵风系数可简单推算台风的阵风大风分布情况，通常可近似推定台风阵风比平均风大3级左右。

4）沿海台站可利用台风风圈产品，结合台风路径的70%概率预报，以大风半径叠加预报概率圆的思路实现台风大风影响的精细化预报，从而指导台风预警的升级或变更。这在近年的强台风影响过程中有较好的实例验证。