引言

热带气旋(TC)强度及结构与造成影响的大小有直接关系(陈联寿等，1979)。许映龙等(2010)研究指出与TC路径预报相比，过去20年来，全球TC强度业务预报进展都非常缓慢，目前业务预报中广泛应用的方法主要是一些气候持续法和统计动力模式。由于观测资料缺乏，对TC强度变化的物理机制认识不够深入，近海及登陆TC强度变化受地形等下垫面情况变化影响而变得异常复杂，60%以上减弱，但也有TC强度增强的(于玉斌等，2006；高拴柱等，2012)。对于TC强度预报，首先是TC强度的确定(雷小途，2001)。通常台风强度是根据卫星云图分析来确定的，也就是Dvorak定强技术(Holland，1993)。该方法是一种基于台风对流云型，台风眼的形状、台风中心与浓密云区的相对位置，以及外围螺旋云带和中心强对流云带等特征的判断和一系列规则基础上，利用可见光和红外云图进行TC强度估计的统计方法。在全球TC业务中Dvorak定强技术被广泛应用，但其在实际应用中很大程度取决于预报员的经验和主观判断(Chen et al，2011)。余晖等(2006)，余锦华等(2012)分析了热带气旋强度资料的差异性，从气候持续法的角度对定强提出了订正。梁进等(2010)对比了中美两套不同时期的资料，得到Dvorak技术和飞机探测技术同时使用时，两者相差最小。

近海及登陆TC的定强和强度预报准确性直接影响风雨预报和防灾减灾，TC进入近海或登陆前后，观测手段更加丰富，把多源观测资料用于台风强度的确定和预报，使近海和登陆台风定强技术和强度预报更加准确(张勇等，2011；张玲等，2013；吴雪等，2013)，如把雷达回波资料应用到台风定强等的尝试(刘丽君，2003)，预报业务实践中一直有这样的尝试(钱燕珍等，2013)。

2012年第11号强台风海葵(Haikui)8月3日08时在日本冲绳县东南约1360 km的西北太平洋洋面上生成，5日17时加强为强热带风暴，6日17时加强为台风，7日14时加强为强台风，8日凌晨3时20分在浙江省象山县鹤浦镇登陆，登陆时中心气压965 hPa，近中心最大风力14级(42 m·s^-1)，8月9日12时在安徽省境内减弱。这个台风有近海急剧加强的特点(于玉斌等，2008)，7日12时，近中心最大风力从35 m·s^-1，增大至40 m·s^-1，然后17时增强到48 m·s^-1，短短6个小时增加了13 m·s^-1，中心气压由965 hPa减少到了945 hPa，增强非常剧烈。美国联合台风警报中心(JTWC)和日本台风东京台风中心(RSMC Tokyo)的定强，最强的时候都是33 m·s^-1，是台风级别的强度，明显小于中央气象台发布的强度级别。表 1是这两个中心和中央气象台关于“海葵”登陆前后各个时次的定强。从7日08时到8日20时，中央气象台的定强大于其他两个中心的定强，同一个时次台风定强相差最大时达15 m·s^-1，差距非常大。从2012年截至9月的中央台台风业务定强看，1208、1209、1210和1214等热带气旋都有近海急剧加强的现象，尽管这三家的定强也有一定差异，但差异不大，其中1208、1209和1214定的最强的都是美国，这与美国定强的标准是1 min平均最大风速有关(Chen et al，2004)。由于中国和日本的定强标准分别是2和10 min最大平均风速，通常来说同一个台风、同一时次定强美国会偏大，中国其次，最小的是日本。那么为什么“海葵”近海后定强差异如此之大，到底哪家更合理一些？因此有必要利用实测资料进行检验。

本文试图从“海葵”登陆前后多种观测资料分析“海葵”的强度。并用风场的垂直剖面、时间动态论证登陆和登陆前后这些资料对台风强度的确定有参考价值。

1 资料

本文所使用的观测资料主要包括：卫星云图、雷达回波、自动站资料、风廓线雷达资料以及凉帽山高塔资料，这些资料部分是本地的高密度、高频率的观测。

自动气象站主要是宁波的沿海和海岛站，舟山和台州的部分海岛站等，时间间隔有逐分钟和逐小时资料。数据质量控制，国家基本站和国家一般站均按照《地面气象观测规范》的要求进行；无人值守常规中尺度站，主要通过采集系统的阈值限制以及特殊情况下的人工判别检验等方法。风速最大的两个站东矶和大陈岛，东矶距离大陆海岸线约33 km，岛走向总体呈东西向。自动站虽位于次高山头(稍高一点的山头位于其西边)，但仰角小，完全符合观测规范。大陈站距离大陆海岸线约23 km，岛的走向总体呈NNE—SSW走向，观测环境除位于其西南方的望夫樵山，小小扇形的仰角约4°外，其他方位几乎无阻挡。

