2021年南半球22号热带气旋Marian 3月6日06时(世界时)风场图(图片来源:Multiplatform Tropical Cyclone Surface Winds Analysis NOAA)
基于精细观测资料绘制出的台风风场中布满了密密麻麻的风向标,不仅让不少人看得头晕眼花,还有可能引发密集恐惧症。有没有更为简单明了的方式能够刻画台风低层风场的结构呢?答案是肯定的。
在将台风的结构近似视为对称规则的圆形后,人们把方位平均后的低层风场风速画在一个以台风中心为原点,以半径为横轴,风速为纵轴的坐标系中,这样就得到了台风低层风场的径向分布廓线。通过这条曲线,便能直观地把握台风低层风速是如何随离台风中心的距离而变化的——靠近台风中心位置是个无风区,随半径向外风速近似成线性增长,在达到最大风速后,随半径向外风速又逐渐衰减直至趋近于0。
两条形态不同的台风低层风场径向分布图
都知道乾坤圈、甜甜圈,那风圈是个什么圈?如果你掌握了上述台风低层风场的径向分布廓线,那么我们就可以来解答“台风风圈是什么”这个问题啦。
根据风速径向廓线,在最大风速半径外,当方位平均风速衰减至一定大小时,与之对应的是距离台风中心的半径大小。若在台风中心以该半径画一个圈,便得到一个风圈,表示的就是最大风速半径外,台风低层风场中大于某一特定风速的风场所覆盖的范围。
像健美专家用三围来衡量模特人体形态一样,台风低层风场的结构特征也可以用特殊的“三围”——不同的风圈大小来描述。在业务中,台风的“三围”分别指其12级、10级和7级风圈的半径大小,即在最大风速半径外,近地面风速衰减至32.7、24.5以及17.2m/s时离台风中心的距离。
在台风低层风场风速径向廓线上确定7级(绿线)、10级(蓝线)、12级(红线)风圈大小示意图
从形状上来看,风圈并不是规则对称的圆圈。由于与台风相互作用的环境系统以及下垫面的复杂性,大部分台风风场都呈现出非对称结构。为了简洁地描述这种非对称性,台风风圈被分成了四个象限(即东北、西北、西南、东南象限)。西北太平洋上的台风大多活跃于副热带高压的西部到西南部,而台风又是个低压系统,相较于台风西部风场,其东部具有更大的气压差,因此造成了台风最外围7级风圈的平均东部风圈大于西部风圈。
不同象限台风(a)7级(b)10级(c)12级平均风圈半径箱线图(图片来源:向纯怡等《多平台热带气旋表面风场资料在台风结构分析中的应用》)
不同强度的风圈具有不同的预报指示意义:7级风圈表示台风主体环流所带来的大风的影响范围,一般以其半径来衡量台风尺度;10级风圈反映台风强风暴的影响范围,是台风防御的重要参考指标;12级风圈的出现意味着达到了台风级别,是判断台风强灾害范围和影响程度的重要依据。