基于位置误差的分布制作热带气旋路径袭击概率预报

为了探讨热带气旋路径预报的不确定性,利用2004-2007年4年中央气象台综合预报的误差分布状况,建立热带气旋路径综合预报的统计集合模型,制作热带气旋路径的袭击概率预报及产品,并为警报发布工作中有关登陆地段的预报提供有意义的参考.     

热带气旋路径数值模式业务试验性能分析

在中国气象局数值预报创新基地开发的GRAPES基础上,建立了热带气旋路径预报系统(GRAPES-TCM)。并对2002、2003年热带气旋进行了一系列时间为48 h的路径后报试验,对2004年的热带气旋路径进行准业务预报。针对热带气旋路径预报的分析表明,GRAPES-TCM对热带气旋路径具有良好的预报能力。比较了2004年GRAPES-TCM准业务预报同北京数值预报和日本数值预报的结果,GRAPES-TCM的预报结果比北京的好,与日本数值预报相比仍有较大的差距。GRAPES-TCM计算的总的热带气旋24、48 h平均距离误差大约为150、250 km。GRAPES-TCM计算的热带气旋路径的平均距离误差随着其初始强度的增强而减小,台风级的热带气旋路径的24 h平均距离误差仅为111 km,48 h平均距离误差也在210 km左右,与此同时,预报的强热带风暴的24和48 h平均距离误差则为166.6和242.6 km。GRAPES-TCM后报的"突然转向"和"突然变速"热带气旋的平均距离误差24 h达到280 km,48 h则在300 km左右,超过其总的平均距离误差。对于"回旋"路径的热带气旋也有一定的预报能力。对不同分辨率的对比试验结果表明,提高GRAPES-TCM的分辨率可为稍长时间的热带气旋路径预报提供更为可靠的结果,2004年的热带气旋路径预报的48 h平均距离误差不到200 km。     

2002年西北太平洋和南海热带气旋路径主客观预报评价

利用目前中央气象台热带气旋路径实时业务预报中使用的各种主客观预报产品资料，对2002年西北太平洋和南海热带气旋路径实时业务预报中的主客观预报进行对比分析检验。结果显示：虽然在整体上主观预报要优于客观模式的结果，但客观模式的预报能力已接近主观预报，有时甚至还好于主观预报，特别是48小时以上时效的客观模式较主观预报具有一定的优势；而在客观模式中，全球模式优于台风模式；热带气旋路径数值模式产品的使用对提高热带气旋路径业务预报水平具有十分重要的作用。     

集成方法在热带气旋路径和强度预报中的应用

利用多元线性回归、递归正权决策和算术平均方法,分别建立热带气旋路径和强度多模式集成预报方程,并用2004年西北太平洋和南海生成的热带气旋资料进行预报试验,同时对各家预报和集成预报进行了检验分析。结果表明,用集成预报方法作热带气旋路径和强度预报是可行的,预报年总平均误差有一定程度的减小,最大预报误差也有所减小,出现较大预报误差的概率明显减小。集成方法的预报能力一般好于集成方法中采用的任意单一预报,体现了集成方法的优越性。     

GOES-9云图资料在热带气旋路径相似预报中的应用

利用1996～1999四年的GMS-5红外云图资料、NCEP资料和〈台风年鉴〉给出的热带气旋资料,以及GOES-9红外云图资料,使用逐步相似法对2004年热带气旋进行了路径预报试验.结果表明,GOES-9资料与GMS-5资料可以融合使用,用云图灰度场结合高度场作相似预报的方法可以实现热带气旋移动路径的定量预报,表现了较好的准确性,具有良好应用前景.     

应用指数曲线模式对热带气旋路径的模拟预报方法

应用非线性数理模型中指数曲线方法,对2000～2001年3个不同路径类型的热带气旋进行移动路径的模拟,并对结果进行了误差、登陆时间、地段以及转向点等分析,结果表明:热带气旋路径受许多确定和不确定因子影响,在方程拟合时非线性项起很大的作用,且拟合误差随k值的增大而增大,对路径复杂的热带气旋无法做出准确预报,但可以判断其转向趋势,仍不失为有效的模拟预报方法.     

