NCEP 全球预报系统在ARM SGP站点预报大气温度、湿度和云量的检验

利用美国大气辐射测量项目(ARM)制作的“气候模拟最佳估计”(CMBE)观测数据集,检验美国环境预报中心(NCEP)全球预报系统(GFS)2001～2008年在ARM Southern Great Plains(SGP)站点预报的大气温度、相对湿度和云量的垂直分布,主要结论如下:(1)NCEP GFS较好地预报出了温度...     

一套基于FY-3B/MWRI观测的热带气旋微波亮温数据集

利用风云三号B星(FY-3B)微波成像仪(Microwave Radiation Imager,MWRI)一级亮温数据和每6 h一次的热带气旋(tropical cyclone, TC)最佳路径数据进行时空匹配,建立了TC微波亮温数据集。该数据集包含了2011—2016年全球六大海盆生成的热带风暴级别以上的TC共计538个,以及对应每个TC的微波十通道亮温和36.50 GHz、89.00 GHz的极化校正亮温度,并简要阐明了该数据集在热带气旋研究方面的潜在应用,尤其对TC生命周期内的微波亮温特征及TC强度变化研究提供了有力的数据支撑。     

华云高精度导航探空仪在甘肃庆阳干旱气候夏季的温湿数据对比分析

以美国国家环境预报中心(NCEP)的FNL(Final)分析场为对比场,分析评估甘肃庆阳地区2017年5—9月的探空温湿数据的质量。通过分析,得出结论:1)探空的温度数据质量较高,表现了很好的一致性,细微结构清晰,误差基本在±0.5 ℃以内;2)探空的湿度数据质量较好,一致性相对温度略差,误差基本在±10%以内,夜间偏湿,下午偏干;3)无论是温度数据还是湿度数据,它们的观测余差都现随气压减小呈现先增加后减小的趋势;4)无论是温度还是湿度,02时误差最小,数据质量最佳,08时和14时的质量相当。     

不同平均时间对LOPEX10资料涡动相关湍流通量计算结果影响的探讨

通过处理涡动相关系统观测的近地层湍流脉动量可以获取地—气间感热和潜热通量,然而选择不同平均时间对通量计算的结果有较大影响。采用黄土高原陆面过程野外观测试验(LOPEX10)期间获得的涡动相关系统观测资料,分析了不同平均时间对湍流通量计算的影响,并采用雷诺平均和分解方法推导了平均时间引起的通量差值的数学表达式(Flux Compensation,FC)。结果表明:(1)FC公式可以说明采用不同平均时间数据之间的关系,也可以直接计算低频涡旋对湍流通量的贡献。FC公式计算的结果与直接计算的不同平均时间通量计算之差的相关系数在0.95以上,并可以确定计算湍流通量的最佳平均时间。(2)通过采用Ogive函数确定了计算LOPEX10期间通量的最佳平均时间长度为30min,印证了利用雷诺平均和分解方法计算湍流通量补偿的准确性。(3)通过进一步的数学变换,证明了平均时间对湍流通量计算的影响直接与湍流低频变化相关,FC公式可以用来确定涡动相关观测数据的最佳平均时间,并且在获得较高时间分辨率的湍流通量数据的同时,补偿因平均时间过短而遗漏的低频信息。     

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。     

基于多模式的巢湖降水集成预报效果检验

利用2014年2月—2015年9月中尺度模式(INCA、WRF)、全球模式(ECMWF、JMA)预报数据,结合巢湖湖泊周边区域站降水实况数据,应用加权平均法建立方程,开展多模式集成预报实验,得到不同时效最佳集成预报方程,并对各时效的方程预报能力进行了对比检验。结果表明:在最佳集成方程中,ECMWF模式预报稳定性较好,权重最大。随着预报时效的延长和降水量等级增大,集成预报和各单一模式预报的误差逐渐增大,评分逐渐降低。集成预报比单一模式预报的误差明显降低,预报准确率有所提高,开展多模式集成预报具有明显优越性。     

