查看完整版本 : 1960年以來導致香港天文台發出十號颶風信號的熱帶氣旋強度再分析

nilietlobulnab 2023-9-25 05:18

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[color=#ff0000](注意本帖使用十分鐘平均風速!)[/color]

[u]為何要進行再分析?[/u]
自二次世界大戰以來,共有16個熱帶氣旋導致香港天文台發出最高級別的十號颶風信號。這些颱風大多相當接近香港,有相當詳細的氣象觀測資料。然而,官方一直依賴最佳路徑以判斷這些熱帶氣旋接近香港時的強度。隨著科技進步,判斷熱帶氣旋強度時所用的資料亦出現了不少變化,導致最佳路徑中不同熱帶氣旋的定強變得不連貫。因此,本帖旨在運用現今的定強方法,為這些熱帶氣旋進行強度方面的再分析,以供大家參考。

由於早年的熱帶氣旋無名(1946年)和姬羅莉亞(1957年)缺乏資料,因此本次再分析並沒有包括這兩者。就早期的熱帶氣旋而言,再分析中的熱帶氣旋強度明顯較最佳路徑所示的為低。這是因為早年天文台主要參考飛機和船舶的實測,但這些數據大多存在一定的高估。再分析中的熱帶氣旋強度亦與最佳路徑中的估算中心氣壓較為吻合。

注意本帖只代表個人意見,並不代表官方立場。本帖所運用的數據較為有限,定強風格亦較為保守,因此不排除低估了一些熱帶氣旋強度的可能。

[u]定強方法[/u]
1. 地面實測
香港離島的氣象站較為開敞,當受到熱帶氣旋核心區的吹襲時,往往能測得最大風速,是評定該熱帶氣旋強度的重要依據。本帖主要參考橫瀾島和長洲的風速數據,但由於兩個氣象站均有一定高度,因此須把數據轉換為海平面風速。本帖主要參考[url=https://www.nhc.noaa.gov/outreach/presentations/nhc2013_aircraftData.pdf]NHC透過投落儀實測所得出的垂直風力分佈進行相關換算[/url],如下圖所示:

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注意橫瀾島和長洲風速計的高度出現過數次變化,如下表所示:

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由於天文台只公開了早期熱帶氣旋的最高60分鐘平均風速數據,因此亦須將數據轉換為10分鐘平均風速。本帖主要參考[url=https://www.wmo.int/pages/prog/www/tcp/documents/WMO_TD_1555_en.pdf]Harper 2010[/url]中WMO所建議的換算因子,以及橫瀾島風速數據的迴歸分析,如下圖所示:

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2. 雷達測風
當熱帶氣旋進入香港多普勒雷達的監測範圍時,風場資料亦有助評定該熱帶氣旋的強度。由於雷達資料反映的是約1公里高度的風力,因此須把數據轉換為海平面、10分鐘平均的風速,如下圖所示:

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根據上圖,熱帶氣旋的強度大約是雷達風場中最大風速的0.73倍,此換算因子和[url=https://www.hko.gov.hk/publica/reprint/r865.pdf]天文台業務中所使用的0.7[/url]亦大致吻合。

3. 風壓關係
由於地面氣象站或因颱風的路徑和環流大小而未能測得最大風速,因此定強時亦會參考氣壓數據,並透過風速和氣壓的對應關係推算熱帶氣旋的強度。本帖主要參考Knaff-Zehr-Courtney(KZC)的對應關係。須注意業務上判斷熱帶氣旋的環流大小時主要是參考烈風圈半徑,但早期熱帶氣旋缺乏相關資料,因此本帖將同時運用[url=https://journals.ametsoc.org/doi/pdf/10.1175/MWR-D-12-00323.1]Knapp 2010[/url]中透過熱帶氣旋的最外圍閉合圈半徑判斷環流大小的方法。

[u]個別熱帶氣旋強度分析[/u]
2018山竹(最低中心氣壓:955百帕;最高持續風速:80節;級別:颱風)
雖然山竹離香港較遠,但其結構較為特殊,最大風速集中在強雨帶下,而香港受到其最強雨帶的影響,因此香港離島的風速實測能準確反映山竹的強度。橫瀾島的最高10分鐘平均風速較為偏離迴歸方程,但陣風則較為吻合,估計是因為山竹缺乏成熟的眼牆結構,導致最大風速無法持續,而陣風數據則顯示氣象站沒有受到中尺度渦旋的影響。橫瀾島和長洲泳灘的最高10分鐘平均風速換算為海平面後大致對應80節的強度,而南海北部的油台和珠海離島的自動站實測則顯示中心氣壓大約為955百帕。

