2013年欧洲中心台风集合预报的检验

广州中心气象台利用中国气象局下发的欧洲中心台风集合预报数据,制作了台风集合预报产品,供业务参考应用。利用欧洲中心台风集合预报数据,对2013年1307—1331号热带气旋的集合预报路径和强度进行检验,通过对比集合平均、模式高分辨率确定性预报和预报员主观预报,发现路径集合平均在24~120 h预报误差最小;在有限的预报样本数中,从热带风暴到台风级别的热带气旋,各预报时效路径集合平均的误差随强度增强而减小;强引导气流背景下的热带气旋预报误差小于弱引导气流的误差。对比强度集合平均和模式高分辨率确定性预报,发现各时效集合平均的误差比确定性预报大,随着预报时效的延长误差没有明显增大或减小的趋势,而且强度集合平均预报,在中心最低气压、中心最大风速、热带气旋等级都表现出明显的系统性偏弱特征;对不同级别的热带气旋强度预报,集合平均的误差随强度增强而增大,即强度集合预报对强度较弱的热带气旋有更高的准确率;对比受强、弱引导气流影响的两类热带气旋,集合平均对受弱引导气流影响的一类预报误差更小。     

多平台热带气旋表面风场资料在台风结构分析中的应用

本文利用2007-2014年美国海洋和大气管理局的多平台热带气旋表面风场资料(Multiplatform Tropical Cyclone Surface Wind Analysis,MTCSWA)对西北太平洋和南海区域内共210个编号热带气旋进行了统计分析。结果表明,MTCSWA资料中的最大风速(V_(MAX))相较最佳路径强度偏弱10%~15%,对于较弱的台风存在一定的高估。最大风速半径(R_(MAX))与台风强度之间存在一定的线性关系且在不同区域具有不同的分布特征。由于R_(MAX)与台风的强度有关,对于强度达到强热带风暴以上级别的各个海区内台风其结构差异不明显,而对于强度较弱的台风(强热带风暴以下)其最大风速半径具有一定的区域分布差异。对台风各级风圈半径的分析结果显示:7级风圈半径通常是东部大于西部,而10和12级风区半径没有这种现象。利用MTCSWA的内核区高分辨率对1215号超强台风布拉万分析发现,在其内外眼墙置换过程中,内外眼墙之间的距离(R_2-R_1)逐渐减小,内眼墙的风速(V_1)逐渐减小,而外眼墙的风速(V_2)逐渐增加,且在此过程中伴随有台风强度的短暂波动。最后结合MTCSWA资料和数值预报讨论了一种台风结构参数的客观估计方法,其检验结果表明该方法对R_(MAX)和各级风圈半径均有一定的估计能力。     

基于随机全倾向扰动的台风路径集合预报试验

以GRAPES-TCM为试验模式设计3种集合方案对2011年9个台风进行109次72 h的路径集合预报试验。结果显示:在3种集合方案中,路径预报效果总体最好的是方案1,其路径平均绝对误差与台风移速、移向的总体偏差都最小;方案1和方案2的平均绝对误差与台风移速、移向的总体偏差都小于它们的控制预报的结果,集合预报表现出优于确定性预报的预报能力;与实况比较,3种集合方案预报的台风移向总体以偏右为主,台风移速在积分后期以偏慢为主;方案1的路径离散度最大,方案3最小,3种方案的集合离散度比其合理的离散度都明显偏小;与国内外8个业务数值模式的预报结果比较,方案1的路径预报优于除欧洲中心数值模式以外的7个业务模式的预报,表现出一定的业务应用价值。      

轴对称模型台风的改进方案及其对0425号台风数值模拟的效果

西北太平洋台风切向风廓线存在明显的差异,目前MM5中尺度数值模式NCAR-AFWA的模型台风（bogus）方案中仅使用了最大风速和最大风速半径两个参数,有时不能准确地描述台风的外围结构。通过引入十级风圈平均半径和七级风圈平均半径对NCAR-AFWA的bogus切向风廓线进行改进,然后对0425号台风“洛坦”的路径和强度进行模拟,结果发现：在台风bogus切向风廓线中同时引入十级风圈平均半径和七级风圈平均半径对台风路径和强度模拟均有改进,同时对台风大风范围的模拟也有改进。     