热带气旋路径预报“真实”误差分析

目前,热带气旋预报性能的检验和分析多采用各中心每年台汛后整编的最佳路径数据集(即"年鉴")资料作为真值。然而,由于年鉴资料通常在次年才能发布,所以在业务上,常以实时定位、定强资料作为"真值"进行预报性能的检验,因而不同机构(口径)给出的预报性能往往不尽相同,造成了混乱。此外,实际业务预报中,因没有实时的年鉴资料,各预报方法的起报位置只能采用实时业务定位,显然不可避免地导致了误差。为分析使用实时定位和年鉴作为"真值"进行预报性能检验的差异、评估定位误差对预报性能造成的可能影响,本文首先考察最佳路径和实时/初始定位之间的差异(即定位误差)及其分布特征,然后分析采用实时/初始定位和最佳路径作为"真值"计算预报误差时的差异,最后基于最基础的气候可持续性(Climatology and Persistence,CLIPER)预报方法初步评估了预报性能对定位误差的敏感性。结果表明:以中国气象局整编的年鉴(CMA-STI的最佳路径数据集)资料为"真值",2013—2019年间国内外各主要预报机构及全球模式的定位误差平均为24.3 km;若以东京台风中心(RSMC-Tokyo)的年鉴资料为"真值",则定位误差平均为26.2 km。分析发现,定位误差与强度密切相关,热带风暴阶段的定位误差高达35.7~41.1 km,而超强台风阶段的定位误差仅为7.5~8.3 km;在96 h预报时效内,以最佳路径为"真值"计算得到的平均预报误差均略小于以实时/初始定位为"真值"的误差,但强度越强差异越小;定位误差对短时效内的预报性能有较显著的影响。     

雷达-雨量计联合估测区域降水量方法检验与评估

文章在"黄河淮河流域暴雨洪水预报系统"项目试验整理的高密度地面雨量站网数据和雷达连续采集体积扫描数据基础上,首次提出了对稠密雨量站网数据科学分组的方法,并采用分组数据对雷达-雨量计联合校准的10种方法进行了多参数的客观检验和评估。研究表明:(1)雨量站分组方法科学合理,可以满足评估的要求;(2)集成法估测区域降水量好于其他非集成的8种方法;(3)雷达对不同降水强度的估测精度具有三段式分布特征;(4)50~100 km为雷达估测降水的最佳区间,150~200 km区间的估测精度最差;(5)通过时间累积,可以提高各种估测方法区域降水量估测的精度和稳定度。     

几种台风资料的对比及台风年鉴数据的订正

通过对比分别采用台风年鉴、美国关岛联合台风警报中心(JTWC)和日本气象厅(东京区域专业气象中心)(JMA)的最佳台风路径资料,得到西北太平洋年热带低压强度以上(TC)和热带风暴强度以上(TS)的年频数、观测记录次数、破坏力强度等特征量,发现：⑴ 不同资料数据的差异随台风强度的增加而减小。分别基于CMA_SHI和JTWC资料的1950—1979年西北太平洋TC频数、TC观测次数存在明显差异,而TS差异性小得多,但年TS频数均值仍差异明显;⑵ 年代际分布上,1950年代差异较大,1970年代中期—1980年代差异较小,而1990年代中后期开始差异加大。进一步提出了对台风年鉴数据中风速和频数的订正方法。     

热带气旋路径和风雨预报图象显示系统

本系统运用相似法预报热带气旋路径和风雨影响等级。系统由数据输入模块、相似模块、最佳相似模块、数据管理模块和路径库、风雨库、特例库组成,采用BASIC语言,在compaq/386微机上实现。系统运行的基本思路是:输入进入起报区的热带气旋的编号、日期、纬度、经度、中心气压、近中心最大风速、前12小时移向移速和500hPa形势,与路径库中的历史个例——对照,通过相似模块的判断,找出相似个例,再经最佳相似模块的判断,找出最佳相似个例。从路径库和风雨库中读出最佳相似个例的路径以及影响苏州的时间、各站风雨情况,在屏幕上显示并打印输出。 相似条件有6个:(1)季节相似:(2)强度相似;(3)移向相似;(4)移速相似;(5)位置相似;(6)形势相似。 1992年投入业务使用,预报效果较好。     

