2017年西北太平洋台风活动特征和预报难点分析

利用历史台风最佳路径、中央气象台台风路径强度实时预报,以及ECMWF数值预报和NCEP海温实况等资料,对2017年西北太平洋台风活动的主要特征和预报难点进行了分析,结果表明：2017年台风生成具有源地偏西、南海台风偏多和台风群发特征明显等特征;台风活动具有年度活跃程度低、台风极值强度偏弱和超强台风异常偏少等特征;台风登陆具有登陆台风个数多、登陆地点偏南、登陆强度偏弱等特征。对2017年度的预报误差进行分析,结果显示：24、48、72、96和120 h台风路径预报误差分别为74、137、233、318、428 km,各时效误差均较2016年有所增加;但与日本、美国相比,除120 h外,中国路径预报水平依然处于领先地位。 24、48、72、96和120 h台风强度误差分别为3.6、5.4、6.6、7.4和6.8 m·s-1,较2016年有所减小,24 h误差为历史最低值。强度预报水平居于日本、美国之间。另外,2017年最主要的预报难点是双台风或多台风之间复杂的相互作用和近海快速加强台风的强度预报。     

2012年西北太平洋热带气旋预报精度评定

本文对2012年西北太平洋热带气旋定位、路径和强度预报精度进行了评定,结果表明：2012年定位总平均误差23.4 km,与往年相当。国内各综合方法的路径预报平均误差分别为94.3 km（24 h）、168.2 km（48 h）和284.2 km（72 h）,中央气象台24 h路径预报准确率相对于2011年有了较大幅度的提高。全球模式的平均距离误差分别为96.8 km（24 h）、177.2 km（48 h）、283.6 km（72 h）、382.3 km（96 h）和583.6 km（120 h）,其中部分数值模式预报水平接近主观方法的平均预报水平,但是最优的主观预报具有相对所有数值预报的正技巧,表现出较强的数值预报应用能力。通过对比国际先进数值预报模式的误差表明,国内区域模式的路径预报能力与国外先进模式相比仍有较大差距。4个台风业务中心强度预报的平均绝对误差分别为4.11~4.63 m·s-1（24 h）、6.10~6.90 m·s-1（48 h）和6.84~8.71 m·s-1（72 h）。部分客观强度预报方法表现出一定的系统性偏差。各方法对“海葵”在象山县鹤浦镇的24 h登陆点预报较为成功,而对“苏拉”在台湾花莲的24 h登陆点预报较为失败。     

山东夏季两次切变线暴雨过程对比分析

利用常规观测资料、卫星云图、多普勒天气雷达和NCEP1°×1°再分析资料,对2012年7月30日和2013年7月9日山东出现的两次区域性暴雨进行了对比分析,结果表明：两次850 hPa切变线造成的暴雨,线状MCS(Mesoscale Convective System)组织化程度高,地面辐合线触发了暴雨的发生。不同的是:①“7〖DK〗·30”暴雨500 hPa影响系统为阶梯槽,副高位于朝鲜半岛以东;“7〖DK〗·9”暴雨为典型的东高西低形势,副高控制华东沿海;②“7〖DK〗·30”暴雨受一股较强的东南气流作用,将东海及西太平洋水汽输送到暴雨区,925 hPa水汽通量散度和最强上升速度较“7〖DK〗·9”暴雨分别大-10 g〖DK〗·hPa-1〖DK〗·cm-2〖DK〗·s-1和-0.2 Pa〖DK〗·s-1,“7〖DK〗·9”暴雨由低空西南急流将南海的水汽输送到暴雨区,925 hPa水汽通量和比湿较“7〖DK〗·30”暴雨分别大2~4 g〖DK〗·cm-1〖DK〗·hPa-1〖DK〗·s-1和2 g〖DK〗·kg-1;③两次暴雨过程MCS发生发展过程、形成方式和成熟期组织结构存在显著差异,“7〖DK〗·30”暴雨是对流单体独立发展逐渐合并成β中尺度,最终形成α中尺度对流系统,“7〖DK〗·9”暴雨为多个对流单体合并为β中尺度系统。通过分析得出,切变线暴雨触发机制应着眼于地面辐合线的形成和加强以及冷空气侵入引起的锋生。     

