2011年“洛克”和“桑卡”双台风预报效果的初值试验研究

采用南海台风模式,对2011年业务预报误差较大的台风“洛克”（1115）和“桑卡”（1116）双台风的初值方案进行试验和研究,目的在于寻求改进预报的线索,从而提升台风模式性能。针对“洛克”和“桑卡”台风设计了几组初值方案对比试验,结果表明,仅对弱台风“桑卡”进行重定位和bogus的初值处理,与对双台风都进行初值处理相比较,两台风的路径预报误差减小。分析认为仅对弱台风作初值处理以改善其涡旋环流的影响是该双台风路径预报得以改进的原因。对2011—2012年所有弱台风进行批量预报试验,结果表明对弱台风采用重定位和bogus的初值处理,台风路径预报和强度预报的误差减小。对弱台风进行重定位和bogus初值处理,可改善模式对弱台风的预报效果。此外,目前南海台风模式中现有的bogus方法构造的涡旋相对于弱台风而言云顶偏高,可考虑发展针对弱台风的涡旋模型。      

利用T106L19进行台风路径预报试验

为能提供较长时效的台风路径数值预报,利用国家气象中心中期数值预报业务谱模式T106L19在其第一猜测场或分析场中加入人造台风模型,进行了96小时的台风路径预报试验。结果表明：由于人造台风模型的加入,使T106L19对台风路径的预报能力有较大的提高,尤其是当T106L19的第一猜测场或分析场中台风涡旋相当弱的情况下效果更明显。另外我们采取三种不同的嵌入方式在T106L19,的资料场中加入人造台风。三种方式分别是：分析前加入人造台风模型(将人造台风模型加在第一猜测场上—T106L19的6小时预报场);分析后加入人造台风模型(将人造台风模型加在分析场上);分析前及分析后两次加入人造台风模型。个例试验结果表明：从平均情况来看分析前加入人造台风模型在台风路径预报前期有较好的表现,其24小时预报距离误差为184．5km,48小时为278．1km,72小时为515．6km。结果的分析还发现：T106L19的初值化使所加入的人造台风涡旋有较大的平滑,初值化后的中心气压值一般在995hPa左右。这对于台风路径的预报会有较大的影响。     

应用卫星云导风进行台风路径预报试验

在国家气象中心台风数值预报业务系统中引入国家卫星气象中心提供的卫星云导风资料,进行三项预报试验．首先用卫星云导风资料厂正客观分析风场;其次将云导风资料加人到输对称的人造台风模型风场上,使之产生非对称风场、在前两项试验的基础上进行相应的质量场调整,使之形成较协调的客观分析场和非对称的人造台风模型。试验结果表明：卫星云导风资料订正客观分析风场对台风路径预报有明显改进;用云导风形成人造台风模型非对称风场对台风路径预报也有所改进;对订正后的客观分析场进行质量场调整可进一步提高台风路径预报的精度,而对非对称人造台风模型进行质量场调整,对减小台风路径预报误差作用不明显。     

在台风业务系统中使用卫星云导风资料的试验

在国家气象中心台隐数值预报业务系统中引入国家卫星气象中心提供的卫星云导风资料,进行两项预报试验。第一项是把卫星云导风资料作为观测资料进行最优插值客观分析;第二项是将云导风资料加入到轴对称的人造台风模型风场上,使之产生非对称风场。试验结果表明：卫星云导风资料作为观测资料进入模式后对减小台风路径预报误差效果明显;用云导风形成人造台风模型非对称风场可进一步提高台风路径预报精度。     

南海区域台风路径数值预报业务模式的研究

提出一套解决台风数值预报初始场的方案，构造一个与模式物理过程相协调的人造台同环流，并在此基础上产生人造资料，将人造资料与常规资料混合起来分析，再经过正规模初始化，使模型台风进一步与作者新近研制的有限区域数值预报模式相协调，最后对南海区域台风路径预报作了多方面的敏感性试验，对１９９３、１９９４两年在华南登陆的台风逐一进行预报的结果说明，本模式对华南区域台风的路径完全具有预报能力。     

人造台风模型中三维风场的改进及敏感性模拟研究

对MM5的人造台风风场方案进行了分析,并引入台风移速、移向、摩擦等客观因素构造非对称切向风场,尝试选择合理的径向风方案,并考虑风场垂直结构,改进出三维非对称台风风场模型.通过对"云娜"台风模式初始场的对比发现,径向风及高空反气旋环流的引入突出了台风的基本特征,与观测事实相接近.最后进行敏感性数值模拟,通过比较台风路径及移速、海平面气压、最大风速等模拟要素,结果表明:改进后的台风模型通过订正初始场,对台风路径及强度预报效果的提高也有正效应.     

