复共线性关系对逐步回归预报方程的影响研究

针对气象预报中常用的逐步回归预报建模方法,由于没有直接考虑筛选出的预报因子之间可能存在复共线性关系会影响气象预报方程的预报性能问题,提出了在初选的大量气象预报因子(自变量)中,采用条件数计算分析方法,选择复共线性关系小的预报因子组合建立预报模型的方法.以重要气象灾害的预报难点--台风预报为例,用大样本分别建立了12个台风移动经度、纬度的条件数预报方程和逐步回归预报方程.对比分析结果表明,由于条件数计算分析有效控制了预报因子间的复共线性关系,因此,在相同的预报因子(自变量)和预报对象(因变量)条件下,分月建立的条件数台风移动路径预报方程,虽然历史建模样本的拟合精度略低于逐步回归预报方程,但是对独立样本的预报精度明显提高,其中7、8和9月条件数预报方程的预报误差平均为153.9 km,而相应的逐步回归预报误差平均为229.2 km,两者相差75.3 km.进一步研究发现,在F值分别取1.0、2.0和3.0的情况下,建立的台风移动路径的逐步回归预报方程,其预报误差也明显大于条件数预报方程.另外,由于预报因子组合的复共线性的影响,逐步回归方程还出现了在个别点预报误差极大的不合理情况.     

典型相关分析在台风路径预报中的应用

本文通过对500hPa上的五个因子场分别与台风中心未来48小时和60小时经纬度的预报量场进行典型相关分析,求出由各因子场组成的典型变量,以此作为预报因子,再结合经实践证明预报效果较好的天气学经验因子,用逐步回归方法建立台风中心未来48小时和60小时的路径预报方程。通过对历史样本的拟合和实际试报,表明该方程的预报能力有明显的提高;典型变量权重系数的地理分布与因子场的天气学意义基本吻合。      

关于台风非对称结构与台风路径的数值分析

采用一个有限区域原始方程双向相互作用的移动套网格台风路径数值预报模式，对１９９２年的两个台风进行了５个个例预报试验，结果表明预报路径和实况有很好的一致性，通过对预报个例的台风非对称结构进行分析，发现非对称结构随时间变化与台风移动路径有着比较密切的联系，如能了解实际台风的非对称结构，将有助于提高台风路径预报的水平。     

台风移动的基本规律

目前国内外关于台风路径研究,一般着 重于台风环境流场对台风移动的影响,并取 得明显效果,但是,对于客观、定量预报方 面仍然存在许多困难问题。本文利用大气基 本运动方程求出台风中心移动方程表明:台 风外围环境流场和台风本身的环流结构各自 所产生的梯度力,以及台风移动而产生的柯 里奥利力都直接影响台风移动路径。所以该方程具有客观定量预报的基础。     

夏季南海台风移动路径的一种客观预报方法

以1960—2003年共44a夏季的7月、8月、9月西行进入南海海域的台风样本为基础,综合考虑南海台风移动路径的气候持续因子和数值预报产品物理量因子,运用条件数方法选取因子并建立回归方程,进行台风路径预报模型的预报建模研究。通过对比分析发现,基于条件数方法的南海台风移动路径模型具有较好的预报效果,7月、8月、9月3个月24h台风路径预报的平均距离误差为153．9km,预报能力明显高于目前国内外的其他一些台风路径客观预报方法。该方法的预报精度相对于逐步回归方法有了很大的提高,相对于气候持续法也为正的预报技巧水平。     

论正压台风涡旋的移动

本文用正压涡度方程,结合观测到的台风涡旋的主要特征,介绍了台风涡旋的移动理论。然后,用数值试验和天气气候资料统计结果来阐述各影响因子的作用大小,并讨论了它们在实际台风路径预报中的启示和可能的应用。     

我国台风路径突变研究进展

台风路径突变包括其移动方向和移动速度的显著变化,是当今台风路径预报的难题。突变路径预报的巨大误差常导致台风防御失败,这与其机理认识不足等原因有关。本文回顾了我国关于台风突变路径的研究成果和最新进展。从台风与多尺度环流系统相互作用、台风内部动力机制以及下垫面状况等方面,总结了关于台风路径突变的主要环境影响因子、物理过程和动热力结构特征等方面的认识,对台风路径突变的发生概率、预报技术和存在问题进行阐述,并提出关于路径突变研究需要关注的一些问题。     

台风移动路径数值预报的影响因子初探

本文对一个区域中α尺度数值预报业务模式进行垂直分层增加和积 云对流参数化改进,并设计八种对比试验方案,对９４０６号台风进行模拟预报,通过 对比分析各方案模拟预报的台风移动路径,探寻数值模式对台风移动路径预报的 影响因子。     

台风路径完全预报方法初探

引言 本文利用500hPa的环流资料与相同时刻的台风路径,用逐步回归方法建立了台风中心未来48小时和60小时的路径预报方程,然后使用B模式的500hPa 48小时形势预告图来作具体台风路径预报。该方程的拟合绝对平均误差和实际试报误差比其它统计方法和统计-动力方法小。     

