1 引言

我国是世界上热带气旋（Tropical Cyclone，简称TC）登陆最多，受影响最为严重的国家（陈联寿等，2002）。TC（尤其是登陆TC）可带来大风、暴雨和风暴潮，引发严重灾害。TC造成的暴雨一直是大气科学界关注的研究热点和难点，而针对TC引起的风场分布和变化（尤其是具有较强致灾性的6级以上大风分布特征）的相关研究却十分缺乏。随着沿海TC大风主要影响区域经济的飞速发展以及观测手段的多样化、精细化，TC风场（尤其是大风分布）特征和相关预报问题逐渐得到重视。已有研究中，对TC大风频数、极值时间和空间分布、周期变化等的气候学统计分析工作较多。梁必骐等（1993）利用1949~1986年资料，对影响和登陆珠江三角洲附近地区的台风及其造成的大风开展了统计分析，得到了一些可供业务预报参考的气候特征和统计关系。田辉等（1999）和乐群等（2000）分别利用不同时间序列的数据，分析了我国东部和南部沿海登陆台风引起的暴雨和大风分布特征，认为华东登陆台风造成的暴雨和大风不亚于华南。杨玉华和雷小途（2004）统计分析指出，引起我国境内大风天气的台风中，有62%在我国登陆，而登陆我国的台风中，有89%会引起大风过程。可见，TC（尤其是登陆TC）引起的大风过程具有普遍性，其影响值得重视。此外，还有部分研究不仅分析了TC大风的统计特征，还进一步尝试分析其成因（何洁琳和管兆勇，2006；周惠文等，2007；董彦，2014；Ni et al., 2015）。针对TC大风预报问题，大多数研究（董美莹和俞燎霓，2006；曾欣欣等，2006；刘晓波等，2008；洪展等，2012）均指出，TC大风的预报，除了要考虑TC自身因素外，还要考虑多系统、多因素之间的相互作用。

从以上简要回顾可以看出，TC造成的风场变化（尤其是大风分布）已经逐渐得到重视，但以往相关研究以区域性气候特征、个例特征居多，而对登陆我国的TC风场变化和大风分布特征的整体研究偏少。本文利用高分辨率的地面观测资料结合台风年鉴资料，统计研究了2008~2014年登陆我国的TC造成的大陆地面风场分布特征，包括TC登陆期间的大陆地面风场演变和大风分布特征、海岛站和内陆站的风速差异以及海拔对风力造成的影响等。

2 所用资料简介

本文使用到的地面观测资料来自国家气象信息中心提供的2008~2014年我国国家级地面气象观测站（以下简称国家站，全国共2417站）和区域自动站（以下简称区域站，约40000站，包含海南岛的部分岛屿站，不含台湾岛以及浮标站）的2 min平均风速、极大风速，资料时间分辨率为1 h。TC相关资料取自中国气象局上海台风研究所整编的台风年鉴资料（Ying et al., 2014）。

应用上述资料，选取研究时段内（2008~2014年）登陆我国大陆地区的共51次TC过程作为研究对象，平均每年约7.3个。

3 距离TC中心500 km半径内大陆地面风场分布统计特征

根据所选TC个例逐6 h的中心位置，提取距离TC中心500 km半径内的所有观测站点，以这些站点对应时刻的2 min平均风速为样本，分析大陆地面风场分布统计特征。这里提取的样本所处的时间段包含TC登陆前和登陆后，由于观测站点均位于大陆和沿海岛屿，分析得到的结论仅为TC登陆前后大陆上呈现的地面风场特征，对于TC在登陆前海面上更完整的风场特征，则需要获取更丰富的海面观测资料来分析，这里不作讨论。

3.1 平均地面风速

将观测站点到TC中心的距离划分为5个区间（单位：km）：[0，100）、[100，200）、[200，300）、[300，400）、[400，500）；同时，将每一时刻的TC强度分为六个等级：热带低压（TD）、热带风暴（TS）、强热带风暴（STS）、台风（TY）、强台风（STY）以及超强台风（Super TY）。对每个圆环区域内所有观测站点的地面风速求平均。