改进的台风初值化方案及四维变分同化的个例试验

由于洋面上常规观测资料严重不足,使得客观分析的结果难以准确地描写初始台风的热力结构和环流特征,这是造成台风数值预报误差较大的重要原因.传统的Bogus方案虽然对台风预报有很大改进,但是仍有许多不足.文中在前人研究工作的基础上,对Bogus方案进行了改进,提高了对台风强度的描述能力,并结合四维变分资料同化的方法,利用模式动力学约束,自动生成具有非对称环流结构的台风初值,最后进行了四维变分同化试验和数值模拟试验.数值结果表明:这种结合Bogus方法和四维变分同化方法的台风初值化方案对于台风的路径模拟和强度模拟均有较好的改进.     

TBB资料揭示的亚澳季风区季节转换及亚洲夏季风建立的特征

发展了一个用于台风路径预报的初始场人造台风方案。该方案除包含对称台风环流外,也考虑了非对称风的作用。使用双向移动套网格模式作的试验预报结果表明,初始场中引入人造台风后能明显提高径预报的水平。     

一个人造台风方案及其在移动套网格模式中的应用

发展了一个用于台风路径预报的初始场人造台风方案。该方案除包含对称台风环流外,也考虑了非对称凤的作用。使用双向移动套网格模式作的试验预报结果表明,初始场中引入人造台风后能明显提高路径预报的水平。      

适应性非对称人造台风方案对热带气旋路径的模拟预报

设计了一种新的适应性非对称人造台风方案。该方案中，初始场中植入的非对称人造台风不但与初始场之间更为协调，而且还包括较多的非对称信息。应用此方案对两个台风个例的路径进行了数值模拟试验，模拟结果与实况较为接近。     

Application of Equivalent Black Body Temperature in the Forecast of Tropical Cyclone Intensity

Using equivalent black body temperature (TBB) data retrieved from meteorological satellite GMS-5 during 1996-2002,the correlation between the circular symmetric/asymmetric component of TBB and the intensity of tropical cyclone (TC) at various time lags from 0 to 48 h is analyzed for the Northwest Pacific (0°-50°N,120°-155°E),excluding landed and near-coast samples.It is found that the total TBB near southeast of the eyewall,the circular symmetric component,and the sum of the amplitudes of tangential wave numbers 1-10 (SA10) of the TBB between the radii of 0.8°and 1.7°are significantly and negatively correlated with the TC intensity at various time lags from 0 to 48 h.Especially,the maximum 24-h lag correlation coefficients reach -0.52,-0.58,and -0.625,respectively. A statistical prediction scheme for TC intensity is developed based on climatic persistent,synoptic,and TBB factors by stepwise regression technique.It is found that the variance contribution of the averaged TBB over the ring between 1.0°and 1.5°from the TC center ranks the fourth in the equation for 12-h TC intensity prediction,and those of the total TBB near southeast of the eyewall and the difference between maximum and minimum TBB between 1.1°and 1.5°rank the third and fifth respectively in the 24-h forecast equation.It is also shown that,with TBB factors,the following predictions are improved compared to the scheme without TBB factors:48-h prediction for severe tropical storm (STS),12-h prediction for TC with a weakening rate greater than 15 m s~(-1)/12 h,24-h intensity prediction for TC with almost no intensity change,and 48-h prediction for TC intensifying faster than 10 m s~(-1)/48 h.     

STATISTICAL AND COMPOSITE ANALYSIS OF RELATIONSHIP BETWEEN THE NUMBER OF CONVECTIVE CORES AND THE CHARACTERISTICS OF TBB WITHIN THE TROPICAL CYCLONE CIRCULATION AND ITS INTENSITY