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。     

西北太平洋热带气旋强度变化的若干特征

使用NOAA海表温度资料、ECMWF再分析资料和JTWC台风最佳路径数据,对1984—2013年30年西北太平洋热带区域（100 °E~180 °,0~60 °N）内热带气旋（TC）的强度变化特征及其与环境风垂直切变（VWS）、海表温度（SST）、最大风速半径（RMW）的关系作了统计分析,尤其关注TC强度突变。结果表明:（1）在研究区域内,TC样本中35.2%强度稳定,52.8%强度变化缓慢,仅12.0%强度突变,约92.7%的迅速加强TC样本发生在其台风及以上强度等级;（2）2000年以来,TC强度稳定样本减少,强度迅速变化样本增多。5月和9—10月是TC强度突变的高频期;（3）超过12 m/s的环境VWS下TC迅速加强较少,且只有台风及以上强度TC才能在大于12 m/s的VWS下迅速加强;（4）TC加强和迅速加强主要在28.5~30.0 ℃的SST洋面上发生,在较低SST下仍迅速加强的TC强度等级较高;（5）TC样本的RMW多小于100 km,其中强度突变TC RMW峰值区在20~40 km;（6）加强TC的RMW的24 h变化一般减小,减弱TC的RMW则增大;其中强度突变TC尤其明显,超强台风发生迅速加强时,RMW减小的比率达84.6%,但仍有15.4%比率的RMW增大。      

基于历史资料的热带气旋大风定点预报及检验

热带气旋是沿海地区最具破坏力的自然灾害之一。研究近海热带气旋对深圳三个重点港湾码头站的定量阵风预报。在前人研究的基础上,除了考虑热带气旋强度、热带气旋相对于气象台站的距离、方位角等热带气旋特性因素外,进一步详细分析了热带气旋尺寸对热带气旋引发重点区域的定点阵风预报影响。研究使用2014年以前的港湾码头站在热带气旋影响期间的小时极大风观测记录与各热带气旋特性因素建立预报模型,用2015—2018年的14个近海热带气旋对港湾码头站的小时极大风影响来检验预报模型的实用性。结果发现在进一步考虑了热带气旋尺寸因素对热带气旋引发定点大风影响后,预报模型可以精准地预报重点区域的最大阵风值,其预报结果可为行业气象风险评估提供有价值的参考。      

T213与T639模式热带气旋预报误差对比

应用国家气象中心全球谱模式T213L31(简称T213) 及其升级版本T639L60(简称T639) 对2009—2010年西北太平洋热带气旋数值预报的结果进行对比。结果表明:T213与T639模式24～120 h预报平均距离误差基本相近,但由于T639模式分辨率较高,T639模式的热带气旋强度预报明显好于T213模式。从分类误差来看,T639模式对于西北行登陆及转向热带气旋的路径预报好于T213模式,但对西行及北上热带气旋预报误差偏大。对于异常路径热带气旋预报,T639模式能较好预报环流形势的突然调整,对路径突变的热带气旋预报比T213模式有明显优势;从登陆类热带气旋预报的移向误差来看,T213模式存在东北偏北向系统性偏差,T639模式存在东北偏东向系统性偏差。     

热带气旋大风风圈半径非对称性特征及成因简析

为进一步完善热带气旋大风风圈的分析和预报业务,利用中央气象台（NMC）发布的热带气旋报文资料、ERA5再分析资料,研究了2015年6月30日至2020年12月31日热带气旋最大强度时的7、10和12级风圈的非对称性特征及成因。统计结果表明: 热带气旋的7级风圈半径非对称性最大,10级次之,12级最小;非对称分布热带气旋的7、10和12级风圈最大半径大多分布在东北、东南和西北象限;同一热带气旋的7级和10级风圈最大半径大多分布在相同的象限。将7级风圈单一象限分布的热带气旋与多象限分布的热带气旋各按象限分布分成4类,分析4类7级风圈单一象限分布的热带气旋生成季节、地面10 m风特征及风圈非对称分布的成因发现:各类热带气旋具有明显的季节特征;地面10 m风场呈不对称分布;风圈非对称分布与西太平洋副热带高压、西南气流及地面冷高压等天气系统与热带气旋的相互作用造成的各象限位势高度梯度非对称分布密切相关。      

AN INVESTIGATION INTO TROPICAL CYCLONE MOVING DIRECTION PREDICTION BASED ON OLR DATA

1 INTRODUCTION The Tropical Cyclone (TC) moving prediction is always difficult and important in operation. Though the numerical prediction and satellite data have contributed to the promotion of prediction capability in this way[1 – 3], it is not as satisfying for the unusual track of TC, and the primary reason is that the TC moving direction is influenced by many complicated factors. Therefore, further study of unusual TC motion using high-resolution satellite data is very important …     

