2024年3月13日发(作者：)
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第１ ９卷 第２期 ２ ０ ０ ２ 海 洋 预 报 Ｖ０Ｉ １ ９．Ｎ０ ２ Ｍａｖ．２ ０ ０ ２ 年５月 ＭＡＲＩＮＥ ＦＯＲＥＣＡＳＴＳ 第五讲 风暴潮预报技术（２） 上一讲作者概要地介绍了风暴潮经验预报方法，并较详细地介绍了台风风暴潮数值 预报方法中的诺模图方法。尽管诺模图方法是风暴潮预报的一种有用手段，但毕竟所能 查算的值仅限于一次台风过程的最大风暴潮值（Ｐｅａｋ Ｓｕｒｇｅ），而这对于反映一次风暴潮 在空间和时间上的变化是远远不够的。要做到这一点，只能由风暴潮数值预报方法来实 现。就世界范围而言，风暴潮数值预报方法已在实时预报中发挥了重要作用。 风暴潮数值计算必须给出计算域每个格点的气压值和风应力值。风暴潮模式（模拟 和预报）结果的准确度，决定性地取决于风暴气压场和风场模式的质量。限于篇幅，这 讲将只概要介绍台风风暴潮数值预报方法中的气压场和风场计算 温带风暴潮数值预 报方法中的气压场和风场计算是靠天气数值预报提供的，将在介绍温带风暴潮数值预报 一方法时一起介绍。 １台风气压场和风场的计算 １．１美国ＳＬＯＳＨ模式中的气压场、风场计算 ＳＬＯＳＨ（ｓｅａ，Ｌａｋｅ ａｎｄ Ｏｖｅｒｌｎｄ ａＳｕｒｇｅｓ ｆｒｏｍ Ｈｕｒｒｉｃａｎｅｓ）模式中气压场的计算： ｐ：＝－—ｅ￣ ＝｛ ） （０ ｒ≤Ｒ） （胁 （１） 丽Ｐ－ｅｏ＝１一号 ） ＪＤ为距台风中心ｒ距离处的气压 这里ＪＤ 为台风外围气压（正常气压），Ｐｕ为台风中心气压，Ｒ为台风最大风速半径， 美国Ｊｅｌｅｓｎｉｎｓａｋｉ博士等在所建立的ＳＬＯＳＨ模式中采用“模型飓风”进行风场的计 算。他首先假定静止飓风的对称风场分布为（Ｊｅｌｅｓｎｉｎｓａｋｉ ｅｔ ａｌ，１９９２）： 作者简介：王喜年（１９４０－）．男．研究员，主要从事风暴潮预报、预报技术研究与工程计算 熊：
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２期 知 识 讲 座 Ｈ ＝ ２ Ｒｒ 而对于圆形、对称的静止飓风而言， 其诸力处于平衡状态下的方程取如下形式：口 ｄ 芈： 一 ｄ ｓｍｇｏ （４） 警ｃ。印 ＋孚ｃｏｓ 軎ｓｉｎ ＋ 其中 为台风域中的气压分布， ● （５） 为经向风摩 ）为流入角（风向偏向台风中心与等压线切线方 向的交角）， ｒ）为风速， 为离飓风中心的距离，墨为切向风摩擦系数， 擦系数，厂为科氏参数，将（３）式代入（４）式和（５）式中，则这两个方程就可对Ｐ和 叠代求解，显然对于给定的台风中心气压 可以叠代出对应的台风最大风速 （这就 是说 和 不是相互独立的台风参数），由叠代出的 代入（３）式计算对称的台风风 场。 对于极坐标 ｅ）的情况，静止风暴的风矢量为： ’ （６） ＝ 研２Ｒｒ 在此基础上再考虑风暴移行的情况 设风暴向北移行，取０＝０为正东向，则移行 风暴对风矢量的订正值为： Ｒｒ ＝ ｅ （７ 其中 为风暴移速。 对移行风暴的海洋风场取以下形式： Ｗｏ＝ ＋ （８） 据此可计算出台风域每个格点的风速和风应力。Ｊｅｌｅｓｎｉａｎｓｋｉ风场的精髓是由给定的 经平衡方程叠代出 ，而不是其简单的风场表达式。Ｊｅｌｅｓｎｉａｎｓｋｉ风场计算的网格点 （单站）逐时风速相当于１０分钟平均风速（逐时风速取１０分钟平均风速是中央气象局 《地面气象观测规范》的规定）。 国内学者在采用这个风场计算时，都是简单化地从台风年鉴中读取 （１分钟平均 风速，相当于１Ｏ分钟平均风速的１．１７倍）后，就直接代入给定公式计算台风风场，这 是欠妥当的。 １ ２ ＦＢＭ模式中的气压场和风场计算
