台风集合预报研究进展

台风数值预报是防台减灾的关键,而集合预报是体现和减少数值预报不确定性的常用方法。本文对近年来台风集合预报方法的研究进展进行了梳理和总结,涉及初值集合扰动、模式扰动技术以及基于统计的台风集合预报后处理技术。对全球几个主要集合预报系统的发展及我国的区域台风集合预报系统做了回顾。最后,在回顾的基础上,讨论和提出了关于台风集合预报仍存在的问题及未来可能的研究方向。     

南亚高压与台风路径

一、前言 在台风路径预报研究中,过去使用对流层中、低层资料较多。韦有造等研究过200hPa环流型与台风的优势路径。本文主要分析对流层上部200hPa南亚高压的变化特征与台风路径的关系。使用1974—1983年共10年的资料,分析进入27°N、125°E至12°N、125°E防线以西海域(下称进防     

雷达资料对0414号台风“云娜”数值预报的改进

利用美国CAPS的非静力高分辨率区域预报模式ARPS（先进区域预报系统）对0414号台风“云娜”进行数值模拟,模拟结果表明ARPS较好地模拟台风“云娜”的移动路径及台风大暴雨。并着重讨论新—代天气雷达资料对台风“云娜”数值模拟的影响,通过对雷达资料同化进模式与没有雷达资料同化进模式对比模拟的试验结果分析表明：雷达资料进模式,对中高层的风场调整,改进对台风细微结构特征描述,加大近台风中心南侧的西风分量和近台风中心西侧的北风分量,从而改进云娜台风登陆后西行移动路径预报;对扰动温度、雨水混合率、云水混合率及水汽混合率场等调整,改善模式初始场台风中高层成雨条件,对台风降水预报,尤其暴雨的落区、降水分布及其随时间变化的预报有较大改进。     

用单站气象要素作西太平洋台风进防后的登陆区预报

前言通过普查、统计、分析1957～1991年西太平洋台风（不含南海台风）历史个例的登陆地点与本站气象要素的关系。发现台风登陆地点不但与副热带高压、西风槽、冷空气等天气系统的位置及强度相互配置有关，而且与本站的气压、温度、相对湿度、风向等气象要素及台风进防的纬度关系更为密切。当台风进防时纬度越高（＞20．5“N），本站前一天24小时气压、相对湿度负变量越大（变压＜－2．0百帕，变相对湿度＜0％），极端气温越高（In33．SC）及台风进二防时，本站8次定时观测吹东～东南风新车少（＜6个时次），进三防时又吹稳定的西～西北风…     

珠江流域4～9月降水空间分布特征和类型

利用美国CAPS的非静力高分辨率区域预报模式ARPS(先进区域预报系统)对0414号台风"云娜"进行数值模拟,模拟结果表明ARPS较好地模拟台风"云娜"的移动路径及台风大暴雨.并着重讨论新一代天气雷达资料对台风"云娜"数值模拟的影响,通过对雷达资料同化进模式与没有雷达资料同化进模式对比模拟的试验结果分析表明:雷达资料进模式,对中高层的风场调整,改进对台风细微结构特征描述,加大近台风中心南侧的西风分量和近台风中心西侧的北风分量,从而改进云娜台风登陆后西行移动路径预报;对扰动温度、雨水混合率、云水混合率及水汽混合率场等调整,改善模式初始场台风中高层成雨条件,对台风降水预报,尤其暴雨的落区、降水分布及其随时间变化的预报有较大改进.     

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。     

台风的短期预报方法

为了使台风预报尽可能满足生产和实际的需要,在台风影响本地7到10天以前,能做出定性预报,我们设想在西太平洋台风进入125。E时,就做出较肯定的预报结论、发布台风消息、报道台风对本地可能造成的影响;当台风进入南海119°E 时,发布台风报告,并视实际需要,预计登陆地点,这样一般离台风登陆尚有一到二天时间,可较主动地进行防台工作。以后,随着台风的接近,继续补充订正原来的预报。这样做既考虑实际的需要,又照顾我们的能力,看来119°E 是一道关键的防线,我们除作出登陆地点的准定量预报外,还试图作出过程总雨量以及过程大风的定量预报。我们初订的预报方法,经历了1974年台风预报的     

温州中尺度数值模式区域实时预报系统及其应用

主要介绍了温州中尺度数值模式区域实时预报系统运行的硬件、软件平台以及与MICAPS平台的结合。两年多的业务运行表明，该系统具有较强的短期天气预报能力，一般降水预报准确率较高，单站的气象要素预报质量较好，0216号台风的实时预报便是业务运行中的成功一例。文中给出了预报的台风降水量、高度场、涡度场、台风中心位置等，结果分析表明，温州中尺度数值模式区域实时预报系统对台风系统有较强的预报能力，提前48小时的预报结果与实况相当接近，具有很高的参考价值，可以为政府防台抗台工作的部署提供合理依据，使我们的气象公众服务迈上了一个新的台阶。     

台风路径实时数值预报的初步试验

根据国家气象中心建立的台风路径数值预报试验系统，引入了模型台风。模型台风是利用获得的场面参数构成的，然后再叠加到客观分析场上作为台风路径预报的初始场。引入模型台风后，无论是台风中心位置还是其流场、质量场与实际观测比较接近，且预报效果有一定提高。利用模型台风对1992年Eli（9205号）和Janis（9210号）台风进行了实时的预报试验。结果表明对这二个台风的移动趋势基本上能预报出来，预报的台风路径与实况进行了对比，并与气候持续预报作了比较，效果较好。     