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。     

台风路径集合预报的实时订正技术研究

在台风业务预报中,由于模式运行、后处理及资料传输等原因,数值模式指导产品包括集合预报都存在一定时间的滞后,若直接使用会造成数值模式或集合预报平均的预报效果降低。利用ECMWF集合预报台风路径和中央气象台(简称中央台)实时业务定位,在统计分析的基础上,提出一种业务上可用的针对单模式集合预报的台风路径实时订正技术。结果表明,该方法明显优于单模式集合预报平均和确定性预报,在对2012年的预报试验中,24、48、72、96 h的时效路径预报误差分别比集合平均提高了15%、6%、10%、8%。同时其路径误差优于目前我国业务路径预报,2012年平均24、48、72、96 h的路径误差分别减小7、7、11、10 km。     

1961—2020年青海高原气候变化特征

选取1961—2020年青海高原50个地面气象观测站逐月气温（平均、最高、最低）、降水和风速资料，利用气候变化趋势转折判别模型（Piecewise Linear Fitting Model,PLFIM）、气候倾向率等方法，分析青海高原气候变化的时空分布和年代际趋势转折变化等特征。结果表明：〖JP2〗①近60年来青海高原年平均气温呈显著上升趋势，其中平均最低气温的升温速率尤为明显，为0.62 ℃〖DK〗·（10a）-1;年降水量呈波动上升趋势，进入21世纪后呈显著增加趋势，速率为39.9 mm〖DK〗·（10a）-1;年平均风速整体呈减小趋势，其中以茫崖站最为明显，风速减小速率为-0.56 m〖DK〗·s-1〖DK〗·（10a）-1。〖JP〗②年平均气温和平均最高气温在1972年和1983年发生了年代际趋势转折，平均最高气温第3次转折发生在2009年，平均最低气温没有发生明显的年代际趋势转折。年降水在1972年、1983年和2000年发生年代际趋势转折;年平均风速发生在1998年和2009年。③与旧气候态（1961—1990年）相比，新气候态下（1991—2020年）青海高原年平均气温、平均最高气温和平均最低气温的均值分别上升了1.16 ℃、1.22 ℃和1.81 ℃，向高温方向漂移，且概率密度分布形状更加偏平，气候趋于不稳定;④在全球变暖背景下，青海高原年平均气温和年降水量均呈增加趋势，其中年平均气温的增温速率远超中国、同纬度地区及全球平均水平;降水量年际波动较大，但整体呈增加趋势。     

4次大暴雨过程雷达径向速度和超低空西南急流特征分析

利用多普勒天气雷达VWP资料,结合探空资料和降水实况,对4次大暴雨降水过程雷达径向速度和超低空西南急流特征进行了分析。4次强降水过程有3次属于低槽冷锋类,1次属于切变线类,K值较大,850 hPa与500 hPa温差较小,较弱的垂直风切变,中低层具有充沛水汽。低层具有相似的流场结构,径向速度上零速度线表现为“S”型,即暖平流结构。上游超低空风速≥10 m〖DK〗·s-1,上下游雷达之间出现≥5 m〖DK〗·s-1的风速差之后,两部雷达之间出现小时雨量30 mm以上的强降水;上游超低空急流达到12 m〖DK〗·s-1以上,并且上下游超低空风速差超过15 m〖DK〗·s-1,降水强度进一步加强并维持。超低空急流的建立与维持,同时上下游雷达之间的超低空强辐合,为降水风暴的发展与维持提供了能量、水汽与动力条件,对强降水的形成与持续具有重要作用。     

风廓线雷达资料在台风苏拉登陆过程中的应用初探

为了研究风廓线雷达在台风天气过程预报中的作用,对2012年8月2—4日在福建秦屿镇登陆的台风苏拉天气过程统计分析,结果表明：风廓线雷达在台风苏拉登陆期间4 km以上高空有效数据获取率明显提高,确定风廓线雷达的有效探测高度为4.8 km;通过信噪比和垂直速度数据统计分析出台风登陆前后带来间歇性的降雨,而台风眼登陆主要表现为无降水天气,仅有少量的降雨,这一结论进一步在小时降雨量统计中得到验证;通过水平风速数据统计分析出台风登陆前后在有效探测高度内水平风速在25 m·s-1左右,而台风眼登陆水平风速在0~3 m·s-1; 统计结果与台风登陆物理过程相吻合。     