由图 1可以看出，当TC强度小于等于STY时，各半径内的平均地面风速均随TC强度的增大而增强，距离TC中心越近，增大趋势越明显，特别是距离TC中心100 km半径内，增大趋势最显著。当TC强度由STY增大到Super TY时，除了[0，100）以及[400，500）两个半径区域外，其他区域内的平均地面风速均随TC强度增大而减小，说明超强台风造成的地面大风更加集中在近TC中心附近。总体看来，距TC中心200 km范围内，平均地面风速要显著大于200 km外。当距离大于200 km后，各圆环区域内平均地面风速相差不大，最大不超过3 m s^-1，平均地面风速随TC强度增大而增大的趋势也显著变缓。

3.2 各级别地面风速与距TC中心距离的关系

51个TC登陆期间，距中心500km半径范围内，地面风速最强可达12级以上，但11级及以上的样本数明显少于其他风力级别（表 1），仅占6级及以上大风样本数（16173）约0.73%，占8级及以上大风样本数（2570）约4.6%。8级及以上大风样本数也仅占6级及以上大风样本数（16173）约15.9%。平均每个TC登陆期间，可造成约317个地面观测站出现具有潜在破坏性的6级及以上大风，约50（7）个地面观测站出现8（10）级及以上大风。

根据上述各级别地面风速样本分布特征（表 1），进一步将风速按级别划分为四个区间：5级及以下、6~7级、8~9级、10级及以上，对各风力区间内站点与TC中心的距离作盒须图分析（图 2）。

从距离平均值的大小来看，风力越强，距离TC中心越近（图 2）。出现5级及以下风速的站点距离TC中心的平均距离约为337 km，而出现6~7级大风、8~9级大风和10级以上大风的站点与TC中心的平均距离分别约为265 km、230 km和149 km。结合盒须图的有效区间（第25~75百分位）可以看出，出现5级及以下、6~7级、8~9级、10级及以上风速的站点大部分位于256~435 km、146~384 km、121~327 km、62~210 km范围内。

3.3 各级别地面风力的频数分布

对各风力区间的样本作频数分布图，分析样本在不同TC强度、不同方位（相对于TC移动方向）以及与TC中心不同距离的分布特征。在计算方位角时，以TC移动方向为起始线，逆时针旋转划分四个象限，即方位角由TC中心和TC移动方向决定（图 4e）。

从图 3来看，距离TC中心越远，5级及以下风力的样本越多，此类样本主要出现在TC等级小于STS的各个距离上，极值出现在500 km附近且TC强度为TS时。6~7级大风发生频数比前一级别显著减少，主要发生在200 km附近且TC强度为TY时；在500 km附近，TC强度为TS时还存在另外一个较小的极值中心。8~9级大风主要发生在200~300 km附近且TC强度为TY时。10级及以上大风主要发生在距TC中心100~200 km附近且TC强度处于TY或STY时。由此可见，随着风力增加，样本高频区对应的TC强度增大，且有向TC中心贴近的趋势；当TC强度达到TY以上时，6级及以上大风发生频数最大。

从发生频数随方位和距离的分布来看（图 4），5级及以下风力最多出现在TC移动方向前侧象限的400~500 km，且在两个前侧象限的分布相当，这可能与本文仅使用了陆地观测数据有关；6~7级风力主要发生在300~500 km附近，高频区位于TC移动方向的右前侧象限；8~9级风力主要发生在右前侧象限的200~300 km附近；10级及以上风力主要发生在右前侧象限的100~200 km附近。可见，大风样本多位于TC移动方向的右前侧象限，这应与TC移动速度的叠加增大了移动方向右侧象限的风速有关，还与本文大部分使用的是陆地观测数据有关。