9711号热带气旋路径预报的检验评估

1引言众所周知,热带气旋路径预报的精度直接关系灾害性天气的预报服务效果。近年来,随着数值预报和各种热带气旋路径预报方法的不断改进,热带气旋路径的预报水平也在不断的提高。然而,随着社会经济的发展,对于热带气旋路径和灾害性天气预报的精度和时效的要求越来越高。目前国内外比较先进的数值预报和热带气旋路径预报,随着预报时效的延长和路径的变化,预报误差亦明显增大。因此,分析热带气旋路径预报的误差及各种数值预报对于热带气旋路径的预报能力,便于业务预报的合理释用,减小预报误差,获取最佳预报服务效果,是业务预报服…     

西北太平洋(含南海)热带气旋路径集成预报分析

基于2004—2009 年中国中央气象台、日本气象厅、美国联合台风警报中心、欧洲中心对西北太平洋和南海编号热带气旋主客观预报资料,利用算术平均、多元回归以及历史平均误差等三种集成方法,建立了热带气旋路径集成预报业务化系统。通过2007—2009 年的业务运行结果分析发现,欧洲中心客观预报参与的24、48 和72 h 集成比主观预报三个成员集成预报水平分别提高约2%、3%～5%和3%～5%,减小误差2.5 km左右、6～9 km 和10～12 km。技巧分析发现,24～72 h 集成预报有正技巧,多元回归集成技巧相对稍低,而算术平均和以各成员平均误差的平方倒数为权重系数的集成技巧对于各集成成员来说技巧差异不大。96 h 集成预报对欧洲中心的客观预报没有正技巧。      

热带气旋奇异向量在GRAPES全球集合预报中的初步应用

基于副热带奇异向量的初值扰动方法已应用于GRAPES （Global and Regional Assimilation PrEdiction System）全球集合预报系统,但存在热带气旋预报路径离散度不足的问题。通过分析发现,热带气旋附近区域初值扰动结构不合理导致预报集合不能较好地估计热带气旋预报的不确定性,是路径集合离散度不足的可能原因之一。通过建立热带气旋奇异向量求解方案,将热带气旋奇异向量和副热带奇异向量共同线性组合生成初值扰动,以弥补热带气旋区域初值扰动结构不合理这一缺陷,进而改进热带气旋集合预报效果。利用GRAPES全球奇异向量计算方案,以台风中心10个经纬度区域为目标区构建热带气旋奇异向量求解方案,针对台风“榕树”个例进行集合预报试验,并开展批量试验,利用中国中央气象台最优台风路径和中国国家气象信息中心的降水观测资料进行检验,对比分析热带气旋奇异向量结构特征和初值扰动特征,评估热带气旋奇异向量对热带气旋路径集合预报和中国区域24 h累计降水概率预报技巧的影响。结果表明,热带气旋奇异向量具有局地化特征,使用热带气旋奇异向量之后,热带气旋路径离散度增加,路径集合平均预报误差和离散度的关系得到改善,路径集合平均预报误差有所减小,集合成员更好地描述了热带气旋路径的预报不确定性;中国台风降水的小雨、中雨、大雨、暴雨各量级24 h累计降水概率预报技巧均有一定提高。总之,当在初值扰动的生成中考虑热带气旋奇异向量后,可改进热带气旋初值扰动结果,并有助于改善热带气旋路径集合预报效果。      