GRAPES区域集合预报条件性台风涡旋重定位方法研究

为了在集合预报中更合理描述台风涡旋中心定位的不确定性,采用2009—2018年中国气象局和日本气象厅台风最佳路径数据,分析台风最佳路径涡旋中心定位的不确定性特征,在此基础上设计条件性台风涡旋重定位方法（Conditional Typhoon Vortex Relocation,CTVR）,构建集合成员台风涡旋中心重定位阈值条件、台风涡旋分离数学处理及涡旋重定位等数学处理过程,利用中国气象局数值预报中心区域集合预报系统（Global/Regional Assimilation and Prediciton System-Regional Ensemble System,GRAPES-REPS）对2018年西北太平洋上的3个台风（1808号“玛莉亚”、1824号“谭美”和1825号“康妮”）进行轴对称结构和轴对称+非对称结构条件性台风涡旋重定位两种方案的集合预报试验和检验评估。结果表明:（1）中国气象局和日本气象厅台风最佳路径误差平均值为13.72 km,可视为台风涡旋中心定位不确定性的合理估计值;（2）统计检验结果和典型个例分析表明,采用轴对称结构和轴对称+非对称结构条件性台风涡旋重定位方法的台风集合预报路径误差及集合预报一致性结果比较接近;（3）条件性台风涡旋重定位方法可以有效改进GRAPES-REPS区域集合预报台风路径概率预报效果,如台风路径集合预报平均误差有所减小,集合预报一致性（路径离散度与路径均方根误差比值）增大,特别是预报初期概率预报效果改进更为显著,而预报中后期改进有限;（4）通过对“玛莉亚”台风集合预报诊断分析发现,经过条件性台风涡旋重定位后,各集合成员的台风路径误差在预报初期明显减小且路径收敛,但随着预报时效的延长台风路径逐渐发散。应用条件性台风涡旋重定位方法后,台风涡旋环流与大尺度环境场仍然比较连续协调,且台风涡旋环流外的大尺度环境场具有一致性特点,最低气压误差、最大风速误差和降水预报技巧基本不变。可见,条件性台风涡旋重定位方法的应用可以提供更准确的台风路径预报不确定性信息,帮助预报员做出更准确的预报决策。      

2012年春末昆明大暴雨的中尺度对流系统特征分析

利用常规气象观测资料、NCEP/NCAR逐6 h 1°×1°再分析资料、FY 2E红外云图TBB资料、昆明C波段多普勒雷达探测资料,结合中尺度数值模式的模拟结果,分析了2012年5月24日晚昆明大暴雨期间中尺度对流系统演变特征及形成机理。结果表明,此次大暴雨是在高低空系统最佳配置下产生的。降水峰值出现时,低层增暖湿,从地面到500 hPa呈显著的对流性不稳定层结,700～500 hPa垂直风切变达14 m·s-1。纬向结构上,暴雨中心低层东风增强,300 hPa以下纬向风辐合,中心强度为-28×10-5 s-1,150 hPa以下上升气流中心强度为21 m·s-1,近地面水汽通量辐合为-20×10-5 g·hPa-1·s-1·cm-2;经向上,暴雨中心500 hPa以下南风风速辐合,上升气流增强,强度与纬向一致,低层水汽通量辐合中心强度为-30×10-5 g·hPa-1·s-1·cm-2,强于纬向水汽通量辐合。此外大暴雨中地形对南风的强迫也是显著的,抬升速度在0.4~1.0 m·s-1。这次强降水分为初始、加强、回落和衰减四个阶段,昆明近地层浅薄冷空气加强时,引发其东侧对流单体移向昆明,强降水发生;然后南风出现脉动,局地湿层增厚和垂直风切变加大,促使对流单体两度增强并出现降水峰值;第三次峰值则是弱南风脉动及对流单体合并所造成,由于移入的单体较之原地发展的单体弱得多,原地单体作用的降水峰值也明显小于前面两次。对流降水回波属于暖云性质的热带低质心降水回波。     

