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。      

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。     

台风路径统计预报的改进

应用数值预报产品并采用多种预报方案相结合建立了台风路径的统计释用综合预报模式，从而提高了台风路径预报的技巧。经１９９４年台风季节业务试用，其预报性能比原有的统计预报模式有较大的提高，试验表明，充分利用在预报时可得到的数值预报输出产品的采用多种方案集成是改进台风路径客观的有效途径。     

台风移动的分型统计预报方法

一、前言 近年来,用逐步回归的统计预报方法作台风路径的短期预报,已成为许多气象台预报业务中常用的工具之一,这个方法结合了预报员们的实践经验,经两年的使用结果证明是有一定参考价值的。目前的改进主要采取以下几个途径:(1)提高预报因子的质量,着重在各个因子的天气意义方面和台风移动之间相关性的提高。(2)对统计样本先作天气     

我国台风预报业务的现状及思考

随着数值预报模式和技术以及综合探测体系的不断进步和完善,自20世纪90年代以来我国台风业务预报取得了长足的进步,特别是台风路径业务预报水平进展显著,目前基本达到国际先进水平。通过对我国及国际台风/飓风业务预报现状的回顾,分析了目前我国台风业务预报中存在的主要问题、业务预报难点和亟待解决的科学问题,同时展望了我国台风业务预报在全球气候变化条件下,以及日益增长的国家防灾减灾需求形势下所面临的挑战,并对我国台风业务预报的未来发展做出了一些粗浅的思考,提出了改进我国台风业务预报的相关建议措施。     

BDA方案对台风背景高温天气预报的改进

广州地Ⅸ的高温天气主要是受副热带高压和台风外围下沉气流的影响所致.文中采用BDA(Bogus Data Assimila-tion)方法,探讨BDA方案对广州地区台风背景条件下高温预报的改进能力.选取2005年7月中旬广州地区出现的高温天气进行研究.这是比较典型的受副热带高压和台风(海棠)共同影响造成高温的天气过程.分析有无采用BDA方案的模式初始场.结果表明:采用BDA方案同化Bogus模型可以调整台风中心位置和强度,使所得到的初始场中心位置与观测更为接近,台风强度(气压梯度力、风速)比末用Bogus的情况强,与观测值更为接近.数值模拟的结果表明,采用了BDA方案的敏感试验可以更好地预撤台风路径和台风中心强度变化,从而更好地预报高温天气,对高温区分布、日平均温度大小等的预报都有改进.文中对引起这种预报差异的原因进行了讨论,并探讨高温预报改进的可能机制.大气下沉运动的增强是高温预报改进的主要原因.敏感试验由于广州中低层大气的水汽减少,大气的下沉增强,致使天空的云量减少,对太阳短波辐射的阻挡减小,从而地面吸收热量增多,温度升高,输送给大气的感热增加,大气气温升高.采用BDA方案可以改进模式在台风"海棠"过程对广州高温的预报.     

采用预报涡旋的初始化方案对2015年台风“莲花”、“灿鸿”的试验研究

提出了一种采用预报涡旋的初始化方案,用预报涡旋代替bogus模型参与构建模式初始场,采用权重形式合成预报涡旋和分析涡旋获取台风初始涡旋。针对2015年“莲花”和“灿鸿”台风,基于该初始化方案设计了一系列对比试验进行数值模拟,并对结果进行分析。结果表明:(1)该方案得到的台风初始涡旋结构比bogus模型合理;(2)预报涡旋权重不宜取太大;(3)从长时效预报效果看,采用24 h内预报涡旋比采用长时效预报涡旋台风的路径和强度误差减小;(4)采用同一权重方案对“莲花”、“灿鸿”预报的改进效果不同,其原因与预报涡旋和分析涡旋的协调程度有关。多台风情形下可在初步评估的基础上采用不同时效的预报涡旋和不同权重方案。      

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。     

东海区域热带气旋路径统计动力预报研究

文章主要介绍了东海区域热带气旋路径统计动力预报方案及其使用情况。该方案在原有台风路径统计动力预报方案的基础上调整了预报区域，重新选取了历史样本；延长了预报时效；对随机参数的相关因子，尤其是其中的天气经验因子进行了改进，并引进了欧洲中期数值预报中心的数值预报产品因子。另外，还对有关因子的重要性做了分析研究。经独立样本检验和实时预报表明，该方案的热带气旋预报路径和实际路径相当吻合，各项误差比同类产品明显减小，对实际业务预报服务具有较好的参考价值。     

Kalman滤波技术在台风路径动力-统计预报中的应用

本文从台风移动的动力学模式出发,讨论了目前台风路径动力—统计预报中所存在的问题,提出了改进的措施,探讨了kalman滤波器的实现方案,并分析了在采用kalman最佳线性递推滤波方法作实际预报时对误差计算的处理方法,从而对台风路径的动力—统计预报作了改进。通过较多独立样本的检验,表明了台风路径动力—统计预报的kalman滤波方法,能够修正台风路径预报的速度和方向,因此具有实际的应用价值。     

