房伟;陈国平;赵红军;严士常
【摘 要】Based on the Northwest Pacific cyclone data from 2001 to 2015, which was released by JTWC, a new parametric formula for radius of maximum wind( RMW) was presented.In order to evaluate the influence of RMW on the predictions of typhoon waves, five typhoon cases were selected and the computations for typhoon waves were performed with the SWAN model driven by the Myers parametric wind model, where the RMW was calculated with five empirical formulas.The comparisons between simulated results and observed data indicate that the linear regression slope, the mean deviation and the maximum deviation of the results calculated with the present formula are smaller than the others.The results show that the duration and distribution of typhoon waves are positively cor-related with RMW, and the typhoon waves can be simulated well with the present formula.%依据联合台风警报中心(JTWC)发布的2001～2015年西北太平洋热带气旋最佳路径数据集,分析给出西北太平洋热带气旋最大风速半径之于地理纬度和中心低压的参数化公式. 采用5种最大风速半径公式计算最大风速半径,并基于Myers气压场模型和第三代海浪模型SWAN,对发生于东中国海的5场台风浪个例过程进行数值模拟研究,将模拟结果与实测资料进行对比分析.结果表明:台风浪大浪区持续时间和分布的范围与最大风速半径正相关;采用文章拟合公式的台风浪数值模拟结果较实测值的线性回归斜率、平均偏差和最大值偏差均较小,文章拟合公式关于个例台风浪的计算效果较好. 【期刊名称】《水道港口》
【年(卷),期】2017(038)006
【总页数】7页(P574-580)
【关键词】最大风速半径;台风浪;SWAN模型
【作 者】房伟;陈国平;赵红军;严士常
【作者单位】河海大学港口海岸及近海工程学院海岸灾害与防护教育部重点实验室,南京210098;河海大学港口海岸及近海工程学院海岸灾害与防护教育部重点实验室,南京210098;
河海大学港口海岸及近海工程学院海岸灾害与防护教育部重点实验室,南京210098;河海大学港口海岸及近海工程学院海岸灾害与防护教育部重点实验室,南京210098
【正文语种】华亚纸业中 文
朱湘桂
【中图分类】P731.22
台风浪后报或预报需要合理的驱动风场。热带气旋参数化风场模型具有形式简单、计算便捷的特点，在台风浪数值模拟中得到广泛应用。现有热带气旋风场主要依据梯度风原理，基于气压场模型求得。常用热带气旋气压场模型有Myers模型、Holland模型和Jelesnianski模型等，这些气压场模型均涉及最大风速半径。若该参数取值不当，将直接影响到气压场和风场的计算效果进而影响台风浪的计算精度。
许多学者分别采用最大风速半径经验公式计算最大风速半径并基于气压场模型构造风场，都取得了一定的效果：金罗斌[1]等采用Graham公式计算最大风速半径，并利用Myers气压模型和CCMP背景风资料构造热带气旋风场，对南海台风浪进行模拟研究；廖雪鹏[2]等利用江志辉提出的统计关系计算最大风速半径，并利用Holland气压模型和背景风资料构造热
带气旋风场，对基隆港台风浪分布特征进行模拟分析。沈旭伟[3]等采用Graham公式计算最大风速半径，基于Myers气压模型和NCEP背景风资料构造热带气旋风场，模拟1013号强台风“鲇鱼”产生的波浪场。然而，最大风速半径对热带气旋风场和台风浪计算效果的影响却少有成果展示。为此，本文建立了基于不同最大风速半径公式的台风浪数值模型，并以近气旋中心的浮标资料和卫星高度计资料，对不同最大风速半径参数化公式关于台风浪的计算效果进行分析评价。
1 最大风速半径参数化方案研究
1.1 已有最大风速半径参数化方案
