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。     

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。     

垂直分层加密和预报区域扩大对GRAPES_TYM台风预报的影响

为提升GRAPES_TYM对西北太平洋和中国南海热带气旋路径及强度的预报能力、增加对北印度洋热带气旋的预报,2019年8月GRAPES_TYM 3.0版投入业务运行。GRAPES_TYM 3.0版的模式垂直分层由GRAPES_TYM 2.2版的50层增加到68层;预报区域由覆盖西北太平洋、中国南海扩展到覆盖北印度洋。试验结果显示:模式垂直分层增加可以改进模式对强台风及超强台风的预报能力,减小平均路径预报误差、显著减小平均强度预报误差以及强度预报负偏差;模式预报区域扩大到覆盖北印度洋对平均路径误差和平均强度误差影响不显著,但长时效预报比较敏感,如20°N以北热带气旋120 h预报路径。2016—2018年的回算结果与NCEP-GFS和ECMWF的预报结果对比分析表明:GRAPES_TYM 3.0版的平均路径误差与NCEP-GFS接近,同ECMWF相比误差较大;但24—96 h强度预报误差明显小于NCEP-GFS和ECMWF,NCEP-GFS和ECMWF对热带气旋强度预报存在明显的负偏差。综上所述,模式垂直分层由50层增加到68层对热带气旋强度预报至关重要,而长时效路径预报对模式预报区域扩大到覆盖北印度洋更为敏感。      

1999—2003年西北太平洋热带气旋综合预报的误差分析

应用1999—2003年中国中央气象台 (CMO)、日本气象厅 (JMA) 以及美国联合台风警报中心 (JTWC) 发布的西北太平洋热带气旋综合预报资料, 从总误差、逐年误差趋势、不同海区误差、不同路径趋势误差、不同强度趋势误差等5个方面对各预报中心的路径及强度预报结果进行分析, 结果表明:5年总的平均误差以JTWC的路径预报误差最小, 而JMA的强度预报较准确; 在不同海域, 各预报中心的路径预报能力各有优势, 但在热带气旋的强度预报方面, JMA的方法在各海区都较稳定; 对不同路径趋势热带气旋的预报方面, 除了南海转向热带气旋的路径预报比JMA和CMO稍差一些之外, JTWC的路径预报在大多数情况下都是好于或相当于JMA和CMO; 在不同强度变化趋势热带气旋的预报方面, JTWC在大多数情况下都优于其他中心。上述结果帮助业务和科技人员全面了解各预报中心的预报能力优劣, 也为今后改进我国的热带气旋预报提供有益的参考。     

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。     

数值模式的热带气旋强度预报订正及其集成应用

提供热带气旋强度预报产品的业务数值天气预报模式有很多,并已表现出一定的预报技巧,为提高对模式热带气旋强度预报产品的定量应用能力,分析2010—2012年7个业务数值模式的西北太平洋热带气旋强度预报,发现预报误差不仅受到模式热带气旋初始强度误差的显著影响,还与热带气旋及其所处环境的初始状况有密切关系,包括热带气旋初始强度、尺度、移速、环境气压、环境风切变、热带气旋发展潜势等。根据这些因子与各模式热带气旋强度预报误差之间的相关性,采用逐步回归方法建立热带气旋强度预报误差的统计预估模型,并通过逐个热带气旋滚动式建模来进行独立样本检验。检验结果表明,基于误差预估的模式订正预报比模式直接输出的热带气旋强度预报有显著改进,在此基础上建立的热带气旋强度多模式集成预报方案相对气候持续性预报方法在12 h有28%的正技巧,在24—72 h则稳定在15%—20%,具有业务参考价值。     

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…     

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。      

插值方法在提高热带气旋路径预报时效分辨率中的应用

利用3次样条捕值和线性插值方法,对热带气旋(TC)路径预报进行时间插值和误差分析,结果表明:12h时效内3次样条时间插值相对于线性方法能明显减小插值误差,考虑起报时次前6～12h的TC实际位置能进一步减小插值误差,从数学方法中体现了TC移动具有持续性的特点.在TC路径预报集成中,特别是各成员起报时间不一致时,需要先进行...     

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。     

热带气旋定量降水预报的动力相似方案

该文提出一个热带气旋定量降水预报(QPF) 的动力相似方案。方案应用热带气旋初始参数、历史过程的天气形势场和物理量场及数值预报产品, 构造预报区域内当前时刻至未来时刻环境要素场的多元客观相似判据。通过定义非线性的相似指数综合评估历史热带气旋样本与预报热带气旋在多元判据下的连续动态相似程度, 以此找到相似样本。应用相似样本的历史降水量记录进行相似指数的权重综合, 得到热带气旋未来6~48 h降水量的定点、定量预报值。预报试验表明该方案具有一定的预报技巧。     

Skill of western North Pacific tropical cyclone intensity forecast guidance relative to Weighted-Analog technique