EFFECT OF INITIAL PERTURBATION OF LAND SURFACE PROCESSES ON TROPICAL CYCLONE FORECAST

Many studies have explored the importance and influence of planetary boundary layer processes on tropical cyclones (TCs). However, few studies have focused on the influence of land surface processes on the activity of TCs. To test the effect of initial perturbations of land surface processes on TCs, a land surface process perturbation module is built in a global ensemble prediction system. Ensemble experiments for the TCs that occurred from 12 UTC 22 August to 18 UTC 24 November, 2006 show that consideration of the uncertainties within the land surface process could increase the predictability of the global ensemble prediction system. Detailed analysis on TC Xangsane (2006) indicates that the perturbation of land surface processes may increase the variation of sensible heat flux and latent heat flux. Meanwhile, the effect from land surface perturbation can be transferred to the upper atmosphere, which leads to better TC forecasts.     

登陆热带气旋路径和强度预报的效益评估初步研究

近年来有关热带气旋(TC)灾情的评估指标和方法的研究取得明显进展,但较少涉及TC预报对减少灾害损失的贡献(即效益)分析。基于中央气象台的TC实时路径和强度预报,针对登陆中国大陆的TC,初步分析了TC的路径和强度预报误差与其造成的直接经济损失之间的可能关系,并在此基础上建立了包含TC路径和强度预报误差的TC直接经济损失的预估模型。TC登陆前后24 h的路径和强度预报误差与TC所致直接经济损失均呈正相关关系;对于单个登陆TC而言,若24 h TC路径预报误差每减小1 km可减少因灾直接经济损失约0.97亿元,若强度预报每减小1 m/s可减少因灾直接经济损失约3.8亿元(以2014年为基准年)。可见,提高TC路径和强度预报精度对于减灾的效益巨大,且当前尤以提高强度预报能力的效益为佳。      

基于MTCSWA风场资料对西北太平洋热带气旋风场结构的气候统计特征研究

基于多平台热带气旋表面风场资料（MTCSWA）,研究了2007～2016年6～11月西北太平洋上不同尺度热带气旋（TC）的气候统计特征,TC各级风圈半径在不同象限的变化特征、风场结构的对称度及二者与强度变化之间的相关性。利用7级风圈半径与TC近中心最大持续风速（MSW）来定义TC的尺度和强度。结果表明,西北太平洋上TC的平均尺度为221.9 km,其中小TC平均尺度为96.4 km,大TC平均尺度为346.4 km。大TC活动位置的空间分布较小TC更为集中,整体活动范围较小TC偏北。TC尺度的峰值出现在8月和10月。在TC的风场结构中,7级、10级、12级风圈的平均半径分别为221.9、121.0、77.4 km。TC风圈的对称度的统计结果表明7级风圈的对称度最低,12级风圈的对称度最高。相关分析表明,在TC的生命史中,各级风圈半径与其强度存在一定的正相关关系,其中12级风圈半径与强度的相关性最低;对于同一风圈而言,在TC的不同发展阶段中,不同象限的风圈半径与强度的相关性不同。在TC的风场结构中,风圈的对称度与TC强度的相关性随着风圈强度的增强而减弱,只有7级风圈的对称度在TC的整个生命周期中表现出与TC强度之间的弱的正相关关系。     

2009—2015年ECMWF热带气旋集合预报的检验及分析

本文从四个方面检验分析了ECMWF 2009—2015年西北太平洋热带气旋集合平均预报性能。结果表明：集合预报对路径的预测能力逐年提高,对强度预报整体偏弱。随着热带气旋强度增强,集合预报对移速和移向的预测能力提高,而移向预报偏左、移速预报偏慢、强度预测偏弱的现象较明显。将影响热带气旋的引导气流分为偏强、中等、偏弱三类,引导气流偏弱时热带气旋移动偏慢,因此移向预报的不确定性大;而引导气流偏强时热带气旋移向明确,只是移速预报不稳定。进入南海的三类路径热带气旋,集合预报对西行、西北行两类的移速、移向预报效果较好,而西行后北折的预报较差,在热带气旋北折前,移向预报发散度很大,向北转折后移向趋于稳定,移速预报的误差相对较大。这几种情形的检验结果,在热带气旋集合预报的业务应用中值得注意。