西北太平洋热带气旋中大风和波浪分布特征
杨亚新
摘要：为给航行船舶有效避离热带气旋提供参考，利用日本发布的2011-2013年亚洲地面分析图和西北太平洋波浪分析图，对发生在西北太平洋上的61个热带气旋的大风和波浪分布特征进行统计分析，主要结论：热带气旋的近中心最大平均风速与中心气压存在较好的二次非线性关系；10级以上大风一般以热带气旋为中心呈对称分布，7级以上大风以热带气旋为中心呈不对称分布的居多，7级以上大风最大范围一般出现在热带气旋前进方向的右半圆；10级以上大风圈平均半径为73.5n mile，7级以上大风圈平均半径为187.9n mile；热带气旋中的最大波高中心与热带气旋中心一般不重合，最大波高中心和4m浪最大范围主要出现在热带气旋前进方向的右半圆，特别是右后半圆；最大波高中心与热带气旋中心平均距离为93n mile左右，4m等波高线与热带气旋中心平均距离为235n mile左右.
关键词：水路运输；西北太平洋；热带气旋；大风；波浪；分布特征
中图分类号：U675.12
文献标志码：A
0 引言
热带气旋是发生在热带洋面上的强烈的气旋性风暴，它来临时会带来狂风、暴雨、巨浪、风暴潮等恶劣天气，给船舶的航行安全带来巨大威胁.因此，正确掌握热带气旋大风和波浪分布特征，对有效避开热带气旋的恶劣天气区、保障航行安全具有重要意义.在热带气旋风浪分布特征方面，前人也已开展一些研究.林均珊等应用西北太平洋50个台风的波浪资料进行统计分析，获得台风主要参数与台风波高之间的关系；庄丽通过对西北太平洋1986-1996年7-11月具有代表性的35个台风波浪场资料的统计分析，给出不同强度的台风波浪场分布特征的统计模型；孔亚珍等通过对3次台风过程的波浪实际观测，分析台风浪的分布特征；庄红波等利用海洋自动站的监测资料分析“海马”（1104）、“韦森特”（1208）台风影响下的气象及海洋水文参数变化；陈登俊等分析中国近海主要天气系统影响下的海浪场分布特点；邹燕等基于台风年鉴资料建立台风近中心最大风速与其近中心最低气压之间的统计关系式；一些学者利用海浪模式对台风浪场进行数值模拟.上述研究都得到一些有意义的结论，具有较好的实用价值，但在热带气旋7级和10级以上大风的分布特征以及对船舶航行影响较大的4m以上大浪分布特征方面的研究还未见有报道，本文利用2011-2013年日本发布的地面分析图和波浪分析图上61个热带气旋的大风和波浪资料，对西北太平洋热带气旋的大风和波浪分布特征进行统计分析，得到一些有意义的统计结果，为航行船舶有效避离热带气旋的恶劣天气区域提供参考.
1 资料来源及说明
热带气旋的近中心最大风速、近中心最低气压、10级和7级以上大风圈半径等资料取自2011-2013年日本发布的每日世界时00时，06时，12时，18时地面分析图.热带气旋的最大波高、4m以上大浪等资料取自2011-2013年日本发布的每日世界时00时的波浪分析图，
在分析大风和波浪分布特征时，为便于叙述，将热带气旋按其移动路径顺时针方向划分为8个风区，见图1.下文提到的热带气旋的前半圆、后半圆、右半圆、左半圆、右前部、右中部、右后部、左前部、左中部、左后部、前中部、后中部等各部位名称与风区的对应关系见表1.
2 热带气旋中的大风分布特征
2.1 近中心最大平均风速
热带气旋近中心最大平均风速与其强度有非常密切的关系.图2为近中心最大平均风速随中心气压的分布.由图2可见，近中心最大平均风速随中心气压的升高而逐渐减小，通过线性、指数、对数、非线性等曲线模拟，发现两者之间存在较好的二次非线性关系，相关系数R高达0.996.拟合方程为式中：y为近中心最大平均风速，kn；x=（Pmin-895）/5，Pmin为近中心最低气压，单位为hPa.根据上述拟合方程计算得到的近中心最大平均风速的平均绝对误差小于利用旋衡风方程导出的经验公式和目前业务使用的Atkinson—Holliday经验公式计算得到的平均绝对误差（见表2）.该统计结果可为船舶利用热带气旋的中心气压值估算热带气旋近中心最大平均风速提供一种有效途径.
