国家气象中心数值预报业务的进展

在最近的１５年中，国家气象中心的数值预报业务高速度发展，预报模式从北半球模式发展为全球谱模式，并配套建立了资料同化系统和用于降水预报的有限区预报模式，暴雨和台风预报模式正在研制中。目前数值预报时效已延至７天，Ｔ６３９３丙上时的预报水平已优于的数值预报产品的应用技术在不断改进，最高（低）气温下两天ＭＯＳ预报精度已接近预报员制作的综合预报结果。     

热带有限区数值预报模式的升级及在台风预报中的应用

较详细地描述了作者近年发展的一个新的热带有限区数值预报系统，包括模式的框架、物理过程以及初值的形成。给出了自１９９３－１９９５年应用于中风数值预报的结果。并与过去的热带有限区数值预报模式系统作了比较，新的数值预报系统对台风预报的改进是十分明显的。     

物理初值化在台风数值天气预报中的应用试验

根据P.R.Julian(1984)的物理初值化方法，利用有限区数值预报模式，针对台风系统的预报做了物理初值化试验。结果表明，物理初值化不但可以改善台风、低压和副高区域的初始流场形势以及初始降水率，而且可以改善台风强度的发展变化过程和路径的预报，是一种有效可行的方法。     

双台风形势下上海地区一次暴雨过程的预报分析和对比

通过对双台风形势下上海地区一次暴雨过程的预报分析和对比,发现这次暴雨的落区有别于传统的3类台风暴雨落区,即台风本体和螺旋雨带、台风倒槽以及与冷空气结合。这次暴雨是由于其中一个台风左后侧的偏北气流与另一个台风的倒槽东南气流相结合所致,提出其为第4类暴雨落区。各业务模式的检验表明,由于无法精确描述各台风的位置、结构和强度,现阶段模式对此类暴雨的预报能力可能偏差,对模式预报结果进行修正使用的难度高,加上此类暴雨出现的概率很低,因此,在短期预报时段内(24 h预报时效以上),此类暴雨的预报难度高。临近预报需要特别关注强降水发生之前,地面形成的局地辐合线。      

区域增强模式数值预报系统及其性能

介绍一个新的中尺度模式业务数值预报系统，即区域增强模式数值预报系统，该系统具有较高的分辨率，并能在广州区域气象中心现有条件下进行实时业务预报。大量准业务预报试验表明，该系统对影响华南的种类主要大气过程、尤其是台风和前汛期暴雨等过程有较强的预报能力。对１９９３、１９９４、１９９５年所有影响华南的台风过程的预报检验其降水邓产分明显高于国家气象中心降水预报模式等大尺度模式的预报，同时，台风路径的预报误差     

“8·23—24”上海远距离台风大暴雨影响分析

利用常规天气资料、物理量场资料、雷达资料、云图资料以及主要业务模式预报资料等,对2015年8月23和24日上海地区大暴雨进行了分析。分析表明这是一次远距离台风与北方扩散南下冷空气共同影响产生在上海及周边地区的大暴雨过程。1515号台风天鹅北侧外围的偏东风急流为强降水区提供了源源不断的水汽;北方扩散南下冷空气与台风北侧外围的东风急流汇合使得辐合抬升得到加强;各业务模式的检验表明,由于无法精确预报台风的位置、台风外围的偏东风气流影响的强度和地区以及冷空气强度等,大部分业务模式无论是降水落区、强度及最强降水时段预报均存在较大的误差。在模式预报有误差的情况下,要重视实时资料应用,及时做出短时暴雨预警。     

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。     

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。     

超强台风鲇鱼路径北翘预报分析

利用常规气象观测资料、实时业务数值预报模式、欧洲中期天气预报中心（ECMWF）ERA Interim全球再分析资料（1.5°×1.5°）以及NCEP全球再分析资料（1°×1°）,对1013号超强台风鲇鱼移入南海后路径突然北翘的原因进行了初步分析,并对业务数值预报模式及中日美三家综合业务预报的台风路径预报进行了检验。结果发现：南半球越赤道气流向北涌进致使赤道缓冲带北进与＂鲇鱼＂东侧的副热带高压脊合并是＂鲇鱼＂在南海路径发生突然北翘的主要原因;当业务数值预报模式出现较大分歧时,台风路径多模式集成预报或超级集合预报是解决数值预报较大分歧的有效途径,为此有必要加强台风路径多模式集成预报或超级集合预报综合应用平台的研发,并在此基础上进一步完善现有台风业务预报流程。     

一个中国沿岸台风风暴潮数值预报系统的建立与应用

依据三维斜压海洋环流模式POM建立了一个中国沿岸台风风暴潮数值预报业务系统.台风风场模型考虑了台风移动和周围环境风场的影响,采用了较合理的强风情况下的风应力计算公式,建立了稳定合理的模式海洋环流气候状态和模式边界条件.大量的数值模拟结果表明,该模式能较好地重现历史台风风暴增水过程,对近2年台风风暴潮个例的预报结果表明,该业务系统对台风风暴增水具有较好的预报能力,文章同时分析了模式存在的一些问题.该业务系统实现了从资料采集、模式运行到预报结果输出的全自动化,显示采用图片和MICAPS两种方式,后者与现有气象业务平台一致.     

