臺風(fēng)天兔登陸前后廣州白云機(jī)場預(yù)報偏差分析

臺風(fēng)天兔登陸前后廣州白云機(jī)場預(yù)報偏差分析

0熱帶洋面呈非鋒面性渦流的水動力特性熱帶雨林是世界上最具破壞力的天氣事件和自然災(zāi)害之一。它生成于熱帶或副熱帶的洋面。這是非線性旋轉(zhuǎn)，有組織地對稱，并確定為空氣和水的循環(huán)。我國是世界上受熱帶氣旋影響最嚴(yán)重的國家之一,熱帶氣旋登陸十分頻繁1天兔天兔2013年第19號熱帶氣旋“天兔”(英文名:USAGI)于9月17日02時(北京時,下同)在菲律賓以東的西北太平洋洋面上生成,之后在副熱帶高壓西南側(cè)東南氣流引導(dǎo)下以15～25km/h的移動速度向西北方向移動(圖1)。“天兔”生成后強(qiáng)度迅速加強(qiáng),于9月18日08時加強(qiáng)為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴,18日20時加強(qiáng)為臺風(fēng),19日14時加強(qiáng)為強(qiáng)臺風(fēng),19日20時加強(qiáng)為超強(qiáng)臺風(fēng),最強(qiáng)時中心最低氣壓值達(dá)915hPa,近中心最大風(fēng)速達(dá)60m/s(圖2),以強(qiáng)臺風(fēng)級別于22日19時40分登陸廣東汕尾,登陸后以20～25km/h的速度繼續(xù)向西北移動,強(qiáng)度迅速減弱,23日14時停編。中心結(jié)構(gòu)對稱緊湊,外圍云系已經(jīng)覆蓋湖南、湖北、福建和臺灣,隨著臺風(fēng)西移,外圍云區(qū)自東向西橫掃華南地區(qū)。22日14時前后,汕頭市澄海區(qū)萊蕪站點(diǎn)記錄到46.0m/s的風(fēng);汕尾市甲東測站記錄到70.4m/s的陣風(fēng),至少4個站點(diǎn)記錄到了17級及以上的陣風(fēng),10個站的最大2min持續(xù)風(fēng)在12級以上,同頂山雷達(dá)站記錄到58.3m/s的風(fēng)?！疤焱谩迸_風(fēng)登陸后維持偏西方向移動,中心先后經(jīng)過惠州、深圳、東莞、廣州4市?；葜荻嘧ｆ?zhèn)記錄到最大陣風(fēng)為45.4m/s,經(jīng)過東莞、深圳一帶時,位于中心東北側(cè)的龍門縣記錄得13級陣風(fēng)。進(jìn)入廣州時,最大陣風(fēng)為30.2m/s,出現(xiàn)在蘿崗區(qū)天麓湖。除大風(fēng)外,“天兔”還帶來了大范圍強(qiáng)降水,從9月22日23時54分廣東省雷達(dá)回波拼圖可以看出(圖略),臺風(fēng)眼墻區(qū)和外圍螺旋雨帶區(qū)雷達(dá)回波普遍達(dá)到40dBz,最強(qiáng)到60dBz以上。從9月22日08時—23日08時24h累積降水分布(圖略)可以看出,福建中南部、珠三角以及廣東東部都超過50mm,其中廣東汕尾到福建漳州沿海一帶在100mm以上,最大達(dá)242mm。22日16—17時揭陽惠來縣蜈蚣嶺的1h降水量達(dá)到188.5mm,24h降雨量達(dá)308.5mm,惠州惠陽的雞心石在20—21時也錄到了110.0mm的1h降雨量。22日11時—23日11時梅州八鄉(xiāng)24h降雨量達(dá)352.0mm,為“天兔”登陸過程中24h降雨量最大值。同時有至少12個站出現(xiàn)了250mm以上特大暴雨。2預(yù)報和實測的檢驗圖2為臺風(fēng)過境機(jī)場前后的2min平均風(fēng)向、風(fēng)速時間序列圖,從圖中可以看出,臺風(fēng)眼到達(dá)白云機(jī)場前,白云機(jī)場以西北風(fēng)為主,2min平均風(fēng)速為8～12m/s,最大陣風(fēng)為20m/s;23日凌晨以后,臺風(fēng)眼逐漸靠近白云機(jī)場,機(jī)場的風(fēng)力逐漸減小,23日04時39分—04時42分臺風(fēng)眼過境,白云機(jī)場的風(fēng)速為0。臺風(fēng)眼過境后,白云機(jī)場風(fēng)速逐漸增大至4～8m/s,最大陣風(fēng)為12m/s。臺風(fēng)到達(dá)白云機(jī)場前后,地面風(fēng)向變化為:西北風(fēng)—靜風(fēng)—西南風(fēng)—偏南風(fēng)。