涡旋结构和环境场对台风“黑格比”（2020）强度变化的影响

为进一步认识影响台风强度预报的因素,提升对台风最大强度预报的能力,利用高精度集合模拟试验对2020年第4号台风“黑格比”的发展增强过程进行了分析,探讨了初期涡旋和大尺度环境背景对台风最大强度的影响。结果表明：描述初期台风涡旋特征的10 m最大轴对称切向风、最大风速半径附近及其外侧低层的轴对称切向风和入流以及涡旋的丰满度均与台风最大强度有较好的相关：最大轴对称切向风能够更早且更准确地指示台风最大强度;最大风速半径附近及其外侧低层的轴对称切向风和入流越强,其伴随的向台风内核区输入的角动量越大,台风的最大强度也越强;初期台风涡旋的丰满度与最大强度的相关远高于外围风圈和最大风速半径与最大强度的相关,意味着对于小台风“黑格比”而言,只要初期涡旋丰满度大,其最大强度也会很强。“黑格比”的最大强度与其西侧“森拉克”台风和东侧副热带高压也密切相关,若这两者都偏强,不仅使得“黑格比”引导气流的向北分量偏强,导致台风快速北移受到干空气影响,还会使得“黑格比”的环境风垂直切变增大,不利于台风达到更强的最大强度。对于这类台风而言,初始涡旋结构和邻近台风及副热带高压的准确描述是提高台风最大强度预报能力的重要前提...     

热带气旋风圈统计及业务应用

利用2003—2019年的中央气象台台风实况报文资料,进行了统计分析,结果表明:7级风圈半径频率峰值集中在300 km左右,10级风圈半径为100 km左右,而12级风圈则在40 km左右;7、10、12级风圈半径的频率峰值分别对应着不同的风速,7级风圈频率峰值对应的风速介于28～40 m/s,10级介于35～50 m/s之间,12级介于42～52 m/s之间;各级风圈半径大小基本随热带气旋强度的增加而增加;在此基础上给出了业务中可供预报员参考的、不同台风风圈半径下各级风速对应的百分位风圈数值。     

我国近海洋面10 m风速集合预报客观订正方

利用2013—2015年ECMWF集合预报10 m风场及我国沿岸和近海88个代表站点风速实况观测,建立基于ECMWF集合预报众数的我国近海洋面10 m风速客观订正方法。集合预报众数正确率及稳定性高于中值及平均值,因此基于集合预报众数,综合考虑历史数据的预报概率及集合预报各个成员的分布情况进行客观订正,可以提高订正效果。订正后的6~7级、8~9级风速偏小的误差及TS评分有明显改进,其中72~120 h预报时效的8~9级风速预报的TS评分由0.04增加到0.44,能够有效提高中长期时效大量级风速的预报能力。订正的风速产品对于我国近海冷空气及台风大风天气过程有较好的预报效果。     

GRAPES区域集合预报系统对登陆台风预报的检验评估

针对2015年7—9月登陆中国大陆沿海的台风,利用GRAPES-REPS区域集合预报资料和集合统计诊断分析方法,对登陆台风的移动路径、时间、地点、强度和降水等进行检验评估,以期为预报员应用GRAPES登陆台风概率预报提供依据。检验结果表明,(1)集合平均移动路径要优于控制预报,集合预报各成员登陆地点存在20~340 km差异,但实况登陆地点均能落在集合成员登陆地点中。(2)对24 h和48 h登陆地点误差而言,集合平均较控制预报更接近实况。(3)随着预报时间的趋近,集合平均、控制预报和集合成员登陆地点距离误差逐渐缩小,登陆地点空间位置预报也没有明显的系统性误差。(4)集合成员对台风登陆时间预报偏早,平均提前2.3 h。(5)在强度预报中,尽管最低气压和近中心最大风速存在登陆前偏弱而登陆后偏强的趋势,但登陆点预报值区间包含了实况观测值,表明GRAPES-REPS集合预报能够较好展示多种可能信息。(6)不同量级降水AROC评分为0.56~0.76,具有预报参考价值;另外AROC评分的高低及台风暴雨落区的准确性与台风登陆点和登陆时间误差密切相关。可见,GRAPES-REPS区域集合预报可以在台风登陆地点、时间、强度和降水预报等方面提供更多的预报不确定性信息,有助于做出正确的预报决策。      