Graham和Nunn[4]研究了美国东海岸及墨西哥湾内的热带气旋情况，绘制了中心气压，地理纬度和移行风速对最大风速半径的影响曲线，并提出了最大风速半径的参数化方案。
R=28.52tanh[0.087 3(φ-28)]+12.22exp()+0.2V+37.22
(1)
式中：φ为地理纬度；V为移行风速；Pc为热带气旋中心气压。
江志辉[5]依据《热带气旋年鉴》中心气压和最大风速半径资料，分析最大风速半径的平均变化趋势，给出了最大风速半径之于热带气旋中心气压的幂指数型经验公式
R=1.119×103×(1 010-Pc)-0.805
(2)
Willoughby[6]基于美国国家海洋和大气管理局(NOAA)发布的1977～2000年大西洋和东太平洋热带气旋飞行探测记录，得到了最大风速半径随飞行层最大风速和地理纬度变化的指数型关系
R=51.6exp(-0.022 3Vfmax+0.028 1φ)
(3)
式中:Vfmax为飞行层最大风速;φ为地理纬度。
Kato[7]在日本沿海风暴潮模拟评估工作中，指出最大风速半径之于热带气旋中心气压的线性表达式
R=80-0.769(950-Pc)
(4)
1.2 据JTWC资料得到的最大风速半径参数化公式
为构建西北太平洋区域最大风速半径参数化公式，搜集JTWC发布的2001～2015年西北太平洋热带气旋最佳路径数据集(包括观测时间、气旋中心位置、气旋等级、中心海平面气压、最大持续风速、最大风速半径等数据)。在样本分析时考虑到：(1)热带低压强度较低，其成长和发展受环境因素影响较大；(2)登陆型气旋因其下垫层变化，风场结构会受到陆地的影响而发生变形，为此去除热带低压和登陆型气旋资料，由此得到最大风速半径的样本数共计5 438个。
已有研究成果[4-7]表明最大风速半径和气旋中心气压差负相关，即气旋中心气压差越大，最大持续风速越大，其涡旋运动和抽吸作用愈强，最大风速半径愈小；同时，地理纬度增大，最大风速趋于减小而最大风速半径趋于增大。陈孔沫[8]推导了最大风速与中心气压关系，并结合资料，得到最大风速公式为
Vmax=k(Pn-Pc)b
(5)
大容量存储器式中:对于西北太平洋，环境气压取为1 010 hPa，系数k取4.65，系数b取0.55。Mcknown[9]根据大西洋和东太平洋热带气旋飞行探测记录，考虑到系数k随着纬度增加趋于减小，提出了最大风速公式
Vmax=(20-φ/5)×(1 010-Pc)0.5
(6)
宜昌市十一中
采用1 min最大持续风速与中心气压差资料，参考陈孔沫公式和文献[9]的公式结构特征，拟合出具有95%置信度的1 min最大持续风速的经验公式
国际法院规约
Vmax=(2.86-0.002 9φ)×(1 010-Pc)0.7
(7)
参考林伟[10]提出的最大风速半径经验公式，考虑纬度的影响，得出具有95%置信度的公式
R=(-37.82+0.11φ)ln[(2.86-0.002 9φ)×(Pn-Pc)0.7]+178.2
(8)仔仔动力联盟
图1展示了1 min最大持续风速计算值和最大风速半径计算值与发布值间关系，1 min最大持续风速计算值与发布值相关系数达到0.994，平均偏差为1.147 m/s；最大风速半径计算值与发布值相关系数达到0.634，平均偏差为13.70 km。
1.3 最大风速半径参数化公式比较
将JTWC最大风速半径发布值与5种参数化最大风速半径(公式(1)～(4)以及公式(8))随气压变化的计算值(纬度取中值20°，移行风速取中值10 m/s)绘制于图2，以展现各公式的特点。
图1 最大风速和最大风速半径计算值与发布值关系图Fig.1Announcedandcalculatedvalueof
maximumwindspeedandradiusofmaximumwind图2 最大风速半径经验公式随气压变化与发布数据图Fig.2Empiricalformulaofradiusofmaximumwindwithcentralpressureandreleaseddata
由图2可以发现，除Kato线性公式之外，其余经验公式计算结果基本交于950 hPa，交点处最大风速半径值约为40 km。Graham公式计算曲线近似平缓直线，最大风速半径计算值大致为40～50 km；江志辉公式计算结果呈指数型变化，在950 hpa以上最大风速半径计算值迅速增长；Kato公式具有简单的线性形式，但其较高地估计了最大风速半径；Willoughby公式能较好地反映出最大风速半径的总体平均水平，其在中心气压高于950 hPa时计算结果较小，而在中心气压小于950 hPa计算结果较大。拟合公式较好地反映出最大风速半径变化趋势，且在中心气压高于950 hPa时较大，而在中心气压小于950 hPa时与江志辉公式计算值接近，总体处于中等偏上水平。
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