“两层订正引导”台风路径预报方案初步应用

1970—1972年间,我们曾经在500毫巴正压形势预报的基础上用订正的引导气流方法进行台风路径的业务预报。通过几年的预报实践,联系过去对各等压面引导气流分析研究的结果,我们认识到:低层(850毫巴)引导对台风移动的作用在不少时候也是非常重要的。同时也感觉到:目前,预报低纬度地区的流场变化至少不比预报台风的移动更容易。基于以上的考虑,我们提出了一个机器定量计算与预报员分析判断相结合的两层订正引导方案。机器定量计算的部分是:根据起始时刻台风所在地区的大范围形势场,在大形势稳定和地转关系的假定下,定量计算出单纯的500毫巴引导气流、订正的500毫巴引导气流、单纯的850毫巴引导气流和订     

我国台风路径业务预报误差及成因分析

利用2005 2009年中国气象局(CMA)提供的西北太平洋(包括南海)台风路径业务预报资料,比较了各类型台风路径、台风登陆位置及登陆时间的预报误差,登陆台风不同阶段以及华东登陆和华南登陆台风的路径预报误差。结果表明:CMA在2005 2009年的路径预报水平与1999 2003年的相比有了显著提高。平均南海台风预报误差大于西北太平洋。异常路径台风主要出现于南海,三个预报时效(24、48和72 h)异常路径的预报误差平均都小于正常路径。将登陆台风分为远海、登陆期间和登陆后三个阶段,显示登陆期间台风预报误差最大,同一阶段华南登陆台风的预报误差大于华东登陆台风。台风登陆位置在24、48和72 h预报时效的平均预报误差分别为71.1、122.6和210.6 km,48和72 h台风实际登陆时间有70%早于预报时间,平均分别提早8和12 h。比较大尺度引导气流与台风移动的偏差及24 h路径预报误差,得到南海三种典型登陆台风路径的大尺度引导气流与台风移动的偏差及其与路径预报误差的关系不一样,即误差成因不同。南海倒抛物线型的大尺度引导气流与台风移动的偏差最大,其预报误差最小;西一西北型的大尺度引导气流与台风移动的偏差最小,其预报误差最大,可能与大尺度环流预报准确性差有关。登陆华东的预报误差小于登陆华南台风的预报误差,这与台风登陆华南时其大尺度引导气流和台风移动的偏差大于登陆华东的台风有关。     

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。     

一种定量预报台风路径的引导气流法模式

1思路引导气流法是利用影响台风移动外力作用的主要因子制作台风路径短期预报的，台风过去的平均移动状态大致是过去基本流场的平均状态，而影响台风未来移动的引导气流，可用附近区域的基本气流来表示，这一区域多数选在台风移动前方6～12纬距之间。因此，本文取台风移动前方约6～12纬距区域的引导气流状态与台风过去平均移动状态的平均值作为台风未来移动平均状态的主要预报依据，同时参照台风本身的内力作用和天气分型进行修订，从而建立一种台风路径的24小时定量预报模式。2模式2．1资料和因子本文采用的资料是中央台编制的历史天气图。…     

台风路径与各等压面上基本气流的关系

本文通过71次个例,对台风的移动与地面到200毫巴各个主要等压面上基本气流的关系作了分析。所得结果如下:台风的路径对于700毫巴及以上的各层气流和以下的低层气流表现两种不同的偏离倾向。作者认为:采用上下两层做引导气流比目前一般所用的单独某一等压面上的引导气流要优越些,并不一定需要采用好几层等压面上的引导气流。     

台风“利奇马”引导气流的计算方法研究

为了更准确计算台风的引导气流,基于相关系数计算方法,评估了各层环境风与台风移动速度的相关性。结果表明,剔除相关性差的低层环境风后,计算得到的引导气流与台风移动的一致性有所提高;引导气流分量的峰值谷值在时间上滞后于台风的峰谷值;低层风之所以与台风相关性差或与低空急流和地形的干扰有关。针对性调整引导气流计算方法,有助于提高引导气流与台风移动速度的相关性。     

