我国热带气旋研究十年进展

90年代初,国内外开展了几次大规模的热带气旋现场试验,取得了许多宝贵的加 密观测资料。利用这些资料,对热带气旋尤其是异常热带气旋开展了一系列的研究。我国科学家在国家科技攻关85-906项目中的“台风科学、业务试验和天气动力学理论的研究”等与热带气旋有关的课题和国际热带气旋研究合作项目“SPECTRUM(SpecialExperimentConcerningTyphoonRecurvatureandUnusualMovement)”中对台风的突变现象和预报技术进行了重点研究。从而在过去10年中,在台风运动突变、结构和强度突变、台风暴雨的突然增幅、热带气旋路径预报方法研究等方面都取得了新的进展。作者将对这些进展作简要综述。     

热带气旋研究和业务预报技术的发展

过去半个世纪, 我国对热带气旋作了深入和系统的研究。研究内容涉及热带气旋的运动机理和路径预报方法、发生发展及结构和强度变化、登陆和变性过程、登陆后的衰减和维持机制及其引起的暴雨分布等。在此院庆之际, 该文主要对中国气象科学研究院在热带气旋领域的研究作一回顾, 与此发生关联的国内其他单位的工作也可能提及, 但决非全面总结。采用的研究方法包括数理统计、天气动力机理分析、数值模式发展和模拟研究、物理诊断分析及外场科学试验等, 这些研究方法和取得的成果在不同时期对推动国内热带气旋研究起了积极的作用。上述研究工作的另一个特点是与实际紧密结合, 研究成果在实际台风预报业务中应用并不断改进, 研究成果不断转化为业务能力, 对改进预报技术、提高业务预报能力作出了重要贡献。     

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。     

热带气旋结构和强度变化研究进展

热带气旋结构和强度变化的物理过程和影响因子十分复杂,其登陆过程中海-陆-气三者之间的复杂作用常使其结构和强度发生突变,给热带气旋预报带来较大困难。近年来外场科学试验及数值模拟等科学方法都取得较大改进,在此基础上对热带气旋结构和强度研究取得了新的进展,如热带气旋强度突变及不同下垫面对热带气旋强度变化的影响等。但对热带气旋非对称结构对其强度的影响及热带气旋内部结构变化与其强度之间的联系等问题的研究仍不全面。本文通过查阅国内外相关研究文献,从环境气流、下垫面及内部结构3个主要方面,总结影响热带气旋结构和强度变化的主要因子,以期为改进热带气旋结构和强度的预报方法提供有意义的理论依据。     

中国近几年热带气旋研究进展

总结了中国过去几年尤其是“八五”结束后热带气旋领域取得的研究成果。主要包括以下几个方面的内容：热带气旋的结构、数值预报研究、业务数值预报评估、热带气旋暴雨、热带气旋的气候特征以及热带气旋的灾害等等。     

热带气旋科学观测试验及研究进展概况

由于缺少针对热带气旋背景下的观测资料,使得目前对热带气旋发展演变机理的认识还很有限,这也是当前热带气旋机理研究及数值模式中物理过程参数化方案改进的主要瓶颈。在回顾国内外有关热带气旋的科学试验计划基础上,围绕以提升热带气旋路径和强度预报水平为主线,阐述了不断丰富和发展的热带气旋观测试验的科学目标。从大气观测和海洋观测两个方面,总结了包括飞机探测、下投式探空观测、海上观测平台、地面移动观测、浮标探测等针对热带气旋的观测技术发展概况。基于对热带气旋的观测资料分析,从热带气旋背景下海气相互作用及其对热带气旋的影响、热带气旋边界层结构特征、下投式探空资料在热带气旋研究中的应用等几个方面概述了当前最新的观测研究进展。最后,简要指出了热带气旋观测试验中存在的主要问题及未来发展方向。      

热带气旋强度变化的cliper预报方案

—、前言对于热带气旋强度变化和台风的发生发展,前人已作了大量的分析和研究。但是,对于台风和热带气旋强度变化的客观预报方祛,研究得并不多。在这方面做得较早的有RL·Elsbrry等人,他们建立了预报台风和热带气旋强度的24、48和72小时变化的回归方程。近几年来林有任和笔者分别用统计和动力统计的方法对台风和热带气旋的强度变化的预报作了研究,并得到了客观预报方程。本文将用气候持续性方案对台风和热带气旋的强度变化作一些研究分析。     