2.2 10级以上大风圈分布特征
热带气旋10级以上大风圈半径一般为20-200n mile，平均为73.5n mile. 一般热带气旋强度越强，10级以上大风圈半径也越大.图3为不同强度等级热带气旋10级以上大风圈半径的分布图.由图3可见：对于中心气压小于940hPa的强热带气旋，其半径变化幅度相对较小，一般为80-100n mile；而对于中心气压大于940hPa的热带气旋，其半径变化幅度相对较大，一般为40-80n mile；随着热带气旋强度的增强，其半径呈线性趋势增大.
热带气旋10级以上大风一般以热带气旋为中心呈对称分布，这类热带气旋占85.9%.在不对称分布的热带气旋中，94.2%的热带气旋10级以上大风最大范围出现在热带气旋前进方向的右半圆.
2.3 7级以上大风圈分布特征
热带气旋7级以上大风圈半径一般为50-400n mile，平均为187.9n mile.一般热带气旋强度越强，7级以上大风圈半径也越大，图4为不同强度等级热带气旋7级以上大风圈半径的分布图.由图4可见：对于中心气压小于960hPa的强热带气旋，其半径变化幅度相对较小，一般为200-250n mile；而对于中心气压大于960hPa的热带气旋，其半径变化幅度相对较大，一般为100-200n mile；随着热带气旋强度的增强，其半径呈线性趋势增大.这与10级以上大风圈半径的变化趋势相似.
与10级以上大风分布不同的是，7级以上大风以热带气旋为中心呈不对称分布的居多，占57.4%.在不对称分布的热带气旋中，7级以上大风最大范围主要出现在热带气旋前进方向的右半圆，占76.5%，出现在其他半圆的占23.5%.
由此可见，无论是10级以上还是7级以上大风，如大风范围分布不对称，则大风范围最大区域一般都出现在热带气旋前进方向的右半圆，这主要是因为北半球右半圆紧邻副热带高压，那里气压梯度大，大风风力和范围相对也较大.
3 热带气旋中的波浪分布特征
3.1 最大波高及其分布
热带气旋中的最大波高与热带气旋强度有密切的关系.图5和6分别为热带气旋中的最大波高随中心气压和近中心最大平均风速的分布，由图5和6可见，热带气旋中心气压越低、近中心最大平均风速越大，最大波高也越大，最大波高分别与中心气压和近中心最大平均风速之间存在较好的二次非线性关系，相关系数R分别达到0.995和0.992.对于中心气压在950hPa以下，近中心最大平均风速在80kn以上的热带气旋，平均最大波高达到8m以上，而且各强度等级热带气旋的平均最大波高差异较小；对于中心气压在950hPa以上，近中心最大平均风速在80kn以下的热带气旋，平均最大波高随强度的变化较为明显，随强度的减弱而迅速减小.
热带气旋中的最大波高中心与热带气旋中心一般不重合，图7为最大波高中心在热带气旋前进方向各方位上出现的百分比.由图7可见：最大波高中心主要出现在热带气旋前进方向的右半圆（含右前、右中和右后），占88.7%，其中又以右中和右后最多，占71.2%；出现在热带气旋前进方向后方、前方和左半圆（含左前、左中和左后）的分别占4.7%，3.9%和2.7%.这主要是由于右半圆紧邻副热带高压，两者之间气压梯度大，风浪相对也大，图8为最大波高中心与热带气旋中心各距离上最大波高中心出现的百分比.由图8可见，最大波高中心主要出现在离热带气旋中心100n mile以内的范围内，占70%以上，其中在50-100n mile内出现频率最高，占40%以上，最大波高中心与热带气旋中心平均距离为92.9n mile.