白云機(jī)場22日18時發(fā)布TAF報(TerminalAerodromeForecast,終端機(jī)場天氣預(yù)報),預(yù)報22日20時以后機(jī)場2min平均風(fēng)向為東北風(fēng),2min平均風(fēng)速為10m/s,23日00時風(fēng)速加大到15m/s,陣風(fēng)達(dá)25m/s,23日03—04時,臺風(fēng)眼達(dá)到機(jī)場,機(jī)場短時靜風(fēng),23日04時偏轉(zhuǎn)為東風(fēng),風(fēng)速為20m/s,陣風(fēng)30m/s,23日08時以后風(fēng)速減小為8m/s,陣風(fēng)15m/s。表1為實況和預(yù)報的2min風(fēng)速、2min平均風(fēng)向差異表。對比發(fā)現(xiàn),對“天兔”的路徑和移向移速預(yù)報準(zhǔn)確,準(zhǔn)確的預(yù)報出臺風(fēng)中心23日04時前后臺風(fēng)過境機(jī)場,預(yù)計大風(fēng)影響廣州白云國際機(jī)場時間(平均超過10m/s,陣風(fēng)超過17m/s)為23日00—08時,也與實況基本一致。平均風(fēng)向?qū)崨r與預(yù)報對比發(fā)現(xiàn),臺風(fēng)中心到達(dá)本場前,預(yù)報和實況均為西北風(fēng),臺風(fēng)眼到達(dá)本場后,預(yù)報本場東風(fēng),實況風(fēng)向為西南風(fēng)轉(zhuǎn)偏南風(fēng)。預(yù)報的平均風(fēng)和陣風(fēng)都比實況的偏大,尤其是臺風(fēng)眼過境后,預(yù)報23日00時以后風(fēng)速為15m/s,實況最大只有12m/s,兩者誤差為3m/s,臺風(fēng)眼達(dá)到本場后,實況風(fēng)速減弱明顯,最大風(fēng)速為8m/s,陣風(fēng)12m/s,而預(yù)報是臺風(fēng)眼達(dá)到本場后風(fēng)速會迅速加大到20m/s,陣風(fēng)30m/s,預(yù)報和實況出現(xiàn)明顯的差異。下面根據(jù)臺風(fēng)“天兔”登陸前后探空資料、風(fēng)廓線雷達(dá)和多普勒天氣雷達(dá)特征,探討臺風(fēng)的大風(fēng)影響機(jī)場預(yù)報可以改進(jìn)的地方。33.1臺風(fēng)沒有及時發(fā)力從清遠(yuǎn)探空的風(fēng)場時間序列圖來看(圖3),臺風(fēng)“天兔”登陸前,受其外圍環(huán)流影響,低層(925～700hPa)為東北風(fēng),高層(200～100hPa)為偏東風(fēng);臺風(fēng)登陸后,23日08時,清遠(yuǎn)站低層和高層(925～250hPa)轉(zhuǎn)為一致的東南風(fēng),但風(fēng)速變化不明顯。雖然探空資料可信度高,但由于清遠(yuǎn)探空站每日只探測3次,且時空分辨率不夠高,未能將臺風(fēng)水平和垂直風(fēng)場的結(jié)構(gòu)詳細(xì)展現(xiàn)出來。3.2風(fēng)廓線時間序列風(fēng)廓線雷達(dá)是通過向高空發(fā)射不同方向的電磁波束,接收并處理這些因大氣垂直結(jié)構(gòu)不均勻而返回的電磁波束來進(jìn)行高空風(fēng)場探測的一種遙感設(shè)備。風(fēng)廓線雷達(dá)利用多普勒效應(yīng)能夠探測其上空風(fēng)向、風(fēng)速等氣象要素隨高度的變化情況,具有探測時空分辨率高、自動化程度高等優(yōu)點(diǎn)自動觀測探測到23日04時39分—04時42分本場為靜風(fēng),此時臺風(fēng)眼恰好在本場。圖4是廣州白云機(jī)場風(fēng)廓線雷達(dá)探測的垂直風(fēng)場時間序列圖(由于服務(wù)器故障,23日03時10分—04時20分?jǐn)?shù)據(jù)丟失)?？梢?在臺風(fēng)眼到達(dá)本場之前6h,高層(4000～5000m)為偏東風(fēng),低層(0～1000m)為西北風(fēng),100m高度上風(fēng)速在10～20m/s之間。此時機(jī)場位于臺風(fēng)眼的西北側(cè),隨著臺風(fēng)眼區(qū)經(jīng)過本場繼續(xù)東移,04時40分之后,機(jī)場處于臺風(fēng)的東南側(cè),高層(4000～5000m)逐漸轉(zhuǎn)為西南風(fēng),低層(0～1000m)逐漸轉(zhuǎn)為偏南風(fēng),這與23日08時清遠(yuǎn)探空風(fēng)場分布一致。風(fēng)廓線雷達(dá)資料探測時空分辨率高、自動化程度高,但風(fēng)廓線雷達(dá)在強(qiáng)降水時存在問題,且是單點(diǎn)探測,無法對大風(fēng)進(jìn)行提前預(yù)報。在正面襲擊白云機(jī)場前后4h時間內(nèi),地面和機(jī)場上空的風(fēng)速曲線出現(xiàn)“V”型波動,即隨著臺風(fēng)眼區(qū)逼近機(jī)場時風(fēng)速減小,經(jīng)過3min靜風(fēng)后,風(fēng)速重新增大(圖5)。