热带气旋强度变化研究进展

自20世纪90年代后期以来,热带气旋强度变化研究越来越受到人们的重视,随着研究的不断深入,热带气旋强度变化研究取得了可喜的进展,文中总结近年来热带气旋强度变化的主要研究成果,主要包括(1)热带气旋的发生、发展和最大可能强度的研究;(2)行星涡度梯度、环境均匀流、环境流场垂直切变以及热带气旋外流与环境流的相互作用对热带气旋强度的影响及物理机制;(3)热带气旋结构与强度的变化关系,着重总结环境流场导致的非对称结构变化而引起的热带气旋强度变化以及对涡旋倾斜发展理论验证,分析了涡旋Rossby波的最新研究;(4)海洋热状况变化以及海洋飞沫对热带气旋强度的影响研究成果。分析指出,今后进一步开展用现代化卫星探测资料研究热带气旋强度变化外,还应加强热带气旋外流与环境流场的相互作用,海-气交界面的参数化问题,热带气旋结构变化与TC强度变化关系以及这种关系的物理本质的研究,通过深入研究,认识热带气旋强度变化的物理机制,提高热带气旋强度变化的预报能力。     

热带气旋海棠(2005)强度数值模拟试验

通过设计台风追随自移动嵌套网格、考虑海洋飞沫作用改进MRF边界层参数化方案、设计垂直-倾斜对流参数化方案等对MM5 V3.7中尺度模式进行改进,以NCEP逐日再分析资料为初始场,对2005年第5号热带气旋"海棠"进行了数值模拟试验。结果表明:通过设计自移动嵌套网格解决了热带气旋业务数值预报模式中细网格区域大小和位置难于确定问题,通过提高模式分辨率能大幅增强数值模式对热带气旋强度的预报能力;考虑海洋飞沫作用后,热带气旋范围内低层热通量明显增强,从而使模式大气低层增温和增湿明显,有利热带气旋内对流发生发展;考虑倾斜对流不稳定作用后,使倾斜对流有效位能得到释放,进一步提高了模式对热带气旋内部物理过程的描述能力。通过改进MM5模式,有效提高了热带气旋强度的数值模拟能力。     

1995年全省热带气旋预报业务试验效果分析

本文对１９９５年全省热带的气旋预报业条试验进行了总结分析，试验结果表明，大多数参试项目均具有较好的预报性能，一些项目在热带气旋转折路径预报方面取得了突破性进展，业务应用前景十分广阔。     

利用AMSU分析热带气旋结构特征

搭载在美国新一代极轨业务系列气象卫星上的先进的微波探测器 (Advanced Microwave Sounding Unit , AMSU) 提供了对于大气中温度、湿度以及云雨分布特征的探测能力。 研究选择 2003 年发生在西北太平洋上的多个热带气旋个例, 利用 NOAA16/17 卫星的 AMSU 数据分析热带气旋热力及云雨结构特征, 结果显示: 热带气旋中心的增暖在 AMSU-A 微波温度观测表现显著, 特别是在对流层上层通道尤其明显; AMSU 观测热带气旋中心增暖与强度相关性统计分析显示, 两者相关性达 0.778; AMSU-B 高频通道可以揭示热带气旋的云雨结构分布和对流发展旺盛情况, 分析显示热带气旋云雨结构变化与气旋强度密切相关, 气旋强度滞后于系统对流过程的发展 。     

基于历史资料的热带气旋大风定点预报及检验

热带气旋是沿海地区最具破坏力的自然灾害之一。研究近海热带气旋对深圳三个重点港湾码头站的定量阵风预报。在前人研究的基础上,除了考虑热带气旋强度、热带气旋相对于气象台站的距离、方位角等热带气旋特性因素外,进一步详细分析了热带气旋尺寸对热带气旋引发重点区域的定点阵风预报影响。研究使用2014年以前的港湾码头站在热带气旋影响期间的小时极大风观测记录与各热带气旋特性因素建立预报模型,用2015—2018年的14个近海热带气旋对港湾码头站的小时极大风影响来检验预报模型的实用性。结果发现在进一步考虑了热带气旋尺寸因素对热带气旋引发定点大风影响后,预报模型可以精准地预报重点区域的最大阵风值,其预报结果可为行业气象风险评估提供有价值的参考。      

热带气旋生成问题研究综述

热带气旋可以造成严重自然灾害。在全球变暖的气候背景下,热带气旋生成问题成为当前国际热带气旋研究领域的学术热点和难点。从热带气旋生成的环境条件、大尺度扰动源、重要物理机制和热带气旋生成期的定义等几个方面,较系统地回顾总结了国内外关于热带气旋生成相关研究的主要进展,特别是近年来关于热带气旋生成过程中多尺度相互作用机制的研究新成果,并提出当前亟需研究的一些科学问题。      