2017天鴿(最低中心氣壓:950百帕;最高持續風速:95節;級別:強颱風)
[url=https://www.hko.gov.hk/publica/reprint/r1345.pdf]雷達測得的最大風速為67.8米每秒[/url],換算為海平面後大致對應95節的強度,但黃茂洲自動氣象站的風速數據顯示天鴿或有超強颱風的強度。黃茂洲和珠海離島的自動站實測則顯示中心氣壓大約為950百帕。

2012韋森特(最低中心氣壓:955百帕;最高持續風速:80節;級別:颱風)
南海北部的浮標和珠海離島的自動站實測則顯示中心氣壓大約為955百帕。JTWC的最佳路徑顯示最外圍閉合圈的氣壓為995百帕,烈風圈半徑約為105海里,移動速度約為10節,透過KZC可得出約80節的強度。珠海離島自動站的風力實測較為不理想,估計與觀測環境的開敞度有一定關係。雖然JTWC評價韋森特達四級颶風的水平,但其德法分析明顯偏高,參考價值不高。

1999約克(最低中心氣壓:970百帕;最高持續風速:70節;級別:颱風)
橫瀾島的最高10分鐘平均風速高達每小時169公里,而最高陣風則為234公里,但這兩項數據均偏離迴歸方程,顯示氣象站或短暫受到中尺度渦旋的影響。橫瀾島的最高60分鐘平均風速換算為海平面、10分鐘平均後大致對應70節的強度,而香港的自動站實測則顯示中心氣壓大約為970百帕。

1983愛倫(最低中心氣壓:965百帕;最高持續風速:80節;級別:颱風)
橫瀾島的最高10分鐘平均風速為每小時176公里,長洲的最高60分鐘平均風速則為每小時171公里,兩者均支持80節的強度。長洲和澳門的氣壓數據顯示中心氣壓大約為965百帕,和愛倫登陸前一天的飛機實測數據亦大致吻合。雖然愛倫和山竹接近香港時的強度相若,但愛倫的眼牆結構較為成熟,因此其為香港帶來的猛烈風力亦較為持續。

1979荷貝(最低中心氣壓:940百帕;最高持續風速:100節;級別:超強颱風)
由於荷貝在香港以東登陸並橫過新界,因此兩個離島氣象站均只受到其可航半圓影響,其數據未能反映荷貝的強度。順帶一提,雖然鶴咀的風速數據相當驚人,但該氣象站或受到地形擾流影響而導致風力偏大,因此不予採用。香港的最低海平面氣壓實測約為958百帕,反映荷貝在橫過新界時的中心氣壓約為950百帕。考慮到荷貝受到地形影響而減弱,她在登陸大鵬半島前的中心氣壓或有940百帕的水平。JMA的地面天氣圖顯示最外圍閉合圈的氣壓為1000百帕,半徑約為5個經緯度,而HKO的最佳路徑顯示移動速度約為22節,透過KZC可得出約100節的強度。

1975愛茜(最低中心氣壓:980百帕;最高持續風速:65節;級別:颱風)
雖然愛茜在香港以南掠過,但其環流較為細小,加上橫瀾島的陣風數據較為偏離迴歸方程,因此橫瀾島的最高60分鐘平均風速或較為偏低,未能準確反映愛茜的強度。另外,雖然赤柱的風速數據較高,但風速計的高度不明,因此亦不予採用。橫瀾島的最低海平面氣壓實測約為988百帕,反映愛茜最接近香港時的中心氣壓約為980百帕。JMA的地面天氣圖顯示最外圍閉合圈的氣壓為1008百帕,半徑約為1.5個經緯度,而HKO的最佳路徑顯示移動速度約為9節,透過KZC可得出約65節的強度。

1971露絲(最低中心氣壓:960百帕;最高持續風速:80節;級別:颱風)
由於露絲環流較為細小,因此橫瀾島或未受到其最大風速影響,未能準確反映其強度,而長洲的風力數據亦一反常態地低。長洲的最低海平面氣壓實測約為963百帕,而當時長洲受到風眼覆蓋,因此露絲最接近香港時的中心氣壓約為960百帕。JMA的地面天氣圖顯示最外圍閉合圈的氣壓為1004百帕,半徑約為2個經緯度,而HKO的最佳路徑顯示移動速度約為7節,透過KZC可得出約85節的強度。考慮到長洲的風力數據較低,因此最終評定的強度為80節。

1968雪麗(最低中心氣壓:965百帕;最高持續風速:65節;級別:颱風)
雖然雪麗在橫瀾島西南近距離掠過,但橫瀾島的最高60分鐘平均風速卻較低,亦和陣風相差較大,因此或未能準確反映雪麗的強度。香港的最低海平面氣壓實測約為968百帕,而當時香港大部分地區受到風眼覆蓋,因此雪麗橫過香港時的中心氣壓約為965百帕。JMA的地面天氣圖顯示最外圍閉合圈的氣壓為996百帕,半徑約為3個經緯度,而HKO的最佳路徑顯示移動速度約為10節,透過KZC可得出約70節的強度。考慮到橫瀾島的持續風速較低,因此最終評定的強度為65節。雪麗的環流背景和結構均與1997維克托較為相似,而前者的中心氣壓較後者稍低,因此颱風下限應是合適的定強。