白云機(jī)場地面風(fēng)向轉(zhuǎn)變過程為:西北風(fēng)—靜風(fēng)—西南風(fēng)—偏南風(fēng)。從圖4風(fēng)廓線時間序列圖來看,在22日22時00分—23日01時20分期間,1000～3000m高度上有最大風(fēng)速區(qū),最大風(fēng)速為35～40m/s,即最強(qiáng)風(fēng)出現(xiàn)在臺風(fēng)眼區(qū)西北側(cè)80～100km的1000～3000m高度上,但在臺風(fēng)眼過境后其東南側(cè)對應(yīng)高度上卻沒有出現(xiàn)大風(fēng)區(qū),風(fēng)速僅為20～25m/s,說明“天兔”登陸后風(fēng)場的不對稱性迅速加強(qiáng),中心西北側(cè)風(fēng)明顯強(qiáng)于東南側(cè),從而導(dǎo)致臺風(fēng)眼經(jīng)過本場后,風(fēng)速沒有明顯增大。與典型臺風(fēng)低空風(fēng)場結(jié)構(gòu)3.3風(fēng)廓線和多普勒雷達(dá)特征對比圖6和圖7分別為9月23日03時50分、05時13分廣州白云機(jī)場多普勒天氣雷達(dá)回波強(qiáng)度和徑向速度圖。23日03時50分,臺風(fēng)中心位于白云機(jī)場的東南側(cè),白云機(jī)場盛行西北風(fēng),多普勒雷達(dá)徑向速度圖上出現(xiàn)了明顯的速度模糊區(qū),風(fēng)速最大值為35～40m/s,這與垂直風(fēng)廓線資料(圖4)臺風(fēng)西北側(cè)1000～3000m高度上最大風(fēng)度分布一致,即多普勒雷達(dá)和風(fēng)廓線雷達(dá)對風(fēng)場描述結(jié)果統(tǒng)一;23日05時13分,臺風(fēng)中心在本場西北側(cè),多普勒徑向雷達(dá)速度表現(xiàn)出明顯的氣旋特征(圖7b),也可以看到中心西北側(cè)的風(fēng)速比東南側(cè)的風(fēng)速明顯要大(圖7a),這也與風(fēng)廓線探測到的風(fēng)速分布基本一致。多普勒天氣雷達(dá)也反映臺風(fēng)風(fēng)場的水平和垂直精細(xì)特征。4強(qiáng)度預(yù)報的結(jié)果和結(jié)論1319號臺風(fēng)“天兔”正面襲擊廣州白云機(jī)場,通過探討臺風(fēng)“天兔”大風(fēng)對廣州白云機(jī)場的影響,得出以下結(jié)論:①對此次臺風(fēng)的移動路徑預(yù)報準(zhǔn)確,預(yù)報臺風(fēng)中心于23日03—04時過境白云機(jī)場,實況臺風(fēng)眼經(jīng)過白云機(jī)場時間為23日04時39—42分,兩者時間相差不到1h。②預(yù)計大風(fēng)影響廣州白云國際機(jī)場時間(平均超過10m/s,陣風(fēng)超過17m/s)為23日00—08時,與實況影響機(jī)場的時間段基本一致。③對比臺風(fēng)“天兔”影響機(jī)場的平均風(fēng)向和平均風(fēng)速的實況和預(yù)報發(fā)現(xiàn),臺風(fēng)眼過境機(jī)場前,預(yù)報和實況是一致的西北風(fēng),預(yù)報風(fēng)速為15m/s,實況最大只有12m/s,兩者誤差為3m/s,預(yù)報的風(fēng)速略大于實況。臺風(fēng)眼過境機(jī)場后,風(fēng)向出現(xiàn)了偏差,預(yù)報機(jī)場風(fēng)向為偏東風(fēng),實況為東南風(fēng)轉(zhuǎn)南風(fēng),預(yù)報的風(fēng)速大小出現(xiàn)了偏差,預(yù)報是臺風(fēng)眼達(dá)到本場后風(fēng)速會迅速加大到20m/s,陣風(fēng)30m/s,實況最大風(fēng)速為8m/s,陣風(fēng)12m/s。④通過分析發(fā)現(xiàn)風(fēng)廓線雷達(dá)和多普勒天氣雷達(dá)風(fēng)場資料可以很好的反映臺風(fēng)水平和垂直風(fēng)場的特征,二者對風(fēng)場分布描述基本一致,風(fēng)速最大值接近,且與清遠(yuǎn)探空風(fēng)場分布協(xié)調(diào)一致。雷達(dá)資料分析表明臺風(fēng)登陸后不對稱性明顯加強(qiáng),即臺風(fēng)中心西北側(cè)風(fēng)速比東南側(cè)明顯大很多,這使得臺風(fēng)眼過境本場后,風(fēng)速沒有明顯增大,風(fēng)力的非對稱結(jié)構(gòu)加強(qiáng)是造成臺風(fēng)眼過境