3.4 各级别风力站点的海拔分布

由于测站的海拔高度不均匀，高海拔与低海拔测站数量多少不一，加上与TC距离各不相同，很难得到TC造成的地面风力大小与海拔高度的具体关系。但从图 5中有效区间的分布可以看出，6级及以上大风主要发生在相对更为平坦的区域，这与登陆TC主要位于我国沿海相对平坦的地区有关，发生5级以下、6~7级、8~9级及10级及以上风力站点的海拔主要集中在27~221 m、16~90.75 m、24~95.9 m、22~97 m范围内。

由以上分析可知，TC登陆期间的大陆地面风场（尤其是大风分布）与距TC中心距离、TC强度和移动方向有一定关系，这种分布关系对于预报员开展相关预报具有重要意义。

4 TC登陆期间的大陆地面风场演变特征

根据3.3节分析可知，6级及以上大风主要发生在距离TC中心300 km内，因此本节根据TC登陆前后12 h的位置，提取距中心300 km的站点进行分析（图略）。由于TC登陆后强度一般会急剧减弱，这些站点大部分位于华东和华南沿海省份，因此本节重点分析TC登陆前12 h、6 h、3 h、登陆时（0 h，时间四舍五入）、登陆后3 h、6 h、12 h，我国华东区和华南区平均地面风速分布特征及演变。其中，华东区包括上海、江苏、浙江、福建，华南区包括广东、广西、海南。

为了深入探究TC登陆地点以及登陆时强度与地面风速分布的关系，将TC中心位置由6 h插值为1 h，根据登陆时间找到登陆地点的具体经纬度，并采用K均值聚类法对登陆点进行聚类，将51次TC的路径按照登陆点分为5类（图 6）。由于Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ 3类TC样本量不足，因此下文只分析Ⅰ和Ⅱ两类TC造成的平均地面风速分布（表 2）。

结合3.3节的分析可知，达到台风及以上强度的TC造成的大风频数更多，将上述两类TC按登陆时强度进一步分为两类：台风及以上、台风以下，分别分析TC登陆期间平均地面风速分布和演变。

由图 6可见，Ⅰ类TC登陆点集中在华南沿海。登陆期间，华南地区较大风速区主要位于广东西南部、雷州半岛、海南西部沿岸。其中，10 ms^-1以上风速区集中分布在广东西南部沿海；平均地面风速随TC登陆一致呈现出先增后减的趋势。登陆时处于台风及以上强度的TC造成的强风区范围（图 7b1–b7）明显大于登陆时处于台风以下强度的TC（图 7c1–c7）。可见，TC强度是造成地面平均风力大小的重要因素。而海南西部和珠江三角洲附近的较强风速分布，与海南五指山地形以及珠三角附近相对平坦和低洼的地形可能有一定关系。Ⅱ类TC登陆期间，华南地区较大风速区主要位于广东潮州—汕尾一带（图略）。

从Ⅰ、Ⅱ类TC登陆期间华南地区平均地面风速分布和演变可以看出，登陆点不同会导致较大风速区位置不同，TC强度越强，所造成的风力也越强。

图 8中，Ⅱ类TC登陆期间，浙江—福建东部沿岸地区平均地面风速随TC登陆先增后减，江苏南部、杭州湾附近的较大风速区随TC登陆有较明显扩大。登陆时处于台风及以上强度的TC登陆期间在浙江—福建东部沿岸地区，造成的风速沿海岸线向内陆急剧减小。其中，福建宁德—浙江温州一带在登陆前12 h至登陆时平均风速达到11 ms^-1。Ⅰ类TC登陆期间，华东区的江苏南部、杭州湾附近存在相对较大风速区（图略）。由于Ⅰ类TC登陆点集中在华南区，因此，靠近华南的福建漳州沿岸平均风速较大，此外，福建九仙山附近受观测站点地势较高的影响仍然有一大值区。

以上分析表明，TC登陆点和登陆时的强度均是影响地面平均风力强弱的重要因素：TC登陆时强度越强，离登陆点越近，地面风力也越强。因此，对于登陆TC大风的预报，登陆点（包括路径）和登陆时刻的TC强度十分重要。