A NUMERICAL STUDY OF THE EFFECT OF TAIWAN ISLAND TERRAIN ON TYPHOON HAITANG （0505） TRACK

The track of Typhoon Haitang (0505), which passed through the Taiwan Island and landed again,has been successfully simulated by using the non-hydrostatic mesoscale atmospheric model MM5. Itsstructure is analyzed on the landing stage, and it is found that there exist good relationships between thetyphoon abnormal moving track and its asymmetry structure. The effect of terrain of Taiwan Island on thetyphoon Haitang, which made it rotate before landing and present a "V" type abnormal moving track inTaiwan straits, has also been simulated. Further analysis shows that the terrain of Taiwan Island not onlydirectly affects the typhoon moving track, but also changes the typhoon track by affecting its asymmetricstructure. Therefore, the typhoon asymmetric structure and the effect of terrain of Taiwan Island togetherresults in the abnormal rotating track. The terrain of Taiwan Island tends to increase the SW-NEasymmetric structure of the typhoon and has different effect on SE-NW asymmetric structure during thelandfall process of typhoon Haitang before entering and moving out of the Taiwan straits.     

台湾岛地形对台风“海棠”(0505)移动路径影响的数值试验研究

利用非静力模式MM5模拟台风“海棠”（0505）穿过台湾岛再次登陆的移动路径,分析了“海棠”登陆台湾岛前后结构特征变化。结果表明：台风自身的非对称结构与台风异常移动路径密切相关。另外,就台湾岛地形对台风“海棠”登陆台湾前打转和在台湾海峡出现“V”型移动异常路径影响进行数值试验表明：台湾岛地形不但可以直接影响台风移动路径,而且通过影响台风非对称结构来改变台风移动路径,因此,登陆台湾前逆时针打转异常路径是在弱引导气流中台风自身非对称结构和台湾岛地形共同作用的结果;台湾岛地形有使台风东北-西南向非对称增大趋势,而在台风进入台湾海峡前后对东南。西北向非对称有明显不同影响。     

APPLICATION OF BDA SCHEME IN TYPHOON TRACK PREDICTION

The MM5, which is the PSU/NCAR mesoscale nonhydrostatic limited-area model, and its adjoining modeling system are used in this paper. Taking T106 analysis data as background field the authors generate an optimal initial condition of a typhoon by using two bogus data assimilation schemes, and conduct some numerical simulating experiments. The results of No.9608 typhoon (Gloria) show that the optimal initial field have some dramatic improvements, such as inaccurate position of typhoon center, weaker typhoon circulation and incomplete inner structure of the typhoon, which are caused by shortage of data over the sea. Some improvements have been made in the track forecast. Through several comparing experiments, the initialization optimized by BDA scheme is found to be more reasonable than GFDL scheme and its typhoon track forecast is better.     

地形对台风Megi(2010)过岛阶段路径偏折影响的数值研究

采用谱逼近方法减小大尺度环境场模拟偏差,通过地形敏感性试验,研究吕宋岛山脉地形高度对台风Megi(2010)过岛阶段路径偏折的影响。模拟试验表明,谱逼近700 hPa高度层以上天气尺度风场分量的数值试验不仅能够反映大尺度环流对台风路径的引导作用,同时保留了中低层环流对地形影响的响应,较为准确地反映了Megi靠近和登陆吕宋岛过程中的持续南压过程,以及离开吕宋岛后的突然北折过程。在此模拟基础上,通过对地形高度敏感性试验结果诊断和影响区域空气质点进行后向轨迹分析,表明在台风向山脉靠近过程中,台风外围和内核环流均受地形影响,迎风坡存在明显气流辐合,有利于台风流场与南北向山脉之间出现北风急流和轨迹汇聚带,从而产生狭管效应,造成台风移动路径南折;而台风过山后,不仅受到地形次生低压涡旋的吸引,其东侧同样出现以南风急流和轨迹汇聚为特征的狭管效应,有利于台风路径向北偏折。     

用概率圆法决策台风预报路径

在分析了国内外台风预报实际业务流程的背景下，设计了一个业务上实用的概率圆客观综合决策台风路径预报的决策模型。采用了以误差概率圆的重叠区为导向的新的客观综合决策路径预报方法，对综合利用各种路径预报方法，自动客观地决策做了新的尝试。在软件设计上解决了自动判定，抽取客观决策参考点的技术难题。检验效果证明它优于一般的回归决策水平。     

