沿海复杂山地台风过程风剖线特征——基于声达实测数据的分析与研究

摘要

本研究选取2008—2009两年期间对香港影响较大，致使香港天文台发布至少3号台风预警信号（l0min-l0m风速＞llm/s）的11次台风数据。研究了不同来流地形及不同风力强度下，沿海复杂山地地域中，风场的垂直分布特征，详细讨论了水平风速、水平风向和垂直风速随高度变化的剖线分布情况。研究发现，山地地形强风作用下，不同上游方位区域的风场特征差异明显。山体的阻挡及山体环抱体积的改变可能会产生来流气团上升、下沉对应的垂直对流运动和扩张、收缩对应的水平对流运动，从而导致来流在风速和风向上发生变化，产生出与常规简单地形下不同的甚至相反的特征。跨越山体阻挡后的来流在山体另一侧形成下沉气流，并通过这种向下的对流形式将能量传递给当地风力较弱的下层气流；而来自于较为空旷的来流到达观测点后，由于对面山体的阻挡作用会形成上升气流，并通过这种向上的对流形式为高层输送低能气团物质，从而平衡上下高度层间的能量和风速差异。两种不同的垂直对流运动下的垂直风速剖线均服从对数律分布，并随着风力的加强而变陡。下沉气流作用下的水平风速剖线能较好地服从指数规律分布；而在较高部分偏离对数律分布，出现右摆现象，且该偏离点高度随风力的加强而降低。上升气流作用下的水平风速剖线在一定高度下服从对数律和指数律分布，而在上部因为风力随高度的增幅放慢或停潴而出现偏离，该偏离点高度也随风力的增强而降低。山体环抱容积随来流方向的变化会引发来流的收缩或扩张运动，从而产生水平方向上的对流。沿来流方向收缩的山体容积能导致对应水平风速的增大，反之减小；同时两种情况都会使靠近山体侧面部位气团的风向角沿山体侧壁的走向变化。对应不同方位的来流，在一定高度范围内，水平风速剖线均服从一致的对数律分布，而不随来流方位发生明显变化，且所识别的摩擦速度和指数系数随风速的增加而增大，而地面粗糙度长度则随之减小。