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%。      

不同背景场误差样本模拟方案对数值预报的影响——以“苏迪罗”台风为例

利用天气研究和预报模式(Weather Research and Forecasting Model,WRF)、WRF三维变分同化(Weather Research and Forecasting-Three-Dimensional Variational Data Assimilation,WRF-3DVAR)及美国国家气象中心(National Meteorological Center,NMC)方法,采用热启动循环同化和冷启动两种不同初值方案开展数值试验,探讨不同初值方案模拟的背景场误差样本对背景误差协方差及其同化预报效果产生的影响。结果表明:由不同初值方案模拟的背景场误差样本统计得到的背景误差协方差,其单点同化试验均符合理论模型,但二者分析增量场的差异较显著。对2015年"苏迪罗"台风降水个例进行的数值试验表明,不同初值方案模拟的背景场误差样本统计得到的背景误差协方差对同化分析场具有一定影响,进而对台风移动路径和台风降水的模拟产生了较显著的影响,但对台风强度和台风中心附近最大风速的影响不显著。4个不同起报时刻数值试验进一步表明,采用热启动循环同化背景场误差样本模拟方案统计的背景误差协方差,对"苏迪罗"台风路径和降水预报效果较好,其中对台风路径的影响主要体现在数值预报模式积分24 h之后。     

AMSU-A全空辐射率资料同化对台风“天鸽”的预报影响研究

利用美国NCEP(National Centers for Environmental Prediction)发展的GSI(Gridpoint Statistical Interpolation)同化系统和GSM(Global Spectral Model)全球频谱预报模式作为循环同化系统,选用2017年第13号台风为研究个例,采用全空和晴空两种同化方案对AMSU-A(The Advanced Microwave Sounding Unit-A)辐射率观测开展同化对比试验,并对台风"天鸽"个例进行5 d预报,研究AMSU-A全空辐射率同化对台风天鸽发展过程预报的影响。结果表明,全空同化方案相比晴空同化方案预报的台风路径、台风中心气压以及台风最大风速预报误差更小;全空同化方案对台风"天鸽"生命周期的模拟更加准确,更接近中国气象局发布的台风天鸽最佳路径的最低气压,而晴空同化方案预报的台风发展较弱,无法预报出成熟期的台风强度;全空同化方案能够增加低层通道海上厚云覆盖区域辐射率资料同化量,增幅占AMSUA同化观测总量10%,从而改进海洋区域天气系统的热力场结构。     

2011年“洛克”和“桑卡”双台风预报效果的初值试验研究

采用南海台风模式,对2011年业务预报误差较大的台风“洛克”（1115）和“桑卡”（1116）双台风的初值方案进行试验和研究,目的在于寻求改进预报的线索,从而提升台风模式性能。针对“洛克”和“桑卡”台风设计了几组初值方案对比试验,结果表明,仅对弱台风“桑卡”进行重定位和bogus的初值处理,与对双台风都进行初值处理相比较,两台风的路径预报误差减小。分析认为仅对弱台风作初值处理以改善其涡旋环流的影响是该双台风路径预报得以改进的原因。对2011—2012年所有弱台风进行批量预报试验,结果表明对弱台风采用重定位和bogus的初值处理,台风路径预报和强度预报的误差减小。对弱台风进行重定位和bogus初值处理,可改善模式对弱台风的预报效果。此外,目前南海台风模式中现有的bogus方法构造的涡旋相对于弱台风而言云顶偏高,可考虑发展针对弱台风的涡旋模型。      

中国南海台风模式(TRAMS-v2.0)技术特点及其预报性能

中国南海台风模式(TRAMS)是基于GRAPES的非静力中尺度模式,采用半隐半拉格朗日时间差分方案,借助Helmholtz方程进行隐式求解,并在原模式的基础上,采用三维静力参考大气、非线性项分步计算、物理过程倾向隐式处理及与动力过程耦合等技术,形成新的模式动力过程计算方案。模式物理过程主要包括:长短波辐射、云微物理、湍流和深浅对流和海陆面等下垫面参数化方案,新版南海台风模式重点研发了海陆面参数化方案(SMS方案),改进了积云参数化方案(NSAS方案),并且引入地形重力波拖曳参数化方案(KA95方案)。预报模式的覆盖范围:81~161°E,0~51°N。水平格距为0.18°,垂直方向分65层,时间积分步长为100 s。2015年批量试验结果表明,新版南海台风模式预报性能稳定,误差较小,与EC全球模式同样本比较,发现短时效(如0~24 h)两模式台风路径预报误差水平基本相当,而较长时效(如48~72 h),南海台风模式的预报误差小于EC全球模式,具备较好的业务应用价值。     