宁波境内只有一座边界层风廓线雷达(图略)，根据中国气象局和浙江省气象局的观测要求目前采用低模式和高模式的扫描方式，探测高度在96~3273 m(相当于700 hPa以下)，共52层。

凉帽山高塔气象观测系统位于宁波市大榭开发区凉帽山岛(图略)，利用宁波至舟山220 kV高压输电塔，建在最高370 m输电高塔上。凉帽山高塔气象梯度观测系统自下而上共有17套气象观测设备，从地面到高空形成了9个层面的观测，能同时开展气温、湿度、二维、三维风速风向、水汽、二氧化碳等气象要素的监测，能够捕捉到高空320 m以下的气象要素的连续变化。我们对其数据进行了简单的质量控制，包括临近站点的时空一致性检查，异常点剔除；缺测点在绘图时采用上一个时次观测数据代替等方法。

文中提到的各观测站的位置、海拔高度和使用的观测仪器如表 2所示。

2 登陆点附近的风场变化

把离登陆点较近，但又有分钟资料的石浦气象站和宁海气象站资料，做2 min平均风速和本站气压的时间动态序列(如图 1)。石浦气象站风速在登陆前跳跃性增大，之后迅速减小，然后再增大，再缓慢减小。“海葵”登陆前8日01时，石浦气象站最大平均风速达到了38 m·s^-1，之后风速迅速减小，最小出现在8日03时17分和5时16分前后，风速接近5 m·s^-1。本站气压呈明显的V字型分布，最低值出现在8日03时07分前后，再加上风向的观测结果，可见台风中心确实在附近经过。

石浦西略偏北的宁海站，风速也有一个强劲增大，迅速减小，再增大后慢慢减小的过程。风速最大值相对较小只有21 m·s^-1。宁海是8日07时52分出现了最小风速，接近静风，本站气压最低出现在04时20分前后。这些表明台风登陆后向西偏北方向移动，眼区扩大，强度明显减弱。

统计出现14级以上阵风的沿海自动站和海岛站极大风速出现时间，由南到北先后出现，最南的大陈岛是7日22时出现，东矶、杨柳坑出现的时间是7日23时，檀头山、石浦出现的时间是8日00时，南韭山最晚是8日01时，这说明“海葵”移近近海后，移向偏北分量增多，强度非常强，同时也印证了7日20时以后，中央气象台的定强明显大于其他两个中心的定强(如表 1)有一定的合理性。

杨柳坑8日03时的2 min平均风速是2.1 m·s^-1，风向是北北西，所以03时20分中央气象台定在杨柳坑所属的象山县鹤浦镇登陆与实况是相符的。

3 台风海葵登陆前后的观测分析 3.1 云图分析

选择JTWC、CMA、RSMC Tokyo三家定强最强的起始时间的云图(图 2a、2b、2c)，从这三张图分析，台风密闭云区都成圆环状，外围螺旋云带丰富、层次分明，结构对称，眼区清晰呈正圆形，云顶亮温低，内核区最低值普遍在-70℃以下，图 2c是7日20时的云图，云顶亮温极值最低，接近-74℃，这说明这个时次前后台风强度最强，在近海以后，强度还在加强。分析图 2d、2e、2f，台风靠近陆地后，陆地对台风的结构造成了一定的破坏，亮温上升，8日14时，亮温最低在-50℃左右，台风强度明显减弱。但是密闭云区和螺旋云带都还比较完整，结构也基本对称，范围也没有明显减小，这预示着台风登陆后减弱速度将偏慢。

3.2 雷达回波分析

图 3是宁波雷达站观测到的“海葵”登陆前后的两张回波图，由图 3可见，“海葵”登陆前后，结构非常完整，主要体现在：眼区清晰，呈圆形，直径在50 km左右；密闭云区范围大，半径大小超过100 km；螺旋云带丰富而有层次；图 3b中台风的范围明显比图 3a大，除了观测点距离台风近了，观测到的台风显得更加大以外，还可能因为登陆前后，台风范围变大。南侧由于观测雷达位置偏北的关系，呈现出稍弱小一些，从回波图上分析，这个台风登陆前后结构是对称的，台风进入近海后范围有所增大。

