臺風“山竹”引致廣州白云機場極端大風分析

□ 民航中南空管局氣象中心 鄒宛彤 劉 峰 郭智亮 河源市氣象局 潘心順/文

在全球的熱帶氣旋生成區中，以西北太平洋頻率最高、強度最強。每年夏秋季，在西北太平洋熱帶氣旋登陸亞洲大陸的主要路徑上，廣東沿海受熱帶氣旋影響頻率最高、災害最重。在廣東沿海，95%的8級以上大風天氣是由熱帶氣旋造成的。珠三角位于廣東的中部，受熱帶氣旋的影響多出現在6～9月，且中部沿海受熱帶氣旋影響風速極值分布總體上呈從沿海向內陸迅速減小，西部略大、東部略小的特征。

2018年9月16日，臺風“山竹”于09∶00 Z前后在廣東臺山沿海海晏鎮登陸，造成暴雨、大風天氣。廣州白云機場位于我國廣東省中部，珠三角北部，每年華南后汛期受臺風影響較大。受“山竹”影響，廣州機場于16日04∶00 Z～17日00∶00 Z關閉，暫停該時段的所有航班起降。在航班運行中，臺風造成的大風天氣對飛機起飛、降落甚至路面航空器和人員的安全影響較大。因此討論臺風在移動、登陸的過程中對其影響范圍內的機場造成的大風影響十分重要。

本文利用NCEP再分析資料FNL 1×1，日本氣象廳熱帶氣旋最佳路徑，廣州白云機場天氣報告METAR報、AWOS自動觀測站數據、廣州白云機場C波段雷達等多源觀測資料，對臺風“山竹”造成的極端大風天氣進行分析。

臺風“山竹”概況

2018年第22號臺風“山竹”于9月7日世界時(下同)12∶00 Z在西北太平洋洋面(12.7 N， 165.4 E)上生成，然后一直沿副熱帶高壓(以下簡稱“副高”)南側偏東風氣流引導下向偏西方向移動，之后逐漸加強成超強臺風；16日09∶00 Z，第22號臺風“山竹”(強臺風級)在廣東臺山海宴鎮登陸，登陸時中心附近最大風力14級（45 m/s），中心最低氣壓955 h Pa。17日12∶00 Z，因難以確定其環流中心，中央氣象臺對其停止編號，其路徑及強度變化如圖1所示。

9月16日00∶00 Z“山竹”500 h Pa引導氣流（如圖2所示）為副高西南側的偏東南氣流，氣流流速極強，臺風從西太平洋西移過程中，其周圍除西南方向外都為15 m/s以上的強風區，且出現了風速大于25 m/s的急流區，登陸前最大風速大于40 m/s。這股急流由三股氣流形成，一股來自副熱帶高壓南側的偏東南氣流，一股來自孟加拉灣的西南季風，還有一股來自東亞地區向北的越赤道氣流。由于三股氣流的共同作用，臺風“山竹”在移動過程中迅速發展強大且移速快。

極端大風分析

（一）臺風“山竹”造成的地面大風

臺風“山竹”引起的大風具有范圍廣持續長的特征，香港、澳門、深圳、珠海普遍出現平均風13～14級，陣風16～17級，惠州的沱濘列島（59495）記錄全省最大瞬時風速62.8 m/s，珠三角沿海12級以上大風持續時間超過16小時。陣風最大的區域集中在珠三角地區，即珠江口東、西海岸。16日09∶00 Z左右登陸時，極大風力出現在登陸地點附近，臺山極大風速達40 m/s以上。16～17日風速極大值分布的大值中心卻并不完全位于登陸點附近，珠江口東西兩側海岸線均是風速極大值中心。

（二）臺風“山竹”廣州白云機場大風分析

廣州白云機場天氣報告METAR報中，15日的22∶00 Z開始，廣州白云機場已出現6級大風（11 m/s），07∶30 Z出現最大陣風（24 m/s）。6級以上大風持續至16日16∶30 Z，持續近20個小時。

表1：廣州白云機場AWOS自動觀測站各點極大風速和10分鐘最大平均風速

表2：廣州白云機場METAR及AWOS自動觀測站各測站陣風系數

因為METAR報文發布標準是自動觀測基準點每半小時發報時刻之前10分鐘平均風速和期間3秒內的最大陣風（超過平均風速5 m/s以上），因此在白云機場AWOS氣象自動觀測站中，非基準點和非觀測時間內測的風速有可能更大，報文不能全面表現其大風極端情況。廣州白云機場三條跑道（01、02 L和02 R）的頭（TDZ）、中（MID）、尾（END）三點均有測風儀，當天主導風向為北風轉東北風，機場運行為南頭起降，METAR報發布數據的基準點為02 L。因此將AWOS氣象自動觀測站中各測風儀逐分鐘的數據對大風進行精細化分析，可以更完整地分析其大風和陣風特征。如表1所示，極大風速為26.7 m/s，而10 min最大平均風為17.82 m/s，出現在01跑道的01-MID測站處。