登陆热带气旋研究的进展

随着大气探测技术的发展 ,登陆热带气旋研究已经成为热带气旋研究中一个新的领域。新的探测技术能初步揭示出热带气旋登陆过程中发生的多种改变。近年来 ,国内外科学家实施了一系列外场科学试验 (Fieldscientificexperi ments) ,对登陆热带气旋进行探测和研究 ,旨在提高预报的准确率。登陆热带气旋研究内容包括 :海岸和内陆山脉地形影响 ,结构和强度变化 ,登陆热带气旋的暴雨强度和分布 ,大风强度和分布 ,风暴潮强度和范围 ,登陆热带气旋在陆上的维持机制 ,陆地涡旋的路径和入海加强 ,边界层结构 ,陆面过程和能量交换 ,变性过程等。研究采用外场科学试验与数值模拟相结合的方法。模拟或预报模式中使用同化资料尤其是卫星同化资料来构造初值场 ,取得较好结果。登陆热带气旋的研究目前正在展开 ,并取得了一些重要结果。研究表明 ,潜热释放和斜压位能释放是近海或登陆热带气旋加强或维持的两种主要能源。这两种能量可分别从水汽输送和热带气旋与中纬度环流的相互作用中获得。另外 ,陆面饱和湿地或水面的潜热输送、热带气旋与中尺度涡旋或热带云团的合并以及高空流出气流强辐散也对其加强和维持有利。世界气象组织的热带气象研究计划 (TMRP)正在组织对这一领域的总结和下一步的研究计划。这项研究将对预报和     

ElNino与影响福建的热带气旋

指出ElNino年登陆和影响福建的热带气旋较常年显著偏少,而LaNina年则较常年偏多。其机制是EiNino活动期间,西太平洋副高强度大,位置偏南、偏西,强对流带ITCZ位置偏南,热带气旋生成区对流活动弱;LaNina年西太平洋副局强度小,位置偏北、偏东,ITCZ位置偏北,热带气旋生成区对流活动旺盛,有利于热带气旋的生成及北上登陆或影响福建。     

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。     

热带气旋强度变化的统计分析

对热带气旋强度变化的预报一直是实际预报工作中的一个薄弱环节,而这种强度的预报对于热带气旋所引起的天气状况的预报是十分重要的。但是,目前对强度变化的预报办法较少,其中一个很重要的原因,就是有关热带气旋强度变化的天气气候规律尚不十分明晰。为此,本文利用1949—1987年西北太平洋热带气旋的基本资料,对近二百个热带气旋进行了统计计算和分析,得到了一些有意义的统计事实。     

登陆辽宁热带气旋特征的统计分析

利用1949-2010年热带气旋年鉴资料和常规气象观测资料,对62a来登陆辽宁热带气旋的生成源地、移动路径、登陆地点、登陆强度、登陆后影响时间等进行统计分析,揭示登陆辽宁热带气旋活动特征。结果表明：1949-2010年共有18个热带气旋登陆影响辽宁,66℅以热带低压（TD）的强度登陆,61℅在08-20时之间登陆,78℅在辽宁境内活动时间为6-12h,89℅是在其他地区登陆进入黄渤海后在辽宁再次登陆,大连是登陆次数最多的地区,33℅登陆辽宁后减弱消失,登陆后移动路径主要有向东北向、偏北向、西北向3种移动路径。在此基础上,根据业务需求建立了基于副热带高压、气旋源地和热带气旋前期路径等因子,预报登陆辽宁热带气旋后期走向[0]的预报关键区,为热带气旋预报工作提供参考。     

2009—2015年ECMWF热带气旋集合预报的检验及分析

本文从四个方面检验分析了ECMWF 2009—2015年西北太平洋热带气旋集合平均预报性能。结果表明：集合预报对路径的预测能力逐年提高,对强度预报整体偏弱。随着热带气旋强度增强,集合预报对移速和移向的预测能力提高,而移向预报偏左、移速预报偏慢、强度预测偏弱的现象较明显。将影响热带气旋的引导气流分为偏强、中等、偏弱三类,引导气流偏弱时热带气旋移动偏慢,因此移向预报的不确定性大;而引导气流偏强时热带气旋移向明确,只是移速预报不稳定。进入南海的三类路径热带气旋,集合预报对西行、西北行两类的移速、移向预报效果较好,而西行后北折的预报较差,在热带气旋北折前,移向预报发散度很大,向北转折后移向趋于稳定,移速预报的误差相对较大。这几种情形的检验结果,在热带气旋集合预报的业务应用中值得注意。