2013—2016年北京朝阳站PM2.5质量浓度变化特征

利用2013年2月至2016年1月北京朝阳环境气象站PM2.5质量浓度和同步地面风数据,重点分析了PM2.5质量浓度的变化特征及受地面风的影响情况。观测期间测点PM2.5年平均质量浓度为80.6±4.0 μg·m-3,为环境空气质量标准(GB3095—2012)二级年均浓度限值(35 μg·m-3)的约2.3倍,季节变化特征明显,冬季最高（115.1 μg·m-3）、夏季最低（58.5 μg·m-3）。测点主导风向为ENE—E—ESE,风速主要集中在0.2~2.0 m·s-1。当地面风来自ENE—E—ESE方向时PM2.5质量浓度最高（109.1 μg·m-3）,来自WNW—NW—NNW方向时最低（39.5 μg·m-3）。PM2.5质量浓度随风速增大先上升后下降,在0.4 m·s-1时达最高,为139.2 μg·m-3。风速在0.2~2.0 m·s-1时主要受ENE—E—ESE方向影响,而2~6 m·s-1时主要受ESE方向影响较大。通过与其他站点的比较发现,不同站点各方向污染源和地面风的差异导致了PM2.5质量浓度在各方向分布的差异。     

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。      

基于欧洲中心台风集合预报报文的预报产品简介

通过对目前业务运行欧洲中心下发的台风集合预报的7种产品作介绍,分析了每种产品的特征和适用情况,发现集合预报产品的强度数值经常与实际强度有明显偏差,但其对趋势的反映仍具有很好的参考意义。从国家气象中心、上海中心气象台的研究结果来看,用设计方案来挑选"最优"成员的方法可以进一步减小预报误差。     

“16·7”石家庄特大暴雨多源观测信息特征分析

利用风廓线雷达、地基GPS水汽、微波辐射计、多普勒天气雷达、卫星云图、闪电定位仪、地面加密自动站等多源观测资料，对“16〖DK〗·7”石家庄特大暴雨的演变特征进行分析，结果表明：①GPS水汽总量和微波辐射计水汽总量的高值阶段对应强降水阶段，水汽总量与降水强度成正相关。降水开始前水汽总量明显上升，突升到高值时间比降水开始时间提前5 h，水汽总量突增对降水开始时间有提示作用。②低层偏东风的厚度和强度与强降水呈正相关，低层风向转西北风预示强降水结束。低空急流出现时间比降水开始时间提前5 h，低空急流消散时间比降水结束时间偏早3 h，超过20 m〖DK〗·s-1的东风急流对强降水有一定指示作用。强降雨对应低空急流最低高度的下降和低层最大风速的增加，也就是对应低空急流指数和0～3 km垂直风切变的峰值区。③此过程以稳定性降水为主，仅在19日伴有弱闪电和雷暴出现。雷达回波和卫星云图表现为大范围层状云和积状云混合降水回波，回波质心低，列车效应明显，属于热带降水类型。〖JP2〗云顶亮温最低值-55 ℃，雷达反射率因子、垂直累积液态水含量和回波顶高最大值分别为55 dBz、15 kg〖DK〗·m-2和11 km，与降水量有明显相关；低层径向速度场对应明显的速度大值区或速度模糊。〖JP〗     

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。     

2018年西北太平洋台风活动特征和预报难点分析

利用1949—2018年中国气象局台风最佳路径、2018年中央气象台的台风路径强度实时预报、ECMWF数值预报以及NCEP逐日高分辨率海温RTG_SST(0.083°×0.083°)等资料,对2018年西北太平洋台风活动的主要特征和预报难点进行了分析。结果表明:2018年台风生成频数偏多,生成源地偏东,南海台风活跃;生成时间集中,盛夏台风异常偏多,台风群发性强,双台风或多台风共存活动频次偏多;台风生命史长,累积气旋能量偏高,超强台风偏多,但整体强度偏弱,较弱台风异常偏多;台风登陆频数和频次偏多,登陆地段偏北,且登陆台风强度明显偏弱。中央气象台24~120 h台风路径预报误差分别为72、124、179、262和388 km,各时效误差较2017年均有减少,特别是长时效路径预报误差明显减少;24~120 h台风强度预报误差分别为3.7、5.1、5.5、6.6和7.1 m·s^-1。由于双台风或多台风之间的相互作用、“鞍型场”等造成路径预报难度大以及多台风之间复杂水汽输送、近海台风强度变化不确定性大等原因,造成强度预报难度大。若采用更多观测资料、进行更深入的台风机理研究以及研发更有效的台风客观预报技术将是突破这些难点的有效途径。     