1964黛蒂(最低中心氣壓:975百帕;最高持續風速:65節;級別:颱風)
由於黛蒂在香港以東登陸,因此香港的氣象站均只受到其可航半圓影響,其數據未能反映黛蒂的強度。香港的最低海平面氣壓實測約為977百帕,而當時香港東部受到風眼覆蓋,因此黛蒂最接近香港時的中心氣壓約為975百帕。JMA的地面天氣圖顯示最外圍閉合圈的氣壓為1004百帕,半徑約為2.5個經緯度,而HKO的最佳路徑顯示移動速度約為10節,透過KZC可得出約65節的強度。

1964露比(最低中心氣壓:960百帕;最高持續風速:85節;級別:強颱風)
由於橫瀾島當時風速數據出現明顯波動,而長洲的風速計尚未被移至現時的位置,測站的開敞程度較低,因此兩個離島氣象站的數據或未能反映露比的強度。香港的最低海平面氣壓實測約為968百帕,反映露比最接近香港時的中心氣壓約為960百帕,這和澳門的氣壓數據亦較為吻合。JMA的地面天氣圖顯示最外圍閉合圈的氣壓為1004百帕,半徑約為2個經緯度,而HKO的最佳路徑顯示移動速度約為13節,透過KZC可得出約85節的強度。露比的環流大小和露絲相若,但其較快的移動速度或導致她的強度較後者稍高。

1962溫黛(最低中心氣壓:945百帕;最高持續風速:95節;級別:強颱風)
香港各個氣象站均在北風吹襲期間測得最大風速,受到比較明顯的地形屏蔽,因此風速數據未能反映溫黛的強度。香港的最低海平面氣壓實測約為953百帕,反映溫黛最接近香港時的中心氣壓約為945百帕。JMA的地面天氣圖顯示最外圍閉合圈的氣壓為1000百帕,半徑約為4.5個經緯度,而HKO的最佳路徑顯示移動速度約為13節,透過KZC可得出約95節的強度。香港回南時的風速較低,或反映溫黛在掠過香港以南期間出現了較為明顯的減弱。

1961愛麗斯(最低中心氣壓:980百帕;最高持續風速:50節;級別:強烈熱帶風暴)
香港的最低海平面氣壓實測約為981百帕,反映愛麗斯橫過香港時的中心氣壓約為980百帕。JMA的地面天氣圖顯示最外圍閉合圈的氣壓為1004百帕,半徑約為3.5個經緯度,而HKO的最佳路徑顯示移動速度約為13節,透過KZC可得出約55節的強度,考慮到香港各個氣象站在愛麗斯吹襲期間只勉強測得暴風下限的持續風速,因此最終評定的強度為50節。

1960瑪麗(最低中心氣壓:970百帕;最高持續風速:60節;級別:強烈熱帶風暴)
橫瀾島的最高60分鐘平均風速較低,但亦和陣風相差較大,因此或未能準確反映瑪麗的強度。香港的最低海平面氣壓實測約為974百帕,反映瑪麗橫過香港時的中心氣壓約為970百帕。JMA的地面天氣圖顯示最外圍閉合圈的氣壓為996百帕,半徑約為2.5個經緯度,而最佳路徑顯示移動速度約為6節,透過KZC可得出約60節的強度。

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原文寫於2018年,因此未有包括2023年蘇拉。對於年代較遠的風暴,作者定強時較多地依據實測氣壓推算風速,而不是僅僅偏重於風速實測。只有3個風暴是依據離島的風速實測定強,但也是經過較大幅度的折算。定強風格的確偏保守,個人認為總體上低估了大約5-10節。文中未有展示相關的天氣圖和計算過程,以致不便於各位驗證其準確性。
 
作者對1964年露比和2012年韋森特的定強有進一步解說︰
 
天文台總部在風眼邊緣測得最低海平面氣壓約968百帕,而\0澳門東望洋山站(海拔65m)的最低站壓則為954.6百帕,對應海平面氣壓約962百帕,因此露比接近香港時的中心氣壓約是960百帕左右。露比和天鴿都是結構極為緊密、移動速度較快的颱風,兩者的風力分佈應該較為相似,因此以天鴿作為標準的話,露比的強度低5-10節左右是合理的推算。
 
仔細觀察韋森特的連續雲圖,不難發現[b]它的DT有很大的波動,因此未必能準確反映強度[/b]。按照德法,以PT作為FT是最合適的做法。T5.0的分析亦與KNES和RJTD吻合,而PGTW則為明顯偏高的T6.5。事實上,如果參考3小時甚至6小時的平均DT值,結果也是T5.0-T5.5之間。

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