对流参数化方案的改进对GRAPES模式台风预报的影响研究

将由NCEP改进之后的SAS(Simplified Arakawa-Shubert Scheme)对流参数化方案（NSAS方案）应用到GRAPES模式中,并对“启德”台风进行模拟,通过和原来SAS方案的预报结果进行比较,发现新方案对台风路径预报有显著改进。通过对NSAS方案中几个新增加的因素进行敏感性试验,发现其中对由于对流引发的扰动气压场如何影响动量输送这个问题的处理使得台风路径预报效果变差,采用动量的水平混合代替风场切变来对扰动气压场进行参数化以后,可有效改进该方案的预报效果。考虑动量的水平混合系数随高度变化可进一步改善预报结果。通过比较多个台风的预报结果发现,这种改进对台风路径预报的改进较稳定      

面向台风暴雨的集合预报成员优选订正技术研究及应用试验

本文以2013—2015年主要登陆台风暴雨过程为研究对象,利用ECMWF降水和台风路径集合预报以及中央气象台实时业务台风中心定位资料,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降水实时订正技术(简称集合成员优选技术)。结果表明,在登陆台风暴雨过程预报中,集合成员优选技术对改进集合统计量降水产品有明显的帮助,并较ECMWF确定性预报产品有一定优势;该方法对改进短期时效预报产品的效果优于中期时效预报,对大暴雨评分的改进高于暴雨和大雨评分。另外,本文基于概率匹配平均(Probability Matching average,PM)和融合(FUSE)产品的计算原理,提出融合匹配平均(Fuse Matching average,FM)产品,结果表明,对36 h时效预报,优选10~15个成员的PM产品TS(Threat Scores)评分可达最优,大暴雨评分较确定性预报提高近10%;对60和84 h时效预报,FM产品大暴雨评分较确定性预报提高超过20%。     

全球数值模式中的台风初始化Ⅱ: 业务应用

由于缺少大量有效的观测资料,台风初始化对数值天气预报业务模式而言,仍然是一个悬而末决的难题.中国国家气象中心自从1996年将台风数值预报系统投入业务运行以来,一直使用经验的人造bogus涡旋台风初始化技术.实际上,不同时期的台风有着不同的环流结构,即使同一个台风在不同的生命期也具有不同的结构特征,而这些结构特征的差异并不能依靠现有的bogus涡旋技术体现出来,这种主观方法的统一性与台风在时空上的差异性形成了强烈的反差.最近,基于国家气象中心全球资料分析同化-预报循环系统,设计和发展了一套新的台风初始化业务方案,它主要由初始涡旋形成、涡旋重定位和涡旋调整3部分过程组成.相比于业务中使用的人造bogus涡旋台风初始化方案,新方案在很大程度上减少了人为因素对台风涡旋结构的影响,而更多地是依靠数值模式自身的动力和物理过程来协调约束产生三维空间的涡旋结构.应用新方案,文中对生成于西北太平洋的2006年0605号台风格美(Kaemi)进行了数值试验,初步分析表明,新方案在实现台风涡旋环流结构的初始化方面效果较好,同时,对台风格美多个时次的预报结果也显示,相比于业务使用的bogus方案而言,新方案对台风路径平均预报误差有了大幅度的降低.     

全球数值模式中的台风初始化Ⅰ:方案设计

由于缺少大量有效的观测资料,台风初始化对数值天气预报业务模式而言,仍然是一个悬而末决的难题.中国国家气象中心自从1996年将台风数值预报系统投入业务运行以来,一直使用经验的人造bogus涡旋台风初始化技术.实际上,不同时期的台风有着不同的环流结构,即使同一个台风在不同的生命期也具有不同的结构特征,而这些结构特征的差异并不能依靠现有的bogus涡旋技术体现出来,这种主观方法的统一性与台风在时空上的差异性形成了强烈的反差.最近,基于国家气象中心全球资料分析同化-预报循环系统,设计和发展了一套新的台风初始化业务方案,它主要由初始涡旋形成、涡旋重定位和涡旋调整3部分过程组成.相比于业务中使用的人造bogus涡旋台风初始化方案,新方案在很大程度上减少了人为因素对台风涡旋结构的影响,而更多地是依靠数值模式自身的动力和物理过程来协调约束产生三维空间的涡旋结构.应用新方案,文中对生成于西北太平洋的2006年0605号台风格美(Kaemi)进行了数值试验,初步分析表明,新方案在实现台风涡旋环流结构的初始化方面效果较好,同时,对台风格美多个时次的预报结果也显示,相比于业务使用的bogus方案而言,新方案对台风路径平均预报误差有了大幅度的降低.     

预报台风路径的“RSWA”*方法性能分析

本文通过大量样本计算分析,试图阐明“RSWA”台风路径预报方法的性能。得出预报结果的优劣主要依赖台风初始位置及前期路径的局部特征(如移动方向和速度),从而找出了“RSWA”的不足之处。 并从预报误差方面展开了对模式性能的讨论。结果表明,“RSWA”用于预报台风路径,尤其是C类台风路径,具有一定参考价值,且比原方案优越。 经分析表明,一个方法的预报误差,应由模式引起的误差(EM)和台风移动过程中诸因素引起的误差(E_T)组成。而台风移动过程中所引起的误差应是依赖于台风初始定位、初始移动,台风强度及季节等要素的一个连续函数。