2016年西北太平洋和南海热带气旋预报精度评定

以中国气象局上海台风研究所整编的最佳路径数据集为依据,对2016年西北太平洋和南海热带气旋（TC）定位精度及路径、强度和登陆点预报精度进行了评定,结果表明：2016年定位总平均误差24.9 km,比2015年略偏大。主观和客观路径预报误差没有延续之前持续减小的趋势,整体预报能力比前两年略有降低。ECMWF EPS、NCEP GEFS和UKMO EPS三个集合预报系统的台风路径预报整体性能要好于其他集合预报系统。各主客观预报方法的台风强度预报性能与往年相比没有大的改进。主观方法对超强台风莎莉嘉在海南万宁的24 h登陆点预报误差均非常小,误差在15 km以下。全球模式的登陆点预报性能表现要优于区域模式。     

基于观测路径的集合预报样本优选对热带气旋的模拟研究

集合预报是从一定误差范围内的一组初值出发,这组初值(样本)代表了大气状态的概率分布,集合预报中集合样本的好坏严重影响分析质量。质量较差样本进入集合预报中难免会降低集合预报的整体质量。由于集合样本是模拟大气可能状态的概率分布,因此样本的优选是提高分析质量的关键。通过对集合样本优胜劣汰来分析样本优选对模拟效果的影响。由于台风预报中台风路径的模拟至关重要,因此样本优选的方案为将样本模拟的路径信息与观测的台风报文路径相比较后,保留误差较低的样本,剔除误差较高的样本,从而提升样本的整体质量。但过多的样本被替换将导致集合离散度的大幅下降,因此替换样本的数量要适度。研究结果表明样本优选极可能有利于热带气旋路径和强度模拟的改进,其中对“妮妲”路径误差的改进为4% ~13%,对“鲇鱼”路径误差的改进为11%~28%,对“妮妲”的强度误差改进为5%~37%,“鲇鱼”的强度误差改进为1%~27%。      

强台风海葵登陆前后强度变化的观测分析

1211号台风海葵强度强,在近海及登陆前后中、日、美三个国家的业务定强差别较大。云图分析“海葵”强度强,近海后云顶亮温长时间在-70℃以下。雷达资料表明“海葵”登陆前后,结构对称,眼区清晰,范围增大。登陆点附近沿海测站出现了长时间的强大风,过程13级及以上阵风共持续了26 h,东矶、大陈、石浦最大风速的极大值分别是：46.9、39.4和36.8 m·s-1。风场垂直分布差别500 m以内普遍在7~8 m·s-1。这些陆基观测资料表明“海葵”可能达到了强台风标准,中央气象台定强是合理的。近海或登陆台风强度的确定在使用Dvorak技术的基础上,还应更多地参考陆基探测资料。     

2016-2020年广东省登陆台风24 h路径预报误差特征

通过对2016—2020年期间登陆广东的台风24 h路径距离、移向和移速检验数据进行统计对比,结果表明:所有路径误差评定时次中,超过50%时次的台风路径预报质量较好(小于过去5年的平均距离误差70 km),其中在台风首次登陆广东前24 h内,台风路径预报误差较小的时次比例更大,但南海台风的路径预报误差偏大,对南海台风的路径预报能力相对较弱;起报时刻台风强度越强,其路径距离、移向、移速预报误差越小;当一个台风70%或以上时间的单次预报误差较小(较大)时,其生命期平均路径预报质量极好(极差);当一个台风有70%时次移向误差偏左(或偏右)或有70%时次移速误差较快(或较慢)时,该台风的路径预报误差明显偏大,则路径预报不确定性较大。