Based on the data(including radius of maximum winds) from the JTWC(Joint Typhoon Warning Center),the tropical cyclones(TCs) radii of the outermost closed isobar, TCs best tracks from Shanghai Typhoon Institute and the Black Body Temperature(TBB) of the Japanese geostationary meteorological satellite M1 TR IR1, and combining13 tropical cyclones which landed in China again after visiting the island of Taiwan during the period from 2001 to2010, we analyzed the relationship between the number of convective cores within TC circulation and the intensity of TC with the method of convective-stratiform technique(CST) and statistical and composite analysis. The results are shown as follows:(1) The number of convective cores in the entire TC circulation is well corresponding with the outer spiral rainbands and the density of convective cores in the inner core area increases(decreases) generally with increasing(decreasing) TC intensity. At the same time, the number of convective cores within the outer spiral rainbands is more than that within the inner core and does not change much with the TC intensity. However, the density of convective cores within the outer spiral rainbands is lower than that within the inner core.(2) The relationship described above is sensitive to landing location to some extent but not sensitive to the structure of TC.(3) The average value of TBB in the inner core area increases(decreases) generally with increasing(decreasing) of TC intensity, which is also sensitive to landing situation to some extent. At the same time, the average value of TBB within the outer spiral rainbands is close to that within the entire TC circulation, and both of them are more than that within the inner core. However, they do not reflect TC intensity change significantly.(4) The results of statistical composite based on convective cores and TBB are complementary with each other, so a combination of both can reflect the relationship between TC rainbands and TC intensity much better.     

热带气旋复杂程度的分形维数表征

应用2006-2010年69个热带气旋1 295个时次的红外云图等资料,提取了1 295个TC的外缘线,用圆规法计算了这些外缘线的分形维数。将这1 295个分形维数自小到大排列,按等频数规则,将1 295个数分为5类,分别记为A、B、C、D、E类。A、B、C、D、E类分形维数的均值分别为1.21、1.26、1.29、1.33、1.40。然后寻找与这5个均值最接近的样本。这5个样本的红外云图和TBB等值线分布图显示:随着分形维数的加大,边缘线的非光滑程度逐渐加大,图形与准圆形的偏离程度逐渐加大,TC空间结构的复杂程度也逐渐加大。说明外缘线的分形维数可以在一定程度上定量表征TC的复杂程度。     

热带气旋强度的卫星探测客观估计方法研究

运用2001～2002年6月10日到8月10日西北太平洋上15个热带气旋的日本静止气象卫星（GMS-5）高分辨率红外辐射亮温（TBB）资料，从代表热带气旋强度的热带气旋云系特征中选取多个TBB因子及热带气旋中心所在纬度等因子，结合《热带气旋年鉴》资料，采用逐步回归方法，经多次试验求得热带气旋强度的客观估计算式，复相关系数达到0.80以上。由此式估计的热带气旋中心气压，经24 h滑动平均后的结果与年鉴气压的复相关系数提高到0.89，且两者之间的气压差在±10 hPa之内的占整个样本数的83%以上，与美国新近展示的相关研究结果十分接近。用2000年两个热带气旋作检验，结果很好。该客观方法有望替代目前的Dvorak主观估计方法，成为一种新的业务方法。     

A PRIMARY STUDY OF SUMMER MONSOON INDEX OVER THE SOUTH CHINA SEA AND EAST ASIA BASED ON SATELLITE OBSERVATION

The results by statistical analysis of black body Temperature (TBB) pentad mean from the Japanese GMS in the period of May to August, 1980-2002, show that the summer monsoon index (SMI) is defined to be the pentad mean TBB≤273 K. Its intensity includes three levels: TBB>268 K for weak monsoon, 268 K≥TBB>263 K for normal monsoon and TBB≤263K for strong monsoon over the South China sea and East Asia. In the meantime, a diagnostic method using TBB pentad anomaly is also introduced to help identify monsoon intensity. The SMI is used to run statistical analyses of the initial onset of the monsoon and its pentad variations with the year and month. A fairly close relationship is found between pentad monsoon activity and heavy rainfall periods in the two typical flood years of 1994 and 1998, which resulted from heavy rainfall over the Yangtze River basin and south China.     

国家气象中心台风数值模式的改进及其应用试验

在国家气象中心台风数值模式中进行了扩大预报区域,两次嵌入人造台风模型和模式网格初始移动3个方案试验。试验结果表明:3个方案对台风路径预报效果都有所改进。该文还介绍了应用国家气象中心台风数值模式进行台风中心强度预报的进展。     

Uncertainty in Tropical Cyclone Intensity Predictions due to Uncertainty in Initial Conditions