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海 洋 预 报 ９卷 王喜年等（１９９１，１９９７，２０００）建立了以５个子区域部分重叠覆盖整个中国海沿岸 海域的台风风暴潮模式，简称５区块模式（Ｆｉｖｅ Ｂａｓｉｎ Ｍｏｄｅｌ－ＦＢＭ）。 ＦＢＭ模式气压场的计算是选择下列两个公式（９）式和（１Ｏ）式嵌套来实现。 （Ｐ 一 （卜 ） （ ≤２Ｒ）（Ｔａｋａｈａｓｈ＿＇１９３９）（９） ：ｃ 一Ｐｏ）（１一丁：Ｆ ）＋尸 （２Ｒ ｒ 。。）（Ｆｕｊｉｔ￣ ，１９５２） （１０） 这里 为台风外围气压（正常气压）， 为台风中心气压，Ｒ为台风最大风速半径， 为距台风中心ｒ距离处的气压。上述两式是经采用无因次分析方法对５个应用较广泛 的台风域中的气压场分布公式进彳亍比较后而确定的 这两式在ｒ＝２Ｒ处是连续的，同时 公式的建立者也曾指出（９）式对刻画台风内域的气压场分布有较高的代表性，后者（１ｏ） 式对台风外域有较高的代表性。因此采用两者嵌套来计算同一个台风域中的气压场分布 是择优选择，实践表明也是成功的 ＦＢＭ模式台风域中的风场计算由两个矢量场叠加而成。其一是相对于台风中心对 称的风场，其风矢量穿过等压线指向左方，偏角（流入角）为２０。，风速与梯度风成比 例；其二是基本风场－假定其风速取决于台风移速 有几种常用的基本风场表示方法， 这里经比较后采用Ｖｅｎｏ Ｔａｋｅｏ（１９８１）的公式表示： ＝Ｖ￣ｅｘｐ（一手 ） ＋Ｖ，ｅｘｐ（一号 ） 【１１） 式中 、 为台风移速在ｘ、ｙ方向上的分量。若将坐标原点取在固定计算域，则 台风域中的风分布取以下形式： 一岫ｃ一号 一等＋— ２Ａ—Ｐ￣＿｝＿３ ×［０一ｘ，）ｓｉｎｑ￣＋ 一 ｃｏｓ￣］ （０－＜ｒ＜２Ｒ） （１２） ｅｘｐ（一号 ） ｛一手＋ ｝ ｘ［ 一ｘｏ）ｃｇｓ￣ｏ— — ）ｓｉｎ￣］（０－＜ｒ＜２Ｒ） （１３） Ｗ￣＝ＣＩ／．ｅｘｐ（一号 ） ｃ：｛一 ＋ ｝ ［ 一． ｓｉｎ尹＋ 一 ）ｃｏｓ纠 （２Ｒ ｒ 。。） （１４） ＿■———＿■西
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２期 知 识 讲 座 ｗｙ＝，ｅｌ ｃ音 ｛一争 （２Ｒ＜ｒ＜＿ｏｏ） ｝ （１５） ｘ 一 ｃｏ ＋ 一 ｓｉｎ州 式中Ａｐ＝Ｐ 一只代表台风中心气压示度，以ｈＰａ为单位：，和 以ｋｍ为单位 、 、 、 以ｃＩＴ 为单位。 ｒ＝√ｉ （１６） ＊、 代表台风中心位置，Ｐ 为空气密度 ０为流入角，ａ＝１．０，ｃ ＝Ｏ．８为常数，是 经大量对比计算后确定的 大量的风场计算表明，王喜年等所建立的模型气压和风场是成功的，并曾被国家海 洋局第一海洋研究所用于南海石油开发区海上气压场、风场以及浪、流和风暴潮的计算。 １９９７年被用于连云港核厂址可能最大风暴潮的计算，并被南京水利科学研究院用于连云 港核厂址台风浪的计算。图１给出了南京水利科学研究院对７７０８号和９４１５号台风期间 连云港和千里岩两个站计算风速和实测风速的比较（图１ａ、图１ｂ、图１ｃ）。由图中不难 看出，整个全过程两者吻合程度相当高。１９９９年又被用于广东阳江核厂址可能最大风暴 潮的计算，所建立的台风风场对南海台风空间和时间上的变化检验同样令人满意（图略）。 时间（ｈ） 图１ａ ７７０８号和９４１５号台风路径 图ｌｂ ７７０８号台风连运港和千里岩 计算风速与实测风速比较
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海 洋 预 报 ９卷 美国ＳＬＯＳＨ模式中的气压场、风场计算是依输入的０６小时为间隔的１３组台风参 数文件来实现的。这些参数包括：台风位置（纬度、经度），台风气压示度（ＡＰ＝Ｐ 一 ）， 台风最大风速半径 ＦＢＭ模式中的气压场和风场计算也是依据输入的０６小时为间隔的台风参数文件（不 限定】３组，具体多少组，可由模式计算者根据需要自行确定）来实现的。这些参数包括： 台风位置（经度、纬度），台风中心气压，台风最大风速半径 台风参数如何取值，请参考文献［９］９。 美国西北太平洋、大西洋飞机穿台风眼观测结果表明：台风越强（台风中心气压越 低），台风最大风速半径越小，最大风速半径随台风中心气压的升高而增大，而不是相 反（欲了解细节情况，请参考文献［１０］）。 台湾学者梁乃匡曾经指出：台风最大风速半径约等于台风７级大风半径的１／ｌ０。梁 是依据台湾一位姓王的学者（Ｗａｎｇ，１９７８）的统计结果说这番话的。不过梁同时指出， 台风参数中７级大风半径的观测值误差颇大 图１ｃ ９４１５号台风连运港和千里岩计算风速与实测风速比较 ２关于台风最大风速的最新统计订正结果 近来的研究表明，中国气象局出版的《台风年鉴》中晟大风速历史资料５０年代～ ６０年代比７Ｏ年代以后的资料明显偏大，陈锡璋（１９９２，１９９７）对此进行了分析论证。他 认为造成如此差异的原因是多方面的，但主要是非自然因子中的风速观测的时间间隔不 一致，观测方法的变更（包括仪器的更换和各种间接推算方法的变更）。他发现，尽管 《年鉴》中最大风速前、后年代间差异明显，但作为重要的自然因子的台风中心气压并 无相应的反应。按此他按纬度建立了中心气压与最大风速的经验关系，以７Ｏ年代以来 的关系为标准，将５Ｏ年代～６０年代各年的经验关系统～到７０年代～８０年代的平均经 ——＿————■两＿
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２期 知 识 讲 座 验关系的水平上来，从而消除了最大风速年代间差异的虚假部分。订正前５０年代～６Ｏ 年代（１９４９～１９６９年）台风最大风速极值为ｌ１Ｏｍ／ｓ，订正后为８５ｍ／ｓ；订正前台风最大 风速平均值为８６．Ｏｍ／ｓ，订上Ｅ后变为７０．６ｍ／ｓ。７０年代后（１９７０～１９８６年）《年鉴》中的 最大台风风速仅为８０ｍ／ｓ（但其台风中心气压却是全球创记录的，低达８７０ｈＰａ）。王喜年 认为，陈给出的订正结果很值得气象和海洋部门重视。同时也提醒人们，径自从《台风 年鉴》查得台风最大风速（不分年代差异）用Ｊｅｌｅｓｎｉａｎｓｋｉ方法计算台风风场是何等危险！ 