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。      

8515号台风路径分析

本文讨论了环境流场、流函数切变平流、势函数的垂直配置与8515号台风路径的关系,并用台风移向变率诊断方程分析与计算了该台风移动时移向变化的情况,特别是9月5日发生的明显右偏。分析结果如下:1.西太平洋副热带高压呈块状,赤道缓冲带增强,有利于8515号台风移向右偏。2.8515号台风处于负流函数切变平流区一侧,其路径与流函数切变平流零线走向基本一致。3.8515号台风北侧各层势函数场的垂直分布,决定了辐散风的配置,其演变与台风移向有一定的相关。4.台风移向变率诊断的定性分析和实用计算,对判别台风移向是否稳定有一定参考意义。      

台风路径相似预报模式的改进与实践

本文对HURRAN模式做了业务性改进。①按具体情况设定不同长度的持续性作用时间;②根据背景形势的情况和预报经验决定相应的权重得分,最后按照权重得分综合出相应的预报路径及相应的概率椭圆, 实践表明,改进后的效果是明显的。路径预报方向误差显著减小,但在台风转向前后移速的预报误差仍较大。     

GRAPES区域集合预报条件性台风涡旋重定位方法研究

为了在集合预报中更合理描述台风涡旋中心定位的不确定性,采用2009—2018年中国气象局和日本气象厅台风最佳路径数据,分析台风最佳路径涡旋中心定位的不确定性特征,在此基础上设计条件性台风涡旋重定位方法（Conditional Typhoon Vortex Relocation,CTVR）,构建集合成员台风涡旋中心重定位阈值条件、台风涡旋分离数学处理及涡旋重定位等数学处理过程,利用中国气象局数值预报中心区域集合预报系统（Global/Regional Assimilation and Prediciton System-Regional Ensemble System,GRAPES-REPS）对2018年西北太平洋上的3个台风（1808号“玛莉亚”、1824号“谭美”和1825号“康妮”）进行轴对称结构和轴对称+非对称结构条件性台风涡旋重定位两种方案的集合预报试验和检验评估。结果表明:（1）中国气象局和日本气象厅台风最佳路径误差平均值为13.72 km,可视为台风涡旋中心定位不确定性的合理估计值;（2）统计检验结果和典型个例分析表明,采用轴对称结构和轴对称+非对称结构条件性台风涡旋重定位方法的台风集合预报路径误差及集合预报一致性结果比较接近;（3）条件性台风涡旋重定位方法可以有效改进GRAPES-REPS区域集合预报台风路径概率预报效果,如台风路径集合预报平均误差有所减小,集合预报一致性（路径离散度与路径均方根误差比值）增大,特别是预报初期概率预报效果改进更为显著,而预报中后期改进有限;（4）通过对“玛莉亚”台风集合预报诊断分析发现,经过条件性台风涡旋重定位后,各集合成员的台风路径误差在预报初期明显减小且路径收敛,但随着预报时效的延长台风路径逐渐发散。应用条件性台风涡旋重定位方法后,台风涡旋环流与大尺度环境场仍然比较连续协调,且台风涡旋环流外的大尺度环境场具有一致性特点,最低气压误差、最大风速误差和降水预报技巧基本不变。可见,条件性台风涡旋重定位方法的应用可以提供更准确的台风路径预报不确定性信息,帮助预报员做出更准确的预报决策。      

中尺度海-气耦合模式GRAPES_OMLM对台风珍珠的模拟研究

利用全球/区域同化与预报系统GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)和改进的Mellor-Yamada型海洋混合层模式OMLM(Ocean Mixed Layer Model),建立了一个新的中尺度海-气耦合模式GRAPES_OMLM,并利用该模式对发生于南海的台风珍珠(0601)进行了模拟研究,检验了GRAPES_OMLM对台风的模拟性能,并分析了局地海-气相互作用对台风的影响。结果表明,GRAPES_OMLM基本能模拟出台风天气过程中的主要物理过程。考虑了海-气相互作用的耦合试验所模拟出的台风强度、近台风中心最大风速以及台风后期移动路径,相对于两组控制试验(单独大气模式)的模拟结果都有较大的改进。而且,采用逐日变化海表温度作为下边界条件的控制试验2的模拟结果相对于SST不变的控制试验1更接近观测。耦合模式GRAPES_OMLM能较好地模拟出台风过境海表温度的变化,台风珍珠在其路径右侧有超过4.0℃的降温。SST的变化和海表风应力的变化呈反相关系,风应力的增大伴随着海洋近表层湍流动能(TKE)的加强,大风动力作用是SST降低的主要原因。SST的降低致使海洋向台风输送的热通量减少,进而削弱了台风的强度并改变台风环流结构,同时通过改变位势涡度趋势的一波结构(WN-1)来影响台风的移动路径。