3.2 4m以上大浪的分布特征
4m以上的大浪对船舶航行会造成巨大威胁.本文对热带气旋4m以上的大浪范围进行统计分析.4m以上的大浪范围以热带气旋中心到4m等高线的距离表示，因在不同方位上热带气旋中心到4m等高线的距离是不相等的，分析中以热带气旋NE，SE，SW，NW等4个方位作为代表性方位，分别统计这4个方位上热带气旋中心到4m等高线的距离，并将其平均值作为热带气旋4m以上大浪的范围，分析发现，4m以上大浪范围以热带气旋为中心呈不对称分布，4m浪最大范围主要出现在热带气旋前进方向的右半圆，占75%以上，其中又以右后半圆居多，占60%以上，出现在其他部位的不到25%.4m以上的大浪范围与气旋强度有密切的关系.表3为不同强度热带气旋4m等波高线与热带气旋中心平均距离，由表3可见，一般强度越强，4m浪范围越大，对于中心气压在980hPa以下的热带气旋，4m等波高线与热带气旋中心平均距离在250n mile以上，平均最大距离在380n mile以上；对于中心气压在980 hPa以上的热带气旋，4m等波高线与热带气旋中心平均距离在170n mile以下，平均最大距离在310n mile以下.
笔者曾对温带气旋的波浪分布特征进行过研究，通过对热带气旋与温带气旋波浪分布特征的比较，发现热带气旋的波浪分布特点与温带气旋有很大的不同，北半球温带气旋中最大波高中心主要出现在气旋中心西南部位，而热带气旋主要出现在其前进方向的右后半圆；温带气旋最大波高中心与气旋中心的平均距离为350n mile左右，而热带气旋中最大波高中心与热带气旋中心的平均距离为93n mile左右，远小于温带气旋；4m以上大浪范围温带气旋远大于热带气旋，对于中心气压在980hPa以下的温带气旋，4m等波高线与其中心平均距离在800n mile以上，平均最大距离在l200n mile以上，而对于同样强度的热带气旋，4m等波高线与其中心平均距离在250n mile以上，平均最大距离在380n mile以上，鉴于热带气旋与温带气旋在风浪分布特征上的不同，对这两种气旋可以采取不同的避离方法，对于热带气旋，由于其大风浪范围相对较小，可以采取绕航的方法来避离；对于温带气旋，由于其大风浪范围相对较大，采取绕航的方法来避离是不可取的，必要时可以穿越，但尽量考虑从其北侧（高纬度一侧）通过，因为那里的风浪相对较小.
4 结束语
通过对热带气旋大风和波浪分布特征的分析，得到以下几点主要结论：
（1）热带气旋的近中心最大平均风速与中心气压存在较好的二次非线性关系，利用该统计关系式计算得到的近中心最大平均风速的平均绝对误差小于利用其他经验公式计算得到的近中心最大平均风速的平均绝对误差.
（2）热带气旋10级以上大风基本上以热带气旋为中心呈对称分布，7级以上大风以热带气旋为中心呈不对称分布的居多，大风范围最大区域一般出现在热带气旋前进方向的右半圆.10级以上大风圈平均半径为73.5n mile，7级以上大风圈平均半径为187.9n mile.一般热带气旋越强，大风范围也越大.
（3）热带气旋中的最大波高与热带气旋强度有密切的关系.热带气旋中心气压越低、近中心最大风速越大，最大波高也越大.最大波高中心与热带气旋中心一般不重合，最大波高中心主要出现在热带气旋前进方向的右半圆，特别是右后半圆，与热带气旋中心的距离一般在100n mile范围内.