5 TC登陆期间地面大风频数分布

上节分析给出了TC登陆过程中地面风速的平均特征，但防台减灾更为关注的是具有潜在破坏性和致灾性的6级及以上大风，因此，本节根据登陆前后12 h内逐小时观测的2 min平均风速分析6~7级、8~9级、10级及以上大风的累计频数分布（图 9）。

从图 9a可看出，华南区、华东区沿海呈现出大片的6~7级地面大风高发区，山东半岛渤海湾沿海也有部分的大风分布。6~7级大风频数最高站点主要位于杭州湾附近，分别为浙江舟山市大黄龙站320次、北鼎星站320次、海礁站321次、东亭站330次。除沿海附近地区外，内陆也有多处6~7级大风高频区，并在一定程度上受到观测站点海拔高度的影响。例如，福建九仙山站海拔1653.5 m，6~7级大风频数达383次；广西玉林北流大容山山顶站海拔1256 m，达335次。

8~9级地面大风频数（图 9b）较6~7级（图 9a）显著减少，华南区、华东区沿海仍然是高发区。其中，浙江南部沿海、海南北部的个别测站频数最高，福建九仙山仍是高频站。8~9级地面大风频数大于40次的站点在杭州湾和福建沿海分布比广东西南部更为密集，这一特征在10级及以上大风频次分布中更显著（图 9c）。虽然本文选取的TC个例中，登陆华南沿海的TC个数（28个，表 2）更多，但登陆时刻处于台风及以上强度的TC占比却是华东区更大（43%，表 2），这可能是造成上述分布差异的原因之一，这需要未来更多个例的进一步验证。此外，登陆期间TC尺度的大小也可能有一定影响。

6 TC登陆期间代表站点的风速演变特征

前述分析表明，大风主要出现在沿海和岛屿站，对于内陆站点，其海拔高度对风力有一定影响，但这种影响到底有多大，还需要针对具体站点进行分析。基于前文的结果，选取福建九仙山（海拔1653.5m）与邻近的低海拔站点安溪（海拔69 m）进行对比，分析海拔对风力造成的可能影响。另选取位于南海的广东上川岛站（海拔21.9 m）与陆地站茂名（海拔33.5 m）进行对比，分析海陆差异的可能影响。

为两组站点挑选的TC个例分别为：在福建登陆的1003号台风“灿都”、1311号强台风“尤特”；在广东登陆的0808号台风“凤凰”、1011号台风“凡亚比”。图 10和图 11为两组站点处于登陆时间前后12 h且距离TC中心500 km范围内时的风速变化序列图。距离和方位角的计算方法与第2节相同，时间分辨率为6 h；风速包含整点时刻的2 min平均风速和极大风速，时间分辨率为1 h。

台风“灿都”在登陆前12 h至6 h期间（图 10a，7月21日18:00至22日00:00（协调世界时，下同），上川岛和茂名站位于TC移动方向右侧且距离TC中心200 km左右，所处方位与距离基本一致，图 10明显可以看出上川岛站的风速整体大于茂名站。在此期间，上川岛和茂名站的2 min平均风速（极大风速）平均值分别为10.5 m s^-1（20.9 m s^-1）和4.0 m s^-1（9.2m s^-1），可以看出，同等强度TC在海岛站造成的风速比陆地站大。

图 10中明显可以看出，两站风速趋势均呈现出与距离趋势相反的规律，且均在距离最近时风速达到最大。以图 10b为例，上川岛的2 min平均风速（极大风速）在登陆前5 h达到最大，位于移动方向右侧且距离TC中心100 km左右；茂名站的2 min平均风速（极大风速）在登陆后1 h（3 h）达到最大，位于移动方向左侧且距离TC中心100 km左右。可见，两个测站的最大风速均出现在受TC内核区影响期间。