深圳对流尺度集合预报系统对台风降水预报的检验评估

目前数值模式对台风降水预报的准确率仍有待提高。为了评估深圳对流尺度集合预报系统对台风降水预报能力,选取了2015—2018年共14个影响广东台风个例,利用广东省2 300多个自动气象观测站的24小时累计降水观测资料,检验该系统的集合预报方法(含集合平均方法和概率匹配平均方法)和控制预报方法的24小时降水预报结果。(1)系统对台风24小时降水预报具有较好参考价值,三种方法的暴雨等级预报TS评分均达到0.39以上。(2)集合预报方法总体上优于控制预报方法,可改善珠江口两侧暴雨中心降水预报。其中集合平均方法总体预报效果最好,其降水预报均方根误差为38.1 mm,比控制预报方法减少18.8%,对暴雨等级预报TS评分为0.469比控制,预报方法提升20.1%,但是对特大暴雨等级预报能力不足;而概率匹配平均方法改善了小雨和特大暴雨的预报能力。(3)系统对较强台风的降水预报能力优于弱台风。在较强台风情形下,系统对粤东暴雨中心降水预报明显偏小且控制预报方法偏差最大,其他地方降水预报偏大为主;在弱台风情形下,系统对降水预报存在明显系统性偏大,但对粤西暴雨中心降水预报明显偏小且控制预报偏差最大。      

“23·7”华北特大暴雨数值预报检验评估

针对“23·7”华北特大暴雨过程,采用天气学检验及TS(thrcat scorc)评分和MODE(mcthod for objcct-bascd diagnostic cvaluation)方法对中国气象局高分辨率全球同化预报系统(CMA-GFS)、较低分辨率全球集合预报系统(CMA-EPS)、欧洲中期数值预报中心集合预报系统(EC-EPS)和业务预报模式(EC-HR)、美国环境预报中心全球预报系统(NCEP-GFS)等全球模式和中国气象局区域台风数值预报系统(CMA-TYM)、中尺度天气数值预报系统(CMA-MESO)和区域数值预报系统(CMA-BJ)等进行中短期预报效果检验评估。结果表明:EC-EPS提前14 d预报京津冀一带有过程累积降水量超过100 mm强降水的发生概率,CMA-EPS可提前12 d报出,但预报欠稳定且落区偏东偏南。EC-HR对100 mm以上过程累积降水量及2 d以上暴雨日的位置预报提前时效均达8 d左右,CMA-GFS的过程累积降水量预报显著偏小、强降水落区明显偏东,可用预报时效短;NCEP-GFS预报性能介于二者之间。各模式均可提前36 h预报强降水落区和...     