The accuracy of the western North Pacific tropical cyclone intensity forecast guidance products available at the Joint Typhoon Warning Center (JTWC) is evaluated relative to a new skill metric called Weighted Analog Intensity Pacific (WAIP) that includes knowledge of the JTWC official track forecast and the current intensity, which is information that is available at the time the intensity forecast is generated. An intensity consensus technique called S5XX that includes statistical-dynamic intensity forecasts plus other dynamic and thermodynamic prediction techniques has statistically significant smaller errors than WAIP at 24 h and 48 h and has similar accuracy through 120 h. While the track consensus CONW is a critical input to the JTWC official track forecast, it has no skill relative to WAIP as an intensity forecast. Three regional numerical models also have no skill relative to WAIP, and especially at forecast intervals beyond 72 h because their mean absolute errors are statistically significantly larger than for WAIP. Furthermore, these regional models have statistically significant positive or negative intensity biases relative to the verifying intensities. However, an experimental consensus technique called CMES that includes these three regional models has small accuracy relative to WAIP in the 24 h to 72 h forecast intervals. Geographical-based comparisons of the intensity guidance products with the WAIP indicate almost all of the products are more accurate than WAIP over the South China Sea region. The statistical-dynamic consensus technique S5XX does have skill through 72 h for landfalling situations along the coasts of China and Southeast Asia. At 120 h, the WAIP has superior performance over the guidance products over most areas of the western North Pacific, but again the S5XX is more accurate than WAIP for landfalling tropical cyclones on the Philippine Islands, Southeast Asia, South China, and northeastern Japan. This information will be useful to the forecaster in deciding when and where (or how much) to rely on each guidance product in preparing the five-day intensity forecast once the official track forecast has been established.     

热带气旋路径集合预报试验

以MM5模式为试验模式，分别用增长模繁殖法（BGM）和模式物理过程扰（MPP）形成12个集合成员，对2005年登陆我国的8个热带气旋进行了52次路径集合预报试验，以寻找适合西北太平洋热带气旋路径的集合预报方法。结果表明:BGM方法的集合预报结果总体上好于控制试验结果，其中对强度较弱的热带气旋的集合预报效果更好。MPP方法的集合预报结果总体上不如控制试验结果，但对初始时刻强度达到台风的热带气旋的集合预报效果较好，集合预报相对于控制试验的改进效果明显。基于BGM方法和MPP方法集合预报的不同特点，将两种方法相结合形成扰动成员，这一综合方法的集合预报效果好于单一方法的集合预报效果。BGM方法和MPP方法的系统发散度总体上都偏小。     

数值预报产品统计释用技术在热带气旋路径客观预报中的应用

首先对应用数值预报产品统计释脾技术的效果进行了统计。结果表明,数值预报产品和技术的应用改善了热带气旋路径客观预报中预测因子的预报能力,提高了模式的预报技巧并拓展了有效预报时效。继而对热带气旋路径客观预报中若干统计释用技术问题进行了讨论,并指出：在应用数值预报产品构造热带气旋路径客观预报模式时,采用大样本资料和完全预报方法,细心构造反映各种天气系统特征和物理量场的预报因子,应用多时刻产品并对ＮＷＰ产     

OPERATIONAL ENSEMBLE FORECASTING AND ANALYSIS OF TROPICAL CYCLONES OVER THE WESTERN NORTH PACIFIC (INCLUDING THE SOUTH CHINA SEA)

Based on the tropical cyclone data from the Central Meteorological Observatory of China, Japan Meteorological Agency, Joint Typhoon Warning Center and European Centre for Medium-Range Weather Forecasts （ECMWF） during the period of 2004 to 2009, three consensus methods are used in tropical cyclone （TC） track forecasts. Operational consensus results show that the objective forecasts of ECMWF help to improve consensus skill by 2%, 3%-5% and 3%-5%, decrease track bias by 2.5 kin, 6-9 km and 10-12 km for the 24 h, 48 h and 72 h forecasts respectively over the years of 2007 to 2009. Analysis also indicates that consensus forecasts hold positive skills relative to each member. The multivariate regression composite is a method that shows relatively low skill, while the methods of arithmetic averaging and composite （in which the weighting coefficient is the reciprocal square of mean error of members） have almost comparable skills among members. Consensus forecast for a lead time of 96 h has negative skill relative to the ECMWF objective forecast.     

华东地区热带气旋汛频数异常时的环流分析

该文是为应用统计释用预报方法对影响华东地区的热带气旋（ATC）汛频数预报所做的前期研究工作。研究发现:（1）影响华东地区的热带气旋汛频数的局地性异常变化是汛平均环流半球性调整的结果;（2）汛平均环流中的大气长波既反映了月平均环流的特征又和汛频数的变化存在着较好的关系,特别在异常年,其天气系统和相关地区也比较稳定;（3） 利用影响华东地区的热带气旋汛频数和环流变化的关系建立了汛频数的统计预报方程。在短期气候数值形势预报准确的基础上,应用统计释用预报方法所得的准确率为70%左右,若能预报出汛平均环流的异常变化,则可确定ATC汛频数的特多年或特少年。     

PREDICTION OF ANNUAL FREQUENCY OF AFFECTING TROPICAL CYCLONE USING THE PRODUCTS OF A HYBRID COUPLED AIR-SEA MODEL

Better correlation exists between the activity of tropical cyclones affecting East China and Shanghai and the concurrent signals of SSTA in tropical Pacific. In an attempt to justify this statistic finding, a four-dimensional variational data assimilation system is established to optimize the initial fields of a hybrid air-sea coupled model. The prediction skill of tropical SSTA is improved. Long-term statistical models for predicting annual TC frequency affecting East China area and Shanghai city are developed based on 37-year products of this model and the forecast trials have achieved satisfactory results in 1998 and 1999.     

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.     

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。