人工智能技术的热带气旋预报综述(之一)——BP神经网络和集成方法的热带气旋预报研究和业务应用

热带气旋路径和强度的客观定量预报是当前热带气旋预报研究和业务预报工作中的重点和难点。简要介绍了有关热带气旋业务预报技术的研究现状,综述了人工智能神经网络技术方法中最广泛使用的BP神经网络模型、进化计算遗传算法—神经网络的热带气旋路径、强度集成预报方法,以及近十多年来,这些方法在实际业务预报中与国内外主要数值预报模式及其他客观预报方法预报性能的对比分析,指出了人工智能神经网络和遗传神经网络集成预报方法等在热带气旋强度、路径预报中的优势和不足,并提出了未来更深入研究需要关注的重点关键问题。     

数值预报对热带气旋移动路径的预报能力的检验

作者利用１９９５年６－１０月影响南中国海的１０个热带气旋实况资料以及５００ｈＰａ天气图，对日本地面２４小时数值预报和ＥＣＭＷＦ５００ｈＰａ为数值预报产品对热带气旋移动路径的预报能力进行检验和分析，结果表明；１．日本的２４小时地面数值预报对热带气旋的路径趋势有一定的预报能力，它对路径稳定的热带气旋预报能力较好，对热带气旋的突变转折预报能力较差。２．ＥＣＭＷＦ５００ｈＰａ数值预报对热带气旋的移动路长有     

AN EFFECTIVE APPROACH TO SHORT-AND MEDIUM-RANGE PREDICTION OF TRACK AND INTENSITY OF TROPICAL CYCLONES

An objective prediction approach to the 6 h-144 h track and intensity of tropical cyclones over the northwestern Pacific is proposed. On the basis of both analog deviation technique and completed historical sample curve library, the track or intensity prediction for each forecast period are determined respectively through the optimum weighted superposition of displacement or intensity change of the cases, with different number and weighted coefficient corresponding to minimal analog deviation, from different tropical cyclone or different stage of the same cyclone. so that the prediction results for both forecast period and entire process are optimal. The verification suggests that the approach exhibits better forecast performance than other previous forecast methods by having remarkable decreasing forecast errors in short-and medium-range forecast of both track and intensity,and that the approach can also be used to predict effectively the decay process of tropical cyclone and is able to predict anomalous track and tropical depression.     

THE OBJE CTIVE ANALOGUE PREDICTION MODEL FOR TROPICAL CYCLONE TRACK WITH COMPREHENSIVE ASSESSMENT OF THE ENVIRONMENT

An objective analogue prediction model for tropical cyclone (TC) track is put forward that comprehensively assesses the environmental field. With the parameters of the tropical cyclone and environmental field at initial and future time, objective analogue criteria are set up in the model. Analogous samples are recognized by comprehensive assessment to historical TC cases for similarity with multivariate criteria,using non-linear analogue indexes especially defined for the purpose. When the historical tracks are coordinateconverted and weighted with reference to analogue indexes,forecast tracks are determined. As shown in model verification and forecast experiments, the model has forecasting skill.     

热带气旋路径趋势数值预报的试验研究

给出了一个嵌套于欧洲中期天气预报中心全球谱模式中的套网格模式，用于预报热带气旋路径趋势，提出了一种以欧洲中期天气预报中心提供的时距为24小时的预报场为基础的“接力预报”方法；设计了五种不同的“接力预报”方案；并对8507号和8509号两个热带气旋就各种不同预报方案进行了数值预报试验。结果表明，本模式对热带气旋路径趋势具有较强的预报能力，对疑难路径也具有一定的预报能力，为开展热带气旋的路径趋势预报提供了一个新的途径。文中还对影响热带气旋路径趋势的一些主要因子结合各预报结果进行了分析，为模式尽早投入业务提供了一定的依据。     

Skill of synthetic superensemble hurricane forecasts for the Canadian maritime provinces