（三）陣風系數

大風陣性特征是防災抗災和飛機起飛降落過程最為關注的破壞因子之一，通常以陣風系數來討論風的陣性特征。一般情況下，將持續時距小于3秒的風稱為陣風，定義最大陣風風速與最大10分鐘平均風速之比為陣風系數，即

G＝Vg/V

式中G為陣風系數，Vg為時距小于3秒的最大陣風風速，V為10分鐘最大平均風速。

9月16日，臺風“山竹”登陸當天，廣州白云機場METAR報文的陣風系數計算為1.41，而廣州白云機場三條跑道各測風儀的陣風系數也不相同，跑道頭、尾的陣風系數平均1.54，已基本接近深圳沿海測站受熱帶氣旋的陣風系數的1.61平均值。

（四）多普勒雷達速度圖演變特征

廣州白云機場多普勒雷達速度圖（見圖3）顯示。16日04∶00 Z，從仰角1.2徑向速度圖，圖3（a）出現二次速度模糊，最大徑向速度大于50 m/s，強風中心出現在臺風中心右前方。07∶00 Z（圖3（d）），開始徑向速度略有減弱，僅有一次速度模糊，最大徑向速度約為50 m/s。09∶00 Z（圖3（f）），最大雷達徑向速度的風向發生明顯偏轉，此時臺風于廣東臺山登陸。11∶00 Z（圖3（h）），在臺風右半圓區域再次出現二次速度模糊，此時臺風中心右后方的風速大于右前方，臺風中心右后方的速度模糊區域也說明臺風登陸后珠江口東側出現大風區。從雷達速度圖上也可以看出，受臺風影響的強風范圍非常大，整個廣州機場為圓心的125 km范圍基本都處于速度模糊區域。且臺風“山竹”造成的最大風速區在珠江口兩側，這也與上文分析的觀測站風速極大值區域一致。

臺風“山竹”大風的動力診斷

（一）氣壓梯度項

登陸前，氣壓梯度大值區分布在第二和第四象限（見圖4（a）），在前進方向的右后方，與當時珠江口東側的大風一致。隨著臺風靠近廣東沿海，臺風強度減弱，氣壓梯度減小。登錄后，臺風中心附近的氣壓梯度顯著減小。其大值區仍分布在第二和第四象限（見圖4（b）），這也與當時珠海、臺山附近的大風一致。以上分析可知，氣壓梯度的變化與地面大風的變化有很好的一致性。

（二）渦度項對大風的影響

臺風的典型特征是渦旋結構，因此渦旋風是臺風的基本風場，也是產生風暴潮和陸面大風的重要風場。對于氣旋式環流，渦度越大，其中心的風速越大，渦度場大小反映了氣旋的強度。臺風登陸后，渦度場的中心已經移到大陸，來到珠江口西側，這也與臺風造成的廣東省沿岸的大風區對應。但渦度中心區偏南偏西，與大風的分布并不完全一致（見圖5所示），且無法解釋珠江口東側的大風區。

（三）散度項對大風的影響

從登陸前后散度場特征（圖6）可以看到，在登陸之前16日06∶00 Z，臺風中心的西北方向，即臺風移動的方向有明顯的輻合大值區，輻合大值區的西北側是輻散的大值區，氣旋傾向于向移動方向前側氣體的輻散區移動。且兩邊散度等值線梯度差別不大，故在中心兩側均有氣體向臺風中心輻合，這也與臺風造成了大風區呈帶狀相似。而登陸后，臺風中心的左右兩側均出現輻合大值區，左側更大，但中心輻合程度明顯下降，這也表示了臺風登陸后，臺風眼受到填塞。珠江口西側的散度等值線更密，這也與前文地面風場觀測事實一致。

結論：

1.臺風“山竹”移動路徑穩定，強度強、發展快。登陸過程造成了地面風具有范圍大、極值大、影響時間長的特征。

2.廣州白云機場因此遭受長時間大風和陣風影響，此次臺風登陸期間METAR報中陣風系數為1.41，各跑道的兩端陣風系數平均值為1.54，已基本接近深圳沿海測站受熱帶氣旋的陣風系數1.61平均值。廣州白云機場多普勒雷達速度圖像展示臺風“山竹”登陸過程中強風范圍非常大且最大風速區在珠江口兩側。

3.通過對臺風“山竹”的動力診斷可知：（1）氣壓梯度項的大值區和變化與大風的大值區與變化有很好的一致性；（2）臺風登陸后，渦度場的中心移向珠江口西側，這也對應了臺風登陸后珠江口西側出現的大風區；（3）散度場不僅反映臺風移動發展的趨勢，而且散度梯度大值區與大風區配合較好。

本文基于多種觀測數據，分析了臺風“山竹”登陸過程中造成的極端大風的分布特征及其動力成因探討。但由于是個例研究，所得出的結論有待于在更多實踐中得到驗證，總結大風預報思路，提高臺風天氣下航空氣象服務質量，助力民航運輸高效、安全運行。