3.3 区域自动站观测强阵风分析

据自动气象探测业务系统1 h极大风速资料，6日00时，“海葵”离象山沿岸520 km左右，沿海海面已经出现了8级阵风(三个及以上自动站达到这个标准，以下同，徐公岛：19.2 m·s^-1)，至10日02时，沿海海面还有8级风(嵊泗：17.6 m·s^-1)；过程8级及以上大风共持续了98 h。

6日09时，“海葵”离象山沿岸约460 km，沿海地区已经出现了9级阵风(徐公岛：23.1 m·s^-1，9日09时沿海海面还有9级风(桃花岛：23.2 m·s^-1)，9级及以上大风共持续了72 h。

6日16时，“海葵”离象山沿岸约420 km，沿海地区已经出现了10级阵风(东矶：25.4 m·s^-1)，9日02时还有10级风(东矶：26.6 m·s^-1)出现，10级及以上大风持续了58 h。

7日02时，“海葵”离象山沿岸约360 km，沿海地区已经出现了11级阵风(大陈岛29.8 m·s^-1)，8日16时还有11级及以上阵风(大戢山：34.4 m·s^-1)，11级及以上大风共持续了38 h。

7日10时，“海葵”离象山沿岸约310 km，沿海地区已经出现了12级阵风(大陈岛34.4 m·s^-1)，8日14时还有12级风(大戢山：36.9 m·s^-1)，12级及以上大风共持续了29 h。

7日11时出现13级风(大陈岛40.2 m·s^-1)；8月12时出现了13级风(蚂蚁岛：38.1 m·s^-1)，过程13级及以上大风共出现了26 h。7日14时至8日14时个别地方还出现了大于等于15级的大风：南韭山48.7 m·s^-1、梁横山47.2 m·s^-1、石浦50.9 m·s^-1、东矶56.0 m·s^-1、大陈53.0 m·s^-1(图 4)，这一时段，正好是中央气象台的定强明显大于其他两个中心定强的时段，从自动站强阵风分析，中央气象台的定强较合理。从东矶和大陈的阵风分布看，超过40 m·s^-1的时间达到了12 h，特别是东矶岛8日06—09时极大风速又超过了40 m·s^-1。

从以上自动站观测表明，台风离近海还有一定距离时，自动站的风力已经很大了；大风出现的时间长，风力强，这些可以表明台风强度强。台风靠近陆地后，风力增强，这除了离台风近以外，也可以表明台风还在加强。

3.4 区域自动站平均风速分析

受“海葵”及外围环流影响，过程最大风力(10 min平均风速)内陆地区普遍出现10~12级，沿海12~14级。杭州湾及太湖地区10~12级大风持续近24 h，内陆平原地区6日下午至8日陆续出现了8~10级大风。

由图 1和图 4可见，“海葵”带来的大风、强风影响时间长，且有台风中心在附近经过。极大风速明显大于平均风速，2 min平均风速和10 min平均风速比较接近。把过程最大10 min平均风速最大值及出现时的情况列表 3，最大东矶岛在7日23时前后平均风速超过了46.9 m·s^-1，当时观测点和台风中心有80.2 km的距离，大陈岛在距离台风146.2 km时，最大风速最大值是39.4 m·s^-1，当时是7日18时，这印证了7日20时中央气象台定强“海葵”近中心最大风力48 m·s^-1有合理性。石浦站最大风速36.8 m·s^-1，出现时间8日00时，离台风77 km。

4 不同海拔高度观测可以作为台风定强的参考

通常日本用海平面10 m高度的最大平均风速来定强台风，而中国用近地面10 m高度的最大平均风速来定强，美国、中国和日本分别用1、2和10 min平均风速。由表 2可见，我们所有的观测站的高度普遍是海拔几十米，甚至还有超过百米的，那么会不会影响台风定强？

4.1 站点海拔高度和风速极大值

从出现极大风速在45 m·s^-1及以上的东矶、大陈、石浦、南韭山、杨柳坑和檀头山6个站看，极大值分别是：56.0、53.0、50.9、48.7、45.4和44.7 m·s^-1，最大风速的极值分别是：46.9、39.4、36.8、33.6、33.1和28.1 m·s^-1，而这6个站的海拔高度分别是：76.0、84.4、129.2、41.7、47.7和48.2 m，可见并不是海拔越高，风速极值越大。另外梁横山、桃花岛、徐公岛海拔高度都超过100 m，后两个还超过了150 m，但风速极值并不是很大。因此在一定范围内站点海拔高度不一定和风速极值完全成正比。

