Tropical Cyclones “Hato” and “Mangkhut” Atmospheric Wind Field Processes Changes and Structure Comparative Analysis
This study uses tropical cyclone databases released by the Hong Kong Observatory (HKO), meteorological data from various stations in Hong Kong, Doppler radar echo images, weather radar echo images, and infrared satellite images from the Japan Meteorological Agency’s Himawari-8 satellite to compare and analyze the atmospheric wind field changes of tropical cyclones “Hato” and “Mangkhut” that seriously affect the southern coast of China. The results indicate that the circulation of “Hato” is so tight and energy is concentrated with a relatively small range impact on the atmospheric wind field, a short duration, and a larger maximum wind speed. The circulation of “Mangkhut” is broad. After landing in the northeast of the Philippines, the core convective energy is dispersed 100~150 kilometers away from the center of the cyclone, which has a larger range impact on the atmospheric wind field and a long duration, but the maximum wind speed is relatively small. The reason for the difference is that “Mangkhut” has already developed and matured in the ocean, and has expanded through the central circulation of eyewall replacement; however, the development time and space of “Hato” entering the South China Sea at a lower intensity are limited, but due to it making no landfall and weakening before approaching the Pearl River Delta, the core area has further developed.
Tropical Cyclones “Hato” and “Mangkhut”
热带气旋是地球上最具破坏性的极端天气事件和自然灾害之一,它生成于热带或副热带洋面上,是具有组织的对流和确定的气旋性环流的非锋面性暖心结构涡旋的统称。本研究分析两个已被除名的且严重影响珠三角沿岸地区的热带气旋的大气风场过程变化及其精细结构对比,它们分别是1713号超强台风(修正后,修正前强度定为强台风)天鸽和1822号超强台风山竹;两个超强台风的吹袭均为该区带来严重影响。
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
依照“半圆效应”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
利用卫星云图数据可以直观的反映热带气旋的强度、结构变化和云区的影响范围,从而对预测其大风的影响时间和影响范围有一定的参考作用。而当热带气旋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其大风的影响范围和影响时间,径向速度产品可以估测其大风的强度、影响时间和大风更精细的分布
数据选自香港天文台发布的热带气旋数据库,香港各站点气象数据,多普勒雷达回波图像,天气雷达回波图像以及日本气象厅向日葵八号卫星的红外线卫星图片。海平面气压及地面风资料是根据香港天文台气象站及测风站网络所取得的数据。热带气旋“天鸽”和“山竹”每六小时位置,连同当时的最低中心气压及最高持续风速也在数据内。
由于南海北部海水温度较正常偏高,天鸽横过南海北部期间显著增强,在香港以南水域更短暂发展为超强台风。热带低气压天鸽于8月20日晚上在高雄之东南偏东约740公里的北太平洋西部上形成,大致向偏西方向移动,横过吕宋海峡,8月22日进入南海东北部,并增强为台风及采取西北偏西路径移向广东沿岸。8月23日天鸽趋向珠江口一带及进一步增强,早上在香港以南海域发展成为超强台风,达到其最高强度,中心附近最高持续风速估计为每小时185公里。正午过后天鸽在澳门及珠海附近沿岸登陆(登陆前后路径如
热带低气压山竹于9月7日在关岛以东约2330公里的北太平洋西部上形成,随后数天迅速向西移动,并逐渐增强,于9月11日发展为超强台风。山竹在9月14日转向西北移动,在登陆吕宋前达到其最高强度,中心附近的最高持续风速估计为每小时250公里。山竹横过吕宋北部后减弱,并继续迅速以西北路径横过南海北部,移近广东沿岸。山竹在九月十六日上午减弱为强台风,黄昏前在广东台山附近登陆,随后移入广东西部及进一步减弱(登陆前后路径如
流广阔、风力强劲、移动迅速,加上其特别的风力结构,为珠江口沿岸带来破坏性风力和破纪录的风暴潮,并造成广泛及严重的影响。
如
热带气旋“山竹”环流广阔,中心风力在登陆吕宋岛东北部后有所减弱,但其外围螺旋雨带仍保持良好的对流,因此烈风圈及暴风圈半径均较前者影响范围更广,如
方法一:(香港天文台气象站数据最后达到各级阵风的时间–最初达到各级阵风的时间)
如
台风编号 |
中心最高持续风速 |
烈风圈半径/km |
暴风圈半径/km |
飓风圈半径/km |
1713天鸽 |
185公里/小时 |
280 |
80 |
50 |
1822山竹 |
180公里/小时 |
400 |
200 |
80 |
台风编号 |
烈风/h |
暴风/h |
飓风/h |
1713天鸽 |
14 |
11 |
9 |
1822山竹 |
30 |
23 |
21 |
台风编号 |
八号烈风或暴风信号/h |
九号烈风或暴风风力增强信号/h |
十号飓风信号/h |
1713天鸽 |
12 |
6 |
5 |
1822山竹 |
28 |
12 |
10 |
方法二:(香港天文台预警信号持续时间)
如
台风编号 |
烈风/h |
暴风/h |
飓风/h |
1713天鸽 |
10 |
4 |
3 |
1822山竹 |
26 |
12 |
9 |
如
台风编号 |
最高阵风km/h (风向,HKT) |
最高每小时平均风速km/h (time) |
1713天鸽 |
昂坪224 (E, 2017, 23/8, 11:07) |
昂坪131 (ENE.23/8.11:00) |
1822山竹 |
大老山256 (ENE.2018.16/9.10:33) |
横栏岛158 (EN.2018.16/9.11:00) |
如
如
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预测其大风的影响时间、分布范围和风速大小。
如
热带气旋“天鸽”和“山竹”在生成位置(均在菲律宾以东的太平洋生成)、移动路径(受副热带高气压带控制,移动方向始终偏西)、登陆地点(珠江口西岸)及强度(靠近珠江口时风力达到超强台风下限)都有相似之处,但是两者造成的大气风场变化及精细结构却有明显差别。
“天鸽”自身环流紧密且能量集中,对大气风场影响范围相对较小(暴风圈半径约80公里),持续时间较短(暴风仅持续约4小时),风速极大值较大;“山竹”环流广阔,登陆菲律宾东北部后,核心对流能量略微分散至气旋距离中心100~150公里,对大气风场影响范围大(暴风圈半径约200公里),持续时间长(暴风持续约12小时),风速极大值相对较小。
“天鸽”这类热带气旋在进入南海以后继续近岸增强,但发展时间空间受限,外围云系在发展过程中就受到地面摩擦力影响而减弱,而核心区在登陆前仍持续发展并集中能量,因此其云系结构决定了登陆前风力在短时间内急速增强,突然到来的猛风容易让群众触不及防;“山竹”属于远洋气旋,在菲律宾以东海域已经发展得相当成熟,并且经过了眼壁置换过程,核心区进一步扩张,在广阔的洋面吸收了足够的能量,这类热带气旋影响持续时间很长,造成的灾害会有叠加效应,需要群众长时间保持警惕,以防范其大风可能造成的危险。