台风路径数值预报实时订正技术及其集成应用

以台风路径数值预报的短时效预报偏差和目标时效（指所需订正的时效）的纬度预报为预报因子,采用多元线性回归方法建立了台风路径预报的偏差预估方程,继而对台风路径预报进行实时订正。本文以12 h为短时效,通过对欧洲中期天气预报中心确定性预报模式（ECMWF-IFS）和集合预报模式（ECMWF-EPS）的台风路径预报的应用,得到以下结论:2018年试报结果表明,24 h、36 h、48 h、60 h、72 h、84 h订正后的ECMWF-IFS台风路径预报的平均距离误差分别比订正前减小了7.3 km、9.3 km、8.9 km、6.5 km、6.9 km、2.6 km,总体来说较强台风（指12 h的台风强度实况≥32.7 m s?1）路径预报的订正效果更好。尝试了先对ECMWF-EPS各成员的台风路径预报进行订正,再进行集成预报,并对比了以下5种方式得到的台风路径预报:“订正后的确定性预报”、“所有集合预报成员集合平均”、“优选集合预报成员集合平均”、“所有集合预报成员先订正再集合平均”和“优选集合预报成员先订正再集合平均”,2018年试报结果表明,对于平均距离误差,24 h和36 h“优选集合预报成员先订正再集合平均”最小,48 h和60 h“所有集合预报成员先订正再集合平均”最小,72 h和84 h“优选集合预报成员集合平均”最小,如果在业务中有针对性地进行应用,有望获得一个在各预报时效表现都较优异的台风路径客观综合预报结果。24 h、36 h、48 h、60 h“优选集合预报成员先订正再集合平均”的平均距离误差分别比“所有集合预报成员集合平均”减小了13.3 km、11.7 km、10.0 km、7.6 km,比中央气象台官方预报（对应的时效为12 h、24 h、36 h、48 h）减小了0.7 km、2.0 km、3.9 km、2.4 km。     

2019年西北太平洋台风活动特征和预报难点分析

2019年在西北太平洋及南海共生成台风29个,比多年同期平均偏多2个,其中6个台风登陆我国,比多年平均偏少1个;台风整体强度偏弱,但全年最强台风夏浪极值强度达到68 m·s~(-1)(17级以上);登陆台风整体强度偏弱,但"利奇马"登陆强度强(52 m·s~(-1),超强台风级)、影响重;秋季台风生成数较常年明显偏多,尤其是11月生成台风数达到6个。2019年中央气象台台风路径预报平均误差与近5年(2014—2018年)的平均误差相比,在24～72 h的预报误差有所增大,而96～120 h的预报误差则明显减小,尤其是120 h的预报准确率创新高。与日、美官方预报相比,中国在24 h和96～120 h的预报水平处于领先地位,在48～72 h的预报误差比日本略高,但低于美国,与EC确定性模式相当。     

我国近海洋面10 m风速集合预报客观订正方法

利用2013—2015年ECMWF集合预报10 m风场及我国沿岸和近海88个代表站点风速实况观测,建立基于ECMWF集合预报众数的我国近海洋面10 m风速客观订正方法。集合预报众数正确率及稳定性高于中值及平均值,因此基于集合预报众数,综合考虑历史数据的预报概率及集合预报各个成员的分布情况进行客观订正,可以提高订正效果。订正后的6~7级、8~9级风速偏小的误差及TS评分有明显改进,其中72~120 h预报时效的8~9级风速预报的TS评分由0.04增加到0.44,能够有效提高中长期时效大量级风速的预报能力。订正的风速产品对于我国近海冷空气及台风大风天气过程有较好的预报效果。     

基于统计的台风影响下珠海站风速预报方法

利用2006—2016年中国气象局(CMA)台风最佳路径数据集和珠海站的逐小时风速资料,通过线性回归方法,建立了一种基于台风中心位置、强度对珠海站风速预报的方法。结果表明:(1)珠海站周围400 km范围内年平均有4.6个台风活动,且主要集中在西南象限和东南象限;(2)台风位于西南象限时其中心风速与珠海站风速的线性关系最好,珠海站风速也最大;(3)利用2017年台风数据和珠海站实际风速数据对预报方程进行检验,其预报效果较好。     