4.2 雷达风廓线资料

分析“海葵”登陆前后风廓线雷达观测，根据需要选取相应的层做风速变化曲线。由于雷达和台风始终有一定距离，所以风速并不是很大。

从500 m以下相对较低的层次分钟实时观测资料看，出现风速极大时段时，风速和高度之间有一定联系，高度越低风速越小，但相差并不是很大，从96~477 m，高度相差了近400 m，风速普遍相差7~8 m·s^-1。低层20 m·s^-1以上的风速波峰出现在8月7日14时至8日06时前后，这表明这个时段台风强度强和观测点离台风近。

各层(图 6)分析，当时中低层每个时次的风速风向分布比较一致，风速比较接近，除96 m高度相对小一些以外，其他层次都非常接近，所以这样的环境场层结风速垂直切变小，不利于台风登陆后的迅速减弱。8日13时前后开始，风速差距有所加大，9日02时之后，风速差距进一步拉大。

图 7是风廓线雷达各高度垂直风速分布情况，由图 7可见，通常情况下，即便是TC外围影响，3000 m以下各层的垂直风速都是比较小的，而且各层之间也非常接近。从7日07时开始，此时风廓线雷达离“海葵”有419.6 km，到8日16时离“海葵”120.1 km，在这一时间段内上升速度有了跳跃性增加，普遍达到4~6 m·s^-1，个别时段超过了9 m·s^-1。上升速度增加以后，各层的上升速度还是非常接近。9日15日前后，500~2000 m上空出现了向下的垂直速度。

4.3 凉帽山高塔气象资料

凉帽山高塔在“海葵”登陆之后强降雨的影响下，有些数据出现了问题。我们对相对稳定的登陆之前的资料进行了整理(图 8)。从8月7日06—20时每小时的分析，20时到8日03时20分每10 min的分析，可以得到风速的跳跃性增强发生在7日16时前后，这和“海葵”主要增强时段非常匹配。之后随着“海葵”的移近，风速还有加强，特别是登陆前1~2 h，“海葵”强度强距离又近，所以风速是最大的时候。另外风向的变化也很能说明首先每个时次各个层次风向高度一致，风速非常接近，说明从320 m以下垂直风切变非常小。“海葵”登陆前几个小时，165~234 m的风速相对其他层次明显大一些，这对于研究台风内部结构也是很好的观测事实。

图 9是凉帽山高塔各高度层的分钟风速的时间序列(朝南风杯数据部分出现了问题，所以统一选取朝北的风杯资料)，由图 9可见，各层风速变化的趋势基本一致，差别不大。6日08时开始风速出现不稳定，变化的区域增大，风速的迅速增大出现在7日13时之后，且波动区域也有明显增大。风速的最大值各层次之间也非常接近。这一方面是因为台风的移近，另外一方面也表明台风强度的增大，果然台风4 h之后强度发展到了极盛。

5 小结

“海葵”登陆前后，各种观测资料包括自动站(海岛站)资料、风廓线雷达、凉帽山高塔资料都表明台风强度强、范围大，而且环境场配制中低层各种风向的风切变小。这些观测结果对于台风强度的确定，进而预报风雨和灾情都是基础。

(1) 台风进入近海或登陆前后，由于观测资料的增加，强度的确定在使用Dvorak技术的基础上，还应该更多地考虑陆基探测资料，这样才能更加准确地确定台风的强度，并做好风雨预报，为防灾减灾提供更为准确的信息。

(2) 由于各站点资料、风廓线资料、高塔气象梯度观测虽不是海拔10 m的高度，但都是近地面10 m的观测，从风场的垂直分布看，一定的海拔高度对风速观测值的影响不是很大，所以可以综合地运用各种探测资料。

(3) 对于各种探测设备的布局和观测资料的研究还需要做更多的设计和考虑。台风登陆相对集中的区域探测设施应更加集中和立体。要增加10 m海拔高度的风资料探测设施。如何更好地分析、研究凉帽山高塔等新设备资料用于预报和临近天气系统的机理分析，是需要进一步展开的工作。

(4) 目前台风定强主要还是使用Dvorak技术，特别是在远洋的时候。但是台风进入近海后，定强如果考虑近海增加的很多探测资料，会不会由于定强方法的不一致而引起强度出现波动？如何使台风在近海强度既能反映真实情况，又不致于和之前的定强之间产生波动，是应该考虑和解决的问题。