Summary From 1994 to 2003, fifty-five tropical cyclones entered the Canadian Hurricane Centre (CHC) Response Zone, or about 42% of all named Atlantic tropical cyclones in this ten-year period, and 2003 was the fourth consecutive year for a tropical cyclone to make landfall in Canada. The CHC forecasts all tropical cyclones that enter the CHC Response Zone and assumes the lead in forecasting once the cyclone enters its area of forecast responsibility. This study acknowledges the challenges of forecasting such tropical cyclones at extratropical latitudes. If a tropical cyclone has been declared extratropical, global models may no longer use vortex bogussing to carry the cyclone, and even if it is modeled, large model errors often result. The purpose of this study is to develop a new version of the Florida State University (FSU) hurricane superensemble with greater skill in tracking tropical cyclones, especially at extratropical latitudes. This has been achieved from the development of the synthetic superensemble, which is similar to the operational version of the multi-model superensemble that is used at FSU. The synthetic superensemble differs in that is has a larger set of member models consisting of regular member models, synthetic versions of these models, and the operational superensemble and its synthetic version. This synthetic superensemble is being used here to forecast hurricane tracks from the 2001, 2002, and 2003 hurricane seasons. The track forecasts from this method have generally less error than those of the member models, the operational superensemble, and the ensemble mean. This study shows that the synthetic superensemble performs consistently well and would be an asset to operational hurricane track forecasting.     

利用神经网络方法建立热带气旋强度预报模型

以神经网络方法为基础,建立西北太平洋热带气旋强度预测模型,模型首先进行历史相似热带气旋选择。从选择的样本出发,计算得到一组气候持续因子、天气学经验因子和动力学因子, 对这些因子采用逐步回归方法进行筛选,将筛选得到的因子同对应时效的热带气旋强度输入神经网络训练模块,从而得到优化的预测模型。从2004-2005年西北太平洋26个热带气旋过程对12,24,36,48,72h等不同预报时效分别进行的634,582,530,478,426次预测试验结果的统计来看,相对于线性回归模型预测水平,该模型显著降低了各时段的预测误差。从几个热带气旋个例的预测结果来看, 该模型对超强台风, 以及具有强度迅速加强、再次加强等特征的热带气旋过程均有很好的描述能力。     

热带气旋路径强度预报——SAPC法

SAPC——逐段相似气候持续性热带气旋路径、强度预报方法，既考虑了热带气旋的气候持续性规律，又考虑了与现时热带气旋状态特别相似的历史热带气旋路径、强度变化规律，用不同的相似条件和权重，把气候路径、相似路径和持续性路径作了有机的统一。该方法克服了预报路径的大曲率变化，考虑了随时间、地点变化的热带气旋的气候规律，根据热带气旋的现时状态，即可随时制作路径、强度预报。历史资料和实际应用表明该方法有实用价值。     

Tropical cyclone track and intensity prediction: The generation and assimilation of high-density, satellite-derived data

Summary The impact of recent scientific and technological advances in tropical cyclone track, intensity and structure modeling is discussed. Since the early 1990s, developments have occurred in remote sensing, data assimilation procedures, numerical models and high performance computing. In particular, there is now quasi-continuous high spatial and temporal resolution data coverage over the previously data-sparse oceans where tropical cyclones spend most of their life cycles. There has been a rapid development of data assimilation methodologies capable of using these data to initialize high-resolution prediction models. Model developments have reached a stage of maturity where the representation of many of the physical processes necessary for improved tropical cyclone track and intensity prediction are now included. Finally, available computer power has reached the teraflop range. Most operational centers have high performance computers capable of tropical cyclone modeling at resolutions necessary for skillful track and intensity simulations. This article focuses on combining all of the above developments in a tropical cyclone data analysis and prediction system. The system has produced statistically significant reductions in the mean forecast error statistics for tropical cyclone track predictions and resulted in far more realistic simulations of tropical cyclone intensity and structure. A large number of tropical cyclones have been modeled, with emphasis on those classified as being “difficult” storms to predict accurately. These difficult storms are most responsible for rapidly growing forecast errors. Our results are illustrated by case studies of such tropical cyclones. Received October 9, 2001 Revised December 28, 2001