用风场计算台风的引导气流

理论和实践证明,台风的移动与地转引导气流之间存在着一定的、甚至较大的偏差[1,2]。其它一些台风引导气流的计算方法,例如[1]中所述的,也有一定的误差。这里我们赏试用风场来计算台风的引导气流以期克服一定的误差。     

1996年第8号台风中尺度结构的数值研究

用非静力平衡的中尺度模式ＭＭ５模拟研究了从１９９６年７月３１日０８时至８月１日２０时３６小时内９６０８号台风的移动路径、中尺度热力动力学结构及云和降水物理结构及其变化。这段时间覆盖了９６０８号台风在台湾和福建省福清市登陆全过程。结果表明：该模式比较成功地模拟预报了这次台风登陆过程,模拟了登陆前后台风中心附近的一些重要中尺度结构和发展演变特征。模拟预报的台风路径与实况接近,预报的８月１日０８时（积分２４小时）台风环流中心位于２小时后台风登陆点福建省福清市附近的海面上。台风中心附近低层呈气旋式辐合、高层呈气旋式辐散。台风眼壁具有由低层辐合形成的强上升气流,台风眼中心为下沉气流。台风中心周围动力结构表现出明显的不对称特征。台风眼壁的雨水分布呈现由中尺度雨团构成的环形雨带结构。台风在台湾滞留期间,台风中心由于低层云的发展使得卫星云图上原先清晰可见的台风眼变得模糊不清。高分辨的模式预报表明,在对流层中层具有强上升气流和云雨水集中的眼壁比台风眼中心更为暖湿。     

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。     

台风自身动力学过程(CISK)对其移动的影响

台风的移动是一个既重要又复杂的气象问题,虽然已经有过许多分析研究,但仍有不少问题没有搞清楚。在台风路径预报中,目前用得较多的方法之一是所谓“引导气流法”,它把台风作为一个“质点”,其移动只受外部流场的引导。不考虑台风自身动力学过程的影响,可能是引导气流法出现台风路径预报误差的重要原因之一。因为实际台风是一种极为活跃的天气系统,不能视其为完全被动的“质点”。除了外界环境(引导气流)对台风的移动有影响外,台风本身的动力学过程和结构也必然对其移动有不可忽视的作用。 根据第二类条件不稳定理论,台风的形成和发展是积云对流和天气尺度低压扰动间正反馈的结果。     

影响台风移动因子的数值研究

本文采用有辐散的正压原始方程模式对影响台风涡旋移动的因子进行了数值试验,试验结果表明:(1)在无环境风条件下,台风涡旋向西北方向移动,移速与台风切向风速、台风半径和台风区f场的特征有关,台风外区(指最大风速半径以外台风区域)切向风速越大、台风半径越大,台风涡旋移速向北分量越大。(2)均一环境风场中,台风移动受基本气流的平流、β效应和指向引导气流左侧的横向加速度的作用,其中基本气流的引导作用是主要的。台风移速与引导气流速度比在东风气流中要大于西风气流中,而台风移向与基本气流之间的偏角在西风气流中要大于在东风气流中。(3)台风涡旋有沿基本气流绝对涡度梯度方向的次级运动分量。(4)台风涡旋在有切变的西风气流中比在均一西风气流中易发展加强,而它的移动更偏向引导气流的左侧。      

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。      

消去分析台风方法的对比研究

详细分析了GFDL飓风模式和MM5模式消去分析台风的原理, 通过10个台风个例的对比分析指出, GFDL方案从平均意义上求取分析台风中心位置和半径的方法, 优于MM5方案采用涡度极值来确定分析台风中心以及将分析台风中心半径定为常数的方法。而MM5方案考虑要素场之间的协调, 较GFDL方案更为合理。试验结果表明:通过将两者优点相结合对MM5方案进行修正, 能够更加合理、彻底地消去分析台风。     