多预报量双重筛选逐步回归在台风路径预报中的应用

本文对通常的逐步回归进行了分析,指出在同时制作多个预报量的预报时,这方法并不十分可靠。因为这样得到的预报方程常常包含着比较大的随机误差,之所以产生上述情况,问题在于对多个预报量建立方程时,没有考虑预报量之间的关系。因此,有必要对通常的逐步回归进行改进,考虑对多个预报量同时进行筛选的逐步回归。 台风路径预报的试验结果表明:由多预报量双重筛选逐步回归建立的方程组,对相近预报时段的相同预报量,其影响的预报因子大体相同,而对于不同预报时段的不同预报量,则影响的预报因子有着显著的差异,这样得到的方程组物理意义比较明确,不仅有利于提高预报方程的预报精度,而且还有利于对不同预报方程的预报因子进行分析和改进。     

WRF-Hybrid背景误差协方差调整在台风同化及预报中的应用研究

利用雷达径向风单点试验和2006年8月超强台风"桑美"个例,首先研究了静态背景误差协方差的尺度化因子和方差在台风系统雷达资料同化中对台风路径和强度预报的影响。结果表明:在高时空分辨率的雷达资料同化中,较小的尺度化因子能显著改进对台风路径的预报;尺度化因子的影响比方差的影响更为显著。基于上述实验结果,进一步研究了WRFDA-Hybrid系统中"流依赖"控制变量的水平局地化和垂直局地化对台风预报的影响。试验结果表明:当"流依赖"的水平局地化距离与静态背景误差协方差的尺度化因子具有等效影响范围的时候,WRFDA-Hybrid能够得到比较合理的分析结果。同时针对雷达观测资料的空间分布特征,本文提出了一种新的基于雷达探测高度的垂直局地化方案,对台风的强度和路径预报均有显著的改进。     

对台风路径统计动力预报方案(SD-75)的统计参数作调整的试验

本文在台风路径统计动力预报方案(SD-75)扩大样本量以后,重新求出运动方程中的主要作用力的回归表达式。然后,利用调整后的方案(简称SD-85)对1987年台风路径的业务预报作了试验,结果表明该方案的业务预报性能优于SD-75预报方案。     

新乡市台风低压暴雨预报系统

利用1986～1996年新乡站历史气象资料,分析了产生新乡台风低压暴雨的登陆台风路径,选择了预报因子,建立了新乡市台风低压暴雨预报系统.     

一个改进的台风路径统计预报业务模式

本文重点对原方案的样本资料、因子选择、处理方法等方面作了扩充和改进,试验了多种统计预报模型;同时考虑了双台风和打转台风的预报问题。从而提出一个改进的台风路径统计预报模式,将预报时效从60小时延长到72小时。并对1986年和1987年共11个台风的45次独立样本进行了预报检验。结果表明,改进后的业务预报模式的预报能力确有明显的提高。      

台风定量预报专家系统知识库的研制

台风定量预报专家系统的功能是预报台风的短期路径和降水。本系统用到的经验总结材料总共20多份,在进一步加工整理这些经验总结的过程中,对预报因子的选取、表达和结构都做了改进,对抽象模糊的经验做了补充完善。主要做法如下: 一、预报因子选取方法 在天气预报中,预报因子的选取一直都是共同关心的重要问题,专家系统也不例外。由     

台风探测和业务定位的误差分析

一、前言 随着国民经济的发展以及天气预报本身的需要,对台风路径预报的精度要求越来越高。台风路径预报,无论是天气学方法还是客观预报方法,首先要求台风定位正确,尤其是含有持续性因子的预报模式,对台风的初始位置是十分敏感的。贝尔(Bell)曾经指出,一个初始定位为40公里的误差,计算出来的24小时预报位置的误差会达到80公里。可见台风定位是否正确,在路径预报中有举足轻重的影响。图1是初始定位误差如何影响预报结果的一个实例。图中实线为《台风年鉴》上的路径,点线为当时中央气象     

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。     

南海区域台风大风预报探讨

台风是夏半年影响南海和华南的主要灾害性天气,其中台风大风是其带来的灾害之一。为了提高台风大风预报的准确率,提前报出台风影响时风速大小,这对航海及沿海防台抗台都有积极的意义。本文采用旋衡风方程和静止台风气压场分布模式,用地面天气图上台风区域内某站的气压及其与台风中心的距离求出台风风速计算式,然后用北京气象中心广播的国家气象局气象科学研究院的台风路径数值预报结果或其它台风路径客观预报的结果来作南海区域台同大风的数值预报,经1981—1982年10次台风过程试报效果尚好,可供台风大风业务预报中参考。     

穿越副高北上的台风路径与环境场的关系

对穿越副高北上的台风路径与环境场的多种参数的关系进行统计分析表明:初始环境场某些参数的一定分布与变化有利于台风未来偏北移行,穿越副高。这些参数可作为预报穿越副高北上台风路径的有效因子,其中某些参数还对穿越副高北上台风路径具有较长时效的预报意义。      

正压原始方程模式采用准拉格朗日格式的预报试验

本文设计了一个时间积分采用准拉格朗日格式的台风路径预报的正压原始方程模式。模式采用海绵型开放边界,使边界附近的预报有所改进。采用海绵型边条件和准拉格朗日平流格式后,模式的计算稳定性较好。积分24小时,区域总能量和涡度拟能变化小于1%。在用实际观测资料所做的台风路径预报试验中,初始风场的散度是作为源项加到连续方程中的。对比试验结果表明:有实际源项的初始场的预报优于无源项和源项被人为改变了的初始场的预报,从而说明起始风场中包括非地转部分有利于改善台风路径预报。