由于九仙山和安溪站距离较近，两站相对于TC的距离和方位角基本一致（图 11）。台风“凤凰”登陆期间，九仙山和安溪站的2 min平均风速（极大风速）平均值分别为12.5 m s^-1（19.6 m s^-1）和2.5 m s^-1（6.2 m s^-1）；台风“凡亚比”登陆期间，九仙山和安溪站的2 min平均风速（极大风速）平均值分别为19.9 m s^-1（30.7 m s^-1）和4.4 m s^-1（11.9 m s^-1）。可见，在距离、方位基本一致的条件下，高海拔站点风速远大于低海拔站点。

虽然在TC登陆期间所处的距离、方位角都基本一致，两站的风速演变仍然有差异。以图 11a为例，除了风速远大于安溪站外，九仙山站大风的持续时间从登陆前一直持续到登陆后4 h（7月28日18:00）。安溪站在台风登陆期间风速一直较小。另外，两站风速衰减的时间也不一致。九仙山站在登陆后4 h，与TC距离降到100 km左右后，风速反而急速降低，这可能与站点进入了台风风眼区以及台风登陆后的迅速减弱有关；安溪站在TC登陆前2 h（7月28日12:00），距离降到100 km左右后，风速就明显降低，比九仙山提前衰减，这也与站点进入台风风眼区有关。

7 结论与讨论

本文利用2008~2014年我国国家站及区域自动站的逐小时实测风速资料以及中国气象局上海台风所整编的台风年鉴资料，分析了登陆我国大陆地区的51次热带气旋的大陆地面风场分布和演变，主要结论如下：

（1）总体上，距离TC中心越近，TC强度越强，平均地面风速越大。距离TC中心100 km范围内，TC强度为Super TY时，平均地面风速最大；发生6~7级、8~9级和10级及以上大风的观测站点距TC中心的平均距离分别为265、230和149 km；6级及以上大风主要发生在距离TC中心300 km内、TC强度达到TY以上时，并主要位于TC移动方向的右侧象限，尤其是右前象限。

（2）平均大陆地面风场分布与TC登陆点、路径和登陆时强度有紧密的关系。本文关注的51个TC登陆点绝大多数位于我国华东和华南沿海，且登陆时处于较强强度（台风及以上强度）的个例约占40%。华南区TC风场分布主要由在此区域登陆的TC（Ⅰ类）造成（共28次），较大风速区主要包括广东西南部沿海、雷州半岛附近和海南西部沿岸，且随着登陆进程呈现明显演变，随TC登陆先增强后减弱；华东区TC风场分布主要由在此区域登陆的TC（Ⅱ类）造成（共19次），杭州湾出海口以及浙闽沿海是较大风速区。TC（Ⅰ类和Ⅱ类）登陆时处于台风及以上强度的TC造成的平均地面风速分布范围明显大于登陆时处于台风以下强度的TC。

（3）6级及以上大风广泛分布在华南和华东沿海，6~7级大风高频站主要位于杭州湾附近，8级及以上大风高频站点在杭州湾和福建沿海分布比广东西南部更为密集。这可能与本文所选择的华东区登陆TC个例中，登陆时强度较强的个例占比偏多有关。

（4）从代表站点的分析可知，TC登陆前后均可能造成大风，大风出现时间与站点至TC中心的距离密切相关。代表站点的风速演变说明同等强度TC在海岛站造成的风速比陆地站更大。对于同处于大陆的站点来说，在距离、方位基本一致的条件下，同等强度的TC对高海拔站点造成的风力大于低海拔站点。

本文的研究显示，在登陆TC的大风业务预报中，应更关注TC中心（包括登陆点和路径）、TC强度对大风分布和演变的影响。全文分析得到的登陆TC大陆地面风场的分布特征和演变规律对于TC风场预报具有一定借鉴意义，借助TC路径主观预报水平、精细化数值预报技术以及订正技术的不断进步，将有利于预报员做出更好、更精细化的TC风场预报。值得指出的是，本文仅仅选取了近7年登陆我国大陆地区的51次TC个例，所得结论需结合未来更多个例进行检验。同时，受观测资料获取等的限制，我国台湾省受TC大风影响的情况以及未在我国登陆但对沿海地区造成影响的TC个例均未在分析之列，这些都需要未来进一步分析和完善。