Focusing on the role of initial condition uncertainty,we use WRF initial perturbation ensemble forecasts to investigate the uncertainty in intensity forecasts of Tropical Cyclone(TC)Rammasun(1409),which is the strongest TC to have made landfall in China during the past 50 years.Forecast results indicate that initial condition uncertainty leads to TC forecast uncertainty,particularly for TC intensity.This uncertainty increases with forecast time,with a more rapid and significant increase after 24 h.The predicted TC develops slowly before 24 h,and at this stage the TC in the member forecasting the strongest final TC is not the strongest among all members.However,after 24 h,the TC in this member strengthens much more than that the TC in other members.The variations in convective instability,precipitation,surface upward heat flux,and surface upward water vapor flux show similar characteristics to the variation in TC intensity,and there is a strong correlation between TC intensity and both the surface upward heat flux and the surface upward water vapor flux.The initial condition differences that result in the maximum intensity difference are smaller than the errors in the analysis system.Differences in initial humidity,and to a lesser extent initial temperature differences,at the surface and at lower heights are the key factors leading to differences in the forecasted TC intensity.These differences in initial humidity and temperature relate to both the overall values and distribution of these parameters.     

台湾海峡区域热带气旋内核深对流特征分析

利用1996-2010年的卫星红外云顶亮温(TBB)资料,研究经过台湾海峡的热带气旋(TC)内核深对流活动特征。根据TC受台湾岛影响的大小分为远海区域、登陆前近海区域、台湾岛区域和海峡区域4个阶段。分析发现,穿越台湾岛进入海峡区域的TC内核结构趋于松散,深对流系统的总面积较远海和近海区域TC小,但深对流系统个数较前期显著增加,活动位置远离TC中心。海峡区域的水体虽然有利于TC内核深对流系统在一定程度上的恢复发展,但并不能明显促进极端强对流系统的加强发展。位于台湾岛和海峡区域TC的深对流系统活动具有明显的非对称特征,特别是海峡区域TC的热塔分布,在TC前进方向左后侧出现的概率最高,超过了半数。     

西藏中东部一次强雷暴天气过程的云图特征分析

利用FY-2C红外卫星云图图像和TBB资料,结合地面常规气象观测资料、地面和高空天气图及物理量资料等,运用天气分析诊断方法,对2008年6月28日—7月3日发生在西藏中东部地区的一次强降水雷暴过程的发生、发展和演变的环流特征、卫星云图特征和物理量场特征进行分析,并试图建立预报标准,形成预报思路和预报概念模型。结果表明：本次过程在FY-2C卫星云图、大尺度环流形势场和物理量场上都有明显的特征。TBB低值区、水汽条件、垂直散度场配置、高温高湿、层结不稳定是预报强雷暴天气的着眼点。TBB低值带与强降水雷暴的落区有很好的对应关系。暴雨的发生区往往是TBB的相对低值中心,雨带摆动及强度与TBB低值带的摆动和强度相一致。TBB≤-33℃,应注意强降水的预报。TBB≤-50℃,可能有暴雨出现。TBB≤-60℃,可能出现大暴雨并伴有雷暴天气。TBB≤-33℃的范围越大、强度越强,降水持续的时间越长、降水强度越强。     

登陆台湾岛热带气旋强度和结构变化的统计分析

利用1949—2008年共60年的《台风年鉴》、《热带气旋年鉴》资料及CMA-STI热带气旋最佳路径数据集,2001—2008年美国联合台风警报中心(JTWC)热带气旋尺度相关资料及日本气象厅(JMA)的TBB资料,统计分析西北太平洋(包括南海)热带气旋(TC)在登陆台湾过程中强度和结构变化的基本特征,主要结论有:(1)TC登陆台湾时强度为台风及以上级别的样本数占总样本数约60%,主要出现在6—9月,东部登陆TC的强度一般比在西部登陆的强;(2)大部分TC在岛上维持6 h左右,登陆时最大风速≤5级和强度为超强台风的TC穿越台湾岛时移动比较缓慢;(3)126个登陆台湾的TC样本过岛后近中心海平面气压平均增加5.61 hPa,近中心最大风速平均减小3.58 m/s,在台湾东部地区登陆TC的衰减率比在西部登陆的大3倍左右;(4)TC在登陆台湾前6 h至离岛后6 h期间其8级和10级风圈半径均明显减小,TC形状略呈长轴为NE-SW向的椭圆状,而其最大风速的半径却逐渐增大;(5)TBB分析结果显示,TC登陆台湾前,其外围对流主要出现在南侧和西侧,结构不对称,登陆以后,TC北部及东部的对流显著发展,外围结构区域对称;但中心附近的强对流则从登陆前6 h开始逐渐减弱消失。表明TC穿越台湾过程中内核结构松散、强度减弱。