2018年西北太平洋和南海台风活动概述

2018年共有29个台风在西北太平洋和南海生成,生成台风个数偏多,南海台风活跃。有10个台风登陆我国,登陆强度整体明显偏弱,但是登陆台风个数明显偏多、登陆时间集中、登陆地段偏北、北上台风偏多,造成台风降水范围广、暴雨强度大、超警河流多。其中,“安比”、“摩羯”、“温比亚”一个月内相继在华东地区登陆并深入内陆北上,且登陆后长时间维持热带风暴级强度,给华东、华北、东北等地区带来大范围强降雨。“艾云尼”移动缓慢,与西南季风环流相结合,给广东等地区造成长时间的持续强降水。“山竹”是2018年登陆我国最强台风,其7级风圈明显偏大,给广东、香港等地区带来大范围、长时间的强风和强降水。2018年所有预报时效的路径预报误差较2017年均有所降低,路径预报水平进一步提高,但是强度预报水平仍然没有明显的进步。     

中央气象台台风强度综合预报误差分析

本文从总误差、逐年趋势、误差分布等方面对2001—2012年中央气象台（Central Meteorological Observatory, CMO）的台风（TC）强度综合预报水平进行分析,初步分析了强度迅速变化台风预报偏差大的原因。结果表明,强度预报水平没有明显改善,预报误差呈现逐年波动状态,强度稳定TC的预报误差最小,迅速加强TC的预报误差最大。24、96~120 h预报偏强的概率较大,而48~72 h预报偏弱的概率大。南海东北部等海域的预报误差较大,应在业务预报中特别予以关注。随着TC强度的逐渐增强,强度预报在120 h内预报偏强的可能性变大,而强度预报偏弱的可能性减小。根据误差分析结果,提出了一个强度概率预报方案,检验结果表明可在业务中参考使用。     

采用预报涡旋的初始化方案对2015年台风“莲花”、“灿鸿”的试验研究

提出了一种采用预报涡旋的初始化方案,用预报涡旋代替bogus模型参与构建模式初始场,采用权重形式合成预报涡旋和分析涡旋获取台风初始涡旋。针对2015年“莲花”和“灿鸿”台风,基于该初始化方案设计了一系列对比试验进行数值模拟,并对结果进行分析。结果表明:(1)该方案得到的台风初始涡旋结构比bogus模型合理;(2)预报涡旋权重不宜取太大;(3)从长时效预报效果看,采用24 h内预报涡旋比采用长时效预报涡旋台风的路径和强度误差减小;(4)采用同一权重方案对“莲花”、“灿鸿”预报的改进效果不同,其原因与预报涡旋和分析涡旋的协调程度有关。多台风情形下可在初步评估的基础上采用不同时效的预报涡旋和不同权重方案。      

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。     

2016年GRAPES_TYM改进及对台风预报影响

为了进一步提高国家气象中心区域模式台风数值预报系统（GRAPES_TYM）的预报能力,2016年对模式参考大气廓线以及涡旋初始化方案进行了改进:由模式初始场水平方向平均的一维参考大气代替原来的等温大气,涡旋初始化方案取消了原涡旋重定位并将涡旋强度调整半径由原来的12°减小到4°。对2014—2016年的生命史超过3 d的所有台风进行了回算,路径及近地面最大风速统计误差分析表明:参考大气的改进可以减小模式对台风预报路径预报的系统北偏和平均路径误差,尤其是140°E以东的转向台风。涡旋初始化方案中强度调整半径的减小会进一步减小模式预报路径的北偏趋势,从而进一步减小平均误差。同业务系统预报结果相比,改进后的GRAPES_TYM（包括参考大气和涡旋初始化）可以使平均路径误差分别减小10%（24 h）,12%（48 h）,16%（72 h）,14%（96 h）以及15%（120 h）。同美国NCEP全球模式路径预报相比,GRAPES_TYM在西行、西北行登陆我国的台风路径预报有一定优势。     

一种台风海面非对称风场的构造方法

针对台风数值预报中由于采用对称模型而导致预报误差的现实，通过引入非对称分布的台风最大风速、最大风速半径等因子，在得到台风报告中7级风和10级风的半径的基础上，利用最佳权系数方案来得到非对称的台风外围风速分布因子，从而对Chan and Williams 1987年提出的切向风廓线方案进行改造，进而得到了台风海面非对称风场的计算式。检验表明，该方法能够描述台风海面风场的非对称分布，具有较好的应用前景。