（4）热带气旋4m以上大浪范围以热带气旋为中心呈不对称分布，4m浪最大范围主要出现在热带气旋前进方向的右半圆，特别是右后半圆.4m以上的大浪范围与气旋强度有密切的关系，一般强度越强，4m浪范围越大.4m等波高线与热带气旋中心平均距离为235n mile左右，平均最大距离为377n mile左右，
摘要：为给航行船舶有效避离热带气旋提供参考，利用日本发布的2011-2013年亚洲地面分析图和西北太平洋波浪分析图，对发生在西北太平洋上的61个热带气旋的大风和波浪分布特征进行统计分析，主要结论：热带气旋的近中心最大平均风速与中心气压存在较好的二次非线性关系；10级以上大风一般以热带气旋为中心呈对称分布，7级以上大风以热带气旋为中心呈不对称分布的居多，7级以上大风最大范围一般出现在热带气旋前进方向的右半圆；10级以上大风圈平均半径为73.5n mile，7级以上大风圈平均半径为187.9n mile；热带气旋中的最大波高中心与热带气旋中心一般不重合，最大波高中心和4m浪最大范围主要出现在热带气旋前进方向的右半圆，特别是右后半圆；最大波高中心与热带气旋中心平均距离为93n mile左右，4m等波高线与热带气旋中心平均距离为235n mile左右.
关键词：水路运输；西北太平洋；热带气旋；大风；波浪；分布特征
中图分类号：U675.12
文献标志码：A
0 引言
热带气旋是发生在热带洋面上的强烈的气旋性风暴，它来临时会带来狂风、暴雨、巨浪、风暴潮等恶劣天气，给船舶的航行安全带来巨大威胁.因此，正确掌握热带气旋大风和波浪分布特征，对有效避开热带气旋的恶劣天气区、保障航行安全具有重要意义.在热带气旋风浪分布特征方面，前人也已开展一些研究.林均珊等应用西北太平洋50个台风的波浪资料进行统计分析，获得台风主要参数与台风波高之间的关系；庄丽通过对西北太平洋1986-1996年7-11月具有代表性的35个台风波浪场资料的统计分析，给出不同强度的台风波浪场分布特征的统计模型；孔亚珍等通过对3次台风过程的波浪实际观测，分析台风浪的分布特征；庄红波等利用海洋自动站的监测资料分析“海马”（1104）、“韦森特”（1208）台风影响下的气象及海洋水文参数变化；陈登俊等分析中国近海主要天气系统影响下的海浪场分布特点；邹燕等基于台风年鉴资料建立台风近中心最大风速与其近中心最低气压之间的统计关系式；一些学者利用海浪模式对台风浪场进行数值模拟.上述研究都得到一些有意义的结论，具有较好的实用价值，但在热带气旋7级和10级以上大风的分布特征以及对船舶航行影响较大的4m以上大浪分布特征方面的研究还未见有报道，本文利用2011-2013年日本发布的地面分析图和波浪分析图上61个热带气旋的大风和波浪资料，对西北太平洋热带气旋的大风和波浪分布特征进行统计分析，得到一些有意义的统计结果，为航行船舶有效避离热带气旋的恶劣天气区域提供参考.
1 资料来源及说明
热带气旋的近中心最大风速、近中心最低气压、10级和7级以上大风圈半径等资料取自2011-2013年日本发布的每日世界时00时，06时，12时，18时地面分析图.热带气旋的最大波高、4m以上大浪等资料取自2011-2013年日本发布的每日世界时00时的波浪分析图，
在分析大风和波浪分布特征时，为便于叙述，将热带气旋按其移动路径顺时针方向划分为8个风区，见图1.下文提到的热带气旋的前半圆、后半圆、右半圆、左半圆、右前部、右中部、右后部、左前部、左中部、左后部、前中部、后中部等各部位名称与风区的对应关系见表1.
2 热带气旋中的大风分布特征
2.1 近中心最大平均风速
热带气旋近中心最大平均风速与其强度有非常密切的关系.图2为近中心最大平均风速随中心气压的分布.由图2可见，近中心最大平均风速随中心气压的升高而逐渐减小，通过线性、指数、对数、非线性等曲线模拟，发现两者之间存在较好的二次非线性关系，相关系数R高达0.996.拟合方程为式中：y为近中心最大平均风速，kn；x=（Pmin-895）/5，Pmin为近中心最低气压，单位为hPa.根据上述拟合方程计算得到的近中心最大平均风速的平均绝对误差小于利用旋衡风方程导出的经验公式和目前业务使用的Atkinson—Holliday经验公式计算得到的平均绝对误差（见表2）.该统计结果可为船舶利用热带气旋的中心气压值估算热带气旋近中心最大平均风速提供一种有效途径.