2019年影响中国台风的降水预报误差及其来源研究

针对2019年影响中国的8个台风,利用面向降水对象的CRA(contiguous rain area)方法研究了欧洲中期天气预报中心确定性预报的降水误差来源,及其在不同预报时段和降水量级下的变化趋势,分析了台风路径预报误差与降水对象的CRA位置误差之间的相关性,对比计算了台风路径修正与CRA shifting方法对于改进降水预报的作用,并评估了台风降水概率分布、径向分布和非对称分布的预报误差。结果表明:总体而言,台风降水预报的主要误差来自于位置误差和形态误差;除特大量级降水以外,台风降水对象的CRA位置误差与路径误差显著相关,通过修正台风路径能改进降水预报,但其效果要逊于CRA shifting方法;预报的台风降水概率密度分布形态与观测总体上较为一致,但台风核心区内的预报降水强度均大于观测;台风登陆或靠近我国沿海前后,预报降水较观测更靠近台风中心,且略滞后于观测,预报降水的非对称性明显弱于观测。     

台风路径预报现状分析

本文对我国、日本和美国所发布的热带气旋(台风、飓风)路径预报的误差进行了分析。结果表明,台风路径预报的误差与台风移动的复杂程度密切相关。对于比较稳定的西行或西北行台风,预报误差较小;对于转向台风,预报误差稍大;很大的预报误差发生在近距离内同时有几个台风出现的情况。目前世界各国对于台风移向的转折性变化和移速的显著变化仍然缺少预报能力。因此,台风移向、移速的明显变化问题仍应是今后台风科研的重点之一。     

国家气象中心台风数值模式的改进及其应用试验

在国家气象中心台风数值模式中进行了扩大预报区域,两次嵌入人造台风模型和模式网格初始移动3个方案试验。试验结果表明:3个方案对台风路径预报效果都有所改进。该文还介绍了应用国家气象中心台风数值模式进行台风中心强度预报的进展。     

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。     

台风“烟花”的主要特点和路径预报难点分析

对2021年第6号台风“烟花”的主要特点与路径预报重大调整过程中出现的难点问题进行分析和研究,得出主要结论如下。(1)“烟花”移动缓慢,是首个两次登陆浙江的台风,在浙北和杭州湾附近地区长时间滞留。(2)降雨影响范围广、累计降雨量大、大风持续时间长。(3)反映出来的重要难点问题有:当多数模式预报出现一致的偏差时,预报员难以做出订正,有必要开展对模式中台风重要影响系统(高空冷涡、热带对流层上层槽等)的预报检验工作;台风移速缓慢的定量程度难以把握,需要通过总结历史个例和敏感性试验等方法开展东侧台风对西侧台风移动缓慢影响的定量研究;西风带槽/脊对副热带高压退/进快慢的定量影响把握困难,影响北上台风转向点的预报,特别是当不同模式有分歧的时候预报难度更大。     

南海台风大风半径的求算方法

在日常台风预报服务中,海上记录比较缺,要估计台风大风范围,如6级或8级大风半径,是十分困难的。但台风大风半径的大小,对海上作业船只及沿海地区采取防台措施有重要意义。本文采用海平面上水平速度涡度方程来推导台风域内风速与距离的关系式,结合梯度风、旋转风方程来计算南海域内台风大风半径的大小,在实际预报工作中有一定使用价值。     

台风影响期间文昌航天发射场浅层风预报技术研究

利用2015—2017年台风影响文昌航天发射场期间26 d浅层风实况和预报数据,对台风影响过程的24 h浅层风预报能力进行分析,发现平均预报偏差较大。为提高预报技术,利用卡方检验的方法分析台风特点与浅层风预报偏差关系,识别出台风强度、象限和台风与场区的距离三个关键因素;再利用2015—2016年台风影响场区实况数据,通过逐步回归方法建立场区24 h浅层风预报回归方程。建立预报回归方程时发现台风强度、台风象限两项显著性不明显,可将其剔除,台风与场区距离、数值预报风速两项显著性较好。利用2017年实况数据对回归方程进行预报效果检验,结果表明通过建立预报回归方程能减小预报偏差的标准差,从而提高预报准确率。研究结果可以为台风影响场区时的浅层风预报提供定量参考。     

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。     

西北太平洋台风在S2S时间尺度预报效果评估

使用世界气象组织季节内至季节尺度（Subseasonal to Seasonal, S2S）预测项目数据库评估了多个集合预报系统在S2S时间尺度对台风的预报能力。评估的时间段为1999—2010年期间每年5月1日—10月31日。为评估S2S时间尺度台风的预报技巧,使用了台风密集度来描述台风的生成及移动状况。台风密集度定义为一段时间内500 km范围内台风出现的概率。台风密集度由6个S2S集合预报系统后报结果计算得出,它们分别由BoM、CMA、ECMWF、JMA、CNRM和NCEP开发使用。这6个预报系统台风密集度的预报技巧评分表明,当预报时效为11~30天时,ECMWF预报系统的评分为正值,比基于气候状态的参考预报能略好地预报台风。      

登陆台风的物理量场锋面分析及1990年5、12、18号台风过程雨量诊断

在热带风暴或台风(以下统称为台风)的预报服务中,本地区受台风影响产生的过程雨量(以下简称台风雨量)是一个难度较大的预报项目。为了解决这一问题,我们对1951—1987年83例登陆于广东——浙南的台风在过第二警戒线前后三天850、500hPa二层八种物理量场进     

南海海域台风大风半径的求算方法

准确地掌握台风的大风半径对海上作业船只采取防台措施有重要意义。但在日常的台风预报服务中,因海上记录比较缺,要估计台风大风范围(如6级和8级大风半径)是十分困难的。本文采用海平面上水平涡度方程推导台风域内风速与距离的关系式,结合梯度风、旋转风公式计算南海海域台风大风半径的大小,在实际预报工作中有一定的使用价值。对于自由大气的大尺度运动,其水平运动方程可写成: