Original paper

Wind data collected by a fixed-wing aircraft in the vicinity of a tropical cyclone over the south China coastal waters

Chan, P.W.; Hon, K.K.; Foster, S.

Meteorologische Zeitschrift Vol. 20 No. 3 (2011), p. 313 - 321

published: Jun 1, 2011

DOI: 10.1127/0941-2948/2011/0505

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Abstract

The fixed-wing aircraft of Government Flying Service of the Hong Kong Government has recently equipped with an upgraded meteorological measuring system. This system provides horizontal wind velocity components up to 90 m/s at an accuracy of 0.5 m/s for straight and level flight. Besides search and rescue (SAR) missions, this aircraft is also used for windshear and turbulence investigation flights at the Hong Kong International Airport. In a SAR operation in July 2009, the aircraft flew close to the eye of tropical cyclone Molave, when it was located at about 200 km to the east of Hong Kong over the south China coastal waters. The aircraft provided valuable information about the winds in association with Molave because aircraft reconnaissance for tropical cyclones is not carried out for South China Sea. Based on the aircraft measurements, the 1-second mean wind reached the maximum value of 88 knots at a height of 200 m above mean sea level. Assuming a power law with altitude with an exponent of 0.11 over open waters, the corresponding 1-second mean wind at a height of 10 m would be about 63 knots. The maximum 10-minute mean wind reached 69 knots with an average height of 260 m above mean sea level. The corresponding mean at 10 m would be about 48 knots. As such, based on the aircraft measurements (in which the aircraft might not fly into the areas of maximum winds associated with the tropical cyclone), Molave had at least a strength of tropical storm to severe tropical storm at the times of the measurements. Nowadays, the determination of the intensity of tropical cyclones over the South China Sea is normally based on remote sensing data only (e.g. radar and satellite observations). To the knowledge of the authors, the results presented in the paper are the first time that direct measurements of the winds near the centre of a tropical cyclone over the northern part of the South China Sea are made with an aircraft. Apart from the mean wind and gust, other properties of the wind field of Molave are studied, e.g. frequency spectrum of the horizontal wind data, and thus the turbulence associated with this tropical cyclone.

Kurzfassung

Das Flugzeug des Regierungsflugdienstes der Regierung von Hong Kong ist kürzlich mit einem verbesserten meteorologischen Messsystem ausgerüstet worden. Dieses System liefert horizontale Windkomponenten bis 90 m/s mit einer Genauigkeit von 0,5 m/s im Geradeausflug. Neben Rettungsflugeinsätzen wird dieses Flugzeug auch zu Untersuchungen von Windscherungen und Turbulenz am Internationalen Flughafen von Hong Kong eingesetzt. Bei einem Rettungsflugeinsatz im Juli 2009 flog das Flugzeug in die Nähe des Auges des Zyklons Molave, als dieser ca. 200 km östlich von Hong Kong über dem küstennahen Bereich des Südchinesischen Meeres lag. Das Flugzeug lieferte wertvolle Informationen über das Windfeld von Molave, da anderweitige Flugzeugmessungen in Zyklonen über dem Südchinesischen Meer nicht vorgenommen werden. Diesen Messungen zufolge lag das Maximum des über 1 Sekunde gemittelten Winds in 200 m Höhe bei 88 Knoten. Unter der Annahme eines Windprofilexponenten von 0,11 ergibt sich daraus eine Windgeschwindigkeit in 10 m Höhe von 63 Knoten. Die maximale 10 min-Windgeschwindigkeit betrug 69 Knoten in einer durchschnittlichen Höhe von 260 m. Der entsprechende Wert in 10 m Höhe hierzu ergibt sich zu 48 Knoten. Daraus lässt sich ableiten (wobei das Flugzeug nicht in die Bereiche der höchsten Windgeschwindigkeiten des Zyklons hineinfliegen durfte), dass Molave zum Zeitpunkt der Messung zumindest die Stärke eines tropischen bis schweren tropischen Sturms hatte. Heutzutage basiert die Bestimmung der Stärke von Zyklonen über dem Südchinesischen Meer normalerweise auf Fernerkundungsdaten (RADAR- und Satellitenbeobachtungen). Nach dem Wissensstand der Autoren ist dies die erste Flugzeugmessung der Windgeschwindigkeit in der Nähe des Zentrums eines tropischen Sturms über dem nördlichen Teil des Südchinesischen Meers. Zusätzlich zu den Wind- und Böenmessungen werden auch andere Parameter des Windfelds wie das Frequenzspektrum und die Turbulenz im Zusammenhang mit dem tropischen Sturm untersucht.