2.2 10级以上大风圈分布特征
热带气旋10级以上大风圈半径一般为20-200n mile，平均为73.5n mile. 一般热带气旋强度越强，10级以上大风圈半径也越大.图3为不同强度等级热带气旋10级以上大风圈半径的分布图.由图3可见：对于中心气压小于940hPa的强热带气旋，其半径变化幅度相对较小，一般为80-100n mile；而对于中心气压大于940hPa的热带气旋，其半径变化幅度相对较大，一般为40-80n mile；随着热带气旋强度的增强，其半径呈线性趋势增大.
热带气旋10级以上大风一般以热带气旋为中心呈对称分布，这类热带气旋占85.9%.在不对称分布的热带气旋中，94.2%的热带气旋10级以上大风最大范围出现在热带气旋前进方向的右半圆.
2.3 7级以上大风圈分布特征
热带气旋7级以上大风圈半径一般为50-400n mile，平均为187.9n mile.一般热带气旋强度越强，7级以上大风圈半径也越大，图4为不同强度等级热带气旋7级以上大风圈半径的分布图.由图4可见：对于中心气压小于960hPa的强热带气旋，其半径变化幅度相对较小，一般为200-250n mile；而对于中心气压大于960hPa的热带气旋，其半径变化幅度相对较大，一般为100-200n mile；随着热带气旋强度的增强，其半径呈线性趋势增大.这与10级以上大风圈半径的变化趋势相似.
与10级以上大风分布不同的是，7级以上大风以热带气旋为中心呈不对称分布的居多，占57.4%.在不对称分布的热带气旋中，7级以上大风最大范围主要出现在热带气旋前进方向的右半圆，占76.5%，出现在其他半圆的占23.5%.
由此可见，无论是10级以上还是7级以上大风，如大风范围分布不对称，则大风范围最大区域一般都出现在热带气旋前进方向的右半圆，这主要是因为北半球右半圆紧邻副热带高压，那里气压梯度大，大风风力和范围相对也较大.
3 热带气旋中的波浪分布特征
3.1 最大波高及其分布
热带气旋中的最大波高与热带气旋强度有密切的关系.图5和6分别为热带气旋中的最大波高随中心气压和近中心最大平均风速的分布，由图5和6可见，热带气旋中心气压越低、近中心最大平均风速越大，最大波高也越大，最大波高分别与中心气压和近中心最大平均风速之间存在较好的二次非线性关系，相关系数R分别达到0.995和0.992.对于中心气压在950hPa以下，近中心最大平均风速在80kn以上的热带气旋，平均最大波高达到8m以上，而且各强度等级热带气旋的平均最大波高差异较小；对于中心气压在950hPa以上，近中心最大平均风速在80kn以下的热带气旋，平均最大波高随强度的变化较为明显，随强度的减弱而迅速减小.
热带气旋中的最大波高中心与热带气旋中心一般不重合，图7为最大波高中心在热带气旋前进方向各方位上出现的百分比.由图7可见：最大波高中心主要出现在热带气旋前进方向的右半圆（含右前、右中和右后），占88.7%，其中又以右中和右后最多，占71.2%；出现在热带气旋前进方向后方、前方和左半圆（含左前、左中和左后）的分别占4.7%，3.9%和2.7%.这主要是由于右半圆紧邻副热带高压，两者之间气压梯度大，风浪相对也大，图8为最大波高中心与热带气旋中心各距离上最大波高中心出现的百分比.由图8可见，最大波高中心主要出现在离热带气旋中心100n mile以内的范围内，占70%以上，其中在50-100n mile内出现频率最高，占40%以上，最大波高中心与热带气旋中心平均距离为92.9n mile.
3.2 4m以上大浪的分布特征
4m以上的大浪对船舶航行会造成巨大威胁.本文对热带气旋4m以上的大浪范围进行统计分析.4m以上的大浪范围以热带气旋中心到4m等高线的距离表示，因在不同方位上热带气旋中心到4m等高线的距离是不相等的，分析中以热带气旋NE，SE，SW，NW等4个方位作为代表性方位，分别统计这4个方位上热带气旋中心到4m等高线的距离，并将其平均值作为热带气旋4m以上大浪的范围，分析发现，4m以上大浪范围以热带气旋为中心呈不对称分布，4m浪最大范围主要出现在热带气旋前进方向的右半圆，占75%以上，其中又以右后半圆居多，占60%以上，出现在其他部位的不到25%.4m以上的大浪范围与气旋强度有密切的关系.表3为不同强度热带气旋4m等波高线与热带气旋中心平均距离，由表3可见，一般强度越强，4m浪范围越大，对于中心气压在980hPa以下的热带气旋，4m等波高线与热带气旋中心平均距离在250n mile以上，平均最大距离在380n mile以上；对于中心气压在980 hPa以上的热带气旋，4m等波高线与热带气旋中心平均距离在170n mile以下，平均最大距离在310n mile以下.
笔者曾对温带气旋的波浪分布特征进行过研究，通过对热带气旋与温带气旋波浪分布特征的比较，发现热带气旋的波浪分布特点与温带气旋有很大的不同，北半球温带气旋中最大波高中心主要出现在气旋中心西南部位，而热带气旋主要出现在其前进方向的右后半圆；温带气旋最大波高中心与气旋中心的平均距离为350n mile左右，而热带气旋中最大波高中心与热带气旋中心的平均距离为93n mile左右，远小于温带气旋；4m以上大浪范围温带气旋远大于热带气旋，对于中心气压在980hPa以下的温带气旋，4m等波高线与其中心平均距离在800n mile以上，平均最大距离在l200n mile以上，而对于同样强度的热带气旋，4m等波高线与其中心平均距离在250n mile以上，平均最大距离在380n mile以上，鉴于热带气旋与温带气旋在风浪分布特征上的不同，对这两种气旋可以采取不同的避离方法，对于热带气旋，由于其大风浪范围相对较小，可以采取绕航的方法来避离；对于温带气旋，由于其大风浪范围相对较大，采取绕航的方法来避离是不可取的，必要时可以穿越，但尽量考虑从其北侧（高纬度一侧）通过，因为那里的风浪相对较小.
4 结束语
通过对热带气旋大风和波浪分布特征的分析，得到以下几点主要结论：
（1）热带气旋的近中心最大平均风速与中心气压存在较好的二次非线性关系，利用该统计关系式计算得到的近中心最大平均风速的平均绝对误差小于利用其他经验公式计算得到的近中心最大平均风速的平均绝对误差.
（2）热带气旋10级以上大风基本上以热带气旋为中心呈对称分布，7级以上大风以热带气旋为中心呈不对称分布的居多，大风范围最大区域一般出现在热带气旋前进方向的右半圆.10级以上大风圈平均半径为73.5n mile，7级以上大风圈平均半径为187.9n mile.一般热带气旋越强，大风范围也越大.
（3）热带气旋中的最大波高与热带气旋强度有密切的关系.热带气旋中心气压越低、近中心最大风速越大，最大波高也越大.最大波高中心与热带气旋中心一般不重合，最大波高中心主要出现在热带气旋前进方向的右半圆，特别是右后半圆，与热带气旋中心的距离一般在100n mile范围内.
（4）热带气旋4m以上大浪范围以热带气旋为中心呈不对称分布，4m浪最大范围主要出现在热带气旋前进方向的右半圆，特别是右后半圆.4m以上的大浪范围与气旋强度有密切的关系，一般强度越强，4m浪范围越大.4m等波高线与热带气旋中心平均距离为235n mile左右，平均最大距离为377n mile左右，