不同云降水方案对一次登陆台风的降水模拟

利用美国最新发展的新一代中尺度数值预报模式(WRF),研究了不同云降水方案对一次登陆台风的降水模拟问题,结果表明,在网格距适当小的情况下,同时采用积云对流参数化方案和云微物理方案(Kessler方案)时,其降水预报优于只使用积云对流参数化方案时的预报;在台风降水模拟的初期,Kain-Fritsch方案比Betts-Miller方案产生降水更快,更接近实况降水;在台风登陆后随时间的延长,对流降水重要性逐步下降,网格尺度降水逐渐增强。     

谱逼近方法对台风Megi(2010)路径模拟的改进及影响分析

将谱逼近方法应用到台风Megi(2010)数值模拟试验中,通过选择不同物理量配置,分析得到影响台风Megi路径变化的关键环境场因子,并在此基础上分析关键因子不同高度范围和不同尺度信息对台风路径变化的影响。结果表明,采用谱逼近方法能够有效降低整个模拟时段,尤其是路径北折阶段台风路径模拟偏差,其中天气尺度环境风场是影响台风路径变化的关键因子。在过岛阶段,谱逼近850 hPa以上的中低层环境风场造成模拟路径偏差增大,但是改善了台风路径北折阶段的路径模拟结果;此外500~1 000 km尺度的中尺度环境风场对Megi转折以及转折后的移速移向具有重要影响,也减小了过岛阶段路径偏差的增长程度。通过分析各试验对主要天气系统、引导气流以及台风内部结构的模拟结果表明,谱逼近环境风场能够改善模式对中低纬环流系统的模拟,有利于更为准确地得到路径转折阶段的引导气流;同时谱逼近环境风场后会影响台风内部结构,对台风路径模拟的移速移向造成影响。      

ENSEMBLE PREDICTION EXPERIMENTS OF TYPHOON TRACK BASED ON THE STOCHASTIC TOTAL TENDENCY PERTURBATION

The GRAPES-TCM is used to make ensemble prediction experiments for typhoon track. Three kinds of ensemble schemes are designed for the experiments. A total of 109 experiments are made for the nine typhoons in 2011 and the integral time is 72 h. The experiment results are shown as follows. In the three ensemble schemes, on the whole, scheme 1 has the best track prediction. Its average absolute track error and overall deviations of typhoon moving speed and moving direction are all the smallest in the three schemes. For both scheme 1 and scheme 2, they are all smaller than those of their control predictions. Both of their ensemble predictions show superiority to their deterministic predictions. Overall, compared with the observations, the typhoon moving directions of the three schemes mainly skew to the right, and in the late integration they mainly tend to be relatively slow. In the three schemes, the track dispersion of scheme 1 is the largest and that of scheme 3 the smallest. In scheme 1 it is much larger than in schemes 2 and 3. The difference of dispersion between scheme 2 and scheme 3 is small. The track dispersions of the three schemes are all much smaller than their rational dispersions. Compared with the eight domestic and overseas operational numerical weather prediction (NWP) models, scheme 1 has better predictions than the other seven operational models except ECMWF NWP model. Scheme 1 has the value of operational application.     

台风预报误差的流依赖特征及混合资料同化中最优耦合系数

基于集合卡尔曼变换与三维变分(ETKF-3DVAR)混合资料同化系统和欧洲中期天气预报中心(ECWMF)的全球集合预报,以"梅花"台风为例,分析了台风系统预报误差的流依赖特征,讨论了耦合系数在混合同化和预报中的敏感性及其对预报质量的影响。结果显示,台风系统的预报误差协方差具有显著的中小尺度结构特征,集合估计的预报误差协方差结构能够再现其流依赖属性。相对于3DVAR方案,混合资料同化方案的最优耦合系数对台风系统的分析和预报质量具有更好的改善;但不同的耦合系数对台风路径预报有明显的影响,不合适的耦合系数甚至可能导致更坏的结果,只有耦合了相对合适的预报误差协方差的流依赖信息,混合资料同化方案才可能对分析和预报质量有正效果。这表明在混合资料同化系统中,构造一种具有自适应能力的耦合权重函数,实现相对最优权重的自动选择,对充分发挥混合资料同化方案的潜在优势具有重要意义。