在这里给出世界气象组织（ＷＭＯ）１９９３年的技术文件（ＷＭＯ／ＴＤ－Ｎｏ．５６０）中的 热带气旋强度的经验关系是非常有意义的（见表１）。从表中容易看出，对于同样的热带 气旋中心气压，大西洋气旋的一分钟最大平均风速大于西北太平洋．大西洋和西北太平 洋的最强热带气旋一分钟平均风速是１７０节（８５ｍ／ｓ），前者对应的气旋中心气压是８９０ｈＰａ， 后者对应的气旋中心气压为８５８ｈＰａ。该表中的结果也支持了陈锡章订正后所得出的结论。 这里的表１与参考文献【９】中的表１ ｃＩ数与最大持续风速和平均海平面气压的对应 关系（该表引自ｖ＿Ｆ Ｄｖｏｒａｋ，１９７３）略有差别，并且西北太平洋的差别大于大西洋。建 议读者采用本文表１的结果。 表１ 热带气旋现时强度与最大一分钟平均风速 和热带气旋中心气压之间的经验关系 注：此表引自ＷＭＯ／ＴＤ－Ｎｏ ５６０（１９９３）或中译本袭国庆等译（１９９５）；表中西北太平洋中心气压值引自 Ｓｈｃｗｅｈｕｃｋ和Ｗｅｉｒ（１９８０） ＿百 一一
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海 洋 预 报 １９卷 参考文献 ｆｌｌ Ｊｅｌｃｓｎｉａｎｓｋｉ，Ｃ ，Ｊｙ￣ｃｈｅｎａｎｄＷｉｌｓＯｎＡ ｓｈａｆｆｅＫ Ｓｅａ，Ｌａｋｅａｎｄ Ｏｖｅｄａｎｄ ＳｕｒｇｅｓｆｒｏｍＨＵｉ＇ＴｉＣ ＥｌｎｅＳ ＮＯＡＡ Ｔｅｃｈｎｉｃ Ｒｅｐｏｒｔ ＮＷＳ ４８，１９９２ ［２］王喜年。尹庆江，张保明中周海台风风暴潮预报模式的研究与应用术科学进展，Ｉ９９１，２（Ｉ）：ｌ～１０ 『３ Ｗａ３］ｎｇＸｉｎｉａｎ．ＹｕＦｕｊｉａｎｇａｎｄ＂ｆｉｎＱｉｎｇｉｉａｎｇ Ｒ．ｅｓｅａ￣－ｈａｎｄ丑ｐ一】ｃ蛐ｏｎｃｆｎｕｍｔｄｅａｌｍｏｄｅｌｓｏｆ ｐｈｔ）ｏ．ｎ ｓｕｒｇｅｉｎ Ｃｈｉｎａ Ｓｅａｓ ＭＡＵＳＡＭ Ｉ９９７，４８（４】：５９５－６０８ ［４】王喜年．于福江 尹庆江中国近海台风风暴潮预报模式的研究与应用海洋学报，２ＯＯＯ，２２（增刊） ３３】～３４３ 【５ｌ鞯镊章西北太平洋热带气旋近中心最大风速历史资料的订正热带气旋科学讨论会文集（Ｉ９９０）气象出版社，１９９２ 嘲陈锡章西北太平洋热带气旋强度的干气候特征海洋通报。１９９７，１６ ）：１６～２５ 口１ ｗＭＯ／１＂Ｄ－Ｎｏ ５６０ ＧＬＯＢＡＬ ＧＵＩＤＥ ＴＯ ＴＲ０Ｐ／ＣＡＬ ＣＹＣＬ０ＮＥ Ｆ‘）ＲＥＣＡＳＴ【ＮＧ １９９３ 『８】袭国庆菩译全球热带气旋预报指南气象｝ｆｊ版社．Ｉ９９５ ＿９９］王喜年．关于台风一些参数和其它参数的取值风暴潮。１９８２。２（总第１０期） ９７～ｌ叮 ［１ｏｌＮＯＡＡＴｅｃｈｎｉｃａｌＲｅｐｏｒｔＮＷＳ２３．ＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌＣｒｉｔｅｒｉａｆｏｒＳｔａｎｄａｒｄ Ｐｒ咄ｍ Ｈｕｒｒｉｃａｎｅａｎｄｐｒｏｌ￣ｂｌｅＭ￣ｘｉｍｕｍＨｕｒｉｒｃａｎｅ Ｗｉｎｄｆｉｅｌｄｓ，Ｇｕｌｆａｎｄ ＥａｓｔＣｏａｓｔｓ ｏｆｔｈｅＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓ １９７９．３Ｉ６ 。。＿一一一＿———＿＿＿ｉ霭■
