区域性热带气旋暴雨短期预报系统在MICAPS系统上的移植

利用MICAPS系统上的实时报文资料,以物理量场诊断为动力相似的主要依据,综合热带气旋移动路径及登陆范围来订正,以人机结合方式完成梧州及贺州地区的热带气旋暴雨24h落区预报工具在MICAPS系统上的移植,直观形象地显示预报结果。该工具利用1979～1980年7～9月、1995年7～9月3a的热带气旋实例进行试报,1997～1998年7～9月试运行,均取得较好的预报效果,目前已可以在后汛期台风季节中投入准业务试用。     

区域性热带气旋暴雨短期预报系统在MICAPS系统上的移植

利用ＭＩＣＡＰＳ系统上的实时报文资料,以物理量场诊断为动力相似的主要依据,综合热带气旋移动路径及登陆范围来订正,以人机结合方式完成梧州及贺州地区的热带气旋暴雨２４ｈ落区预报工具在ＭＩＣＡＰＳ系统上的移植,直观形象地显示预报结果,该肛具利用１９７９～１９８０年７～９月,１９９５年７～９月３ａ的热带气旋实例进行试报,１９９７～１９９８年７～９月试运行,均取得较好的预报效果,目前已可以在后汛期台风季节吕     

一种基于多物理量阈值定义的热带气旋生成预报方法及在ECMWF全球模式中的应用验证

对于热带气旋的路径与强度预测,数值天气预报模式提供了相当有用的参考或指导预报。为进一步了解数值模式对掌握热带气旋生成的特性,基于近年国内外对热带气旋生成预报的研究结果,构造了一套热带气旋生成的多阈值组合判据系统,并利用该判据和ECMWF模式资料对2013—2015年于西太平洋海域生成的热带气旋进行了预报试验。结果表明,对于热带气旋生成的判据,使用不同百分位的历史统计阈值会对预报效果造成显著影响。在特定区间对某个物理量阈值进行合理的调整可以有效改善预报效果。在西太平洋海区,850 hPa相对涡度阈值的微幅调整对结果的影响最为敏感。最优阈值组合方案的预报命中率检验结果表明,在数值模式起报时间为低压生成时间的前12~72小时时效曲线上,24和48小时时效是拐点,24小时时效之前,命中率基本维持在0.7以上的高位,随预报时间的降幅很小;之后预报质量陡降,48小时时效后预报效果趋向稳定。此外,不同年份的预报效果存在明显差异。在西太平洋不同海域,ECMWF模式对热带气旋的生成预报质量差异明显。菲律宾以东的洋面在不同起报时间的预报能力明显高于南海海域。西太平洋海区存在两个明显的高错报率区域:一个位于南海中、北部至菲律宾群岛近海,一个位于西太平洋中部。在不同大洋之间,ECMWF模式的热带气旋生成预报性能也存在显著分别。起报时间在热带气旋生成前24小时内,西太平洋海区对热带气旋生成的预报要明显优于大西洋海区。     

东海热带气旋路径的统计释用综合预报模式

以往热带气旋路径的多种客观定量统计预报模式由于受当时预报信息条件限制,在构造预报模式时,引入的预报因子均为预报初始时刻或之前的热带气旋参数、环境场参数及导出因子.由于热带气旋是在气旋本身内力、地球自转及外部环境场作用力综合作用下进行移动,而这些因素在气旋移动过程中又发生相当大的变化.这些变化往往是复杂的非线性变化过程.应用初始时刻预报因子的统计预报方法由于不能处理大气变化的主要非线性性质,严重影响了其预报精度与技巧水平的提高.尤其是预报时效超过48小时后,缺乏大气动力学与热力学基础的统计预报模式的预报误差的积累往往使预报结果失去意义.此外在应用这些预报模式时,许多预报因子的取得依赖于人工读数,费时费力,难以纳入自动化预报系统.     

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。     

热带气旋路径数值模式业务试验性能分析

在中国气象局数值预报创新基地开发的GRAPES基础上,建立了热带气旋路径预报系统(GRAPES-TCM)。并对2002、2003年热带气旋进行了一系列时间为48 h的路径后报试验,对2004年的热带气旋路径进行准业务预报。针对热带气旋路径预报的分析表明,GRAPES-TCM对热带气旋路径具有良好的预报能力。比较了2004年GRAPES-TCM准业务预报同北京数值预报和日本数值预报的结果,GRAPES-TCM的预报结果比北京的好,与日本数值预报相比仍有较大的差距。GRAPES-TCM计算的总的热带气旋24、48 h平均距离误差大约为150、250 km。GRAPES-TCM计算的热带气旋路径的平均距离误差随着其初始强度的增强而减小,台风级的热带气旋路径的24 h平均距离误差仅为111 km,48 h平均距离误差也在210 km左右,与此同时,预报的强热带风暴的24和48 h平均距离误差则为166.6和242.6 km。GRAPES-TCM后报的"突然转向"和"突然变速"热带气旋的平均距离误差24 h达到280 km,48 h则在300 km左右,超过其总的平均距离误差。对于"回旋"路径的热带气旋也有一定的预报能力。对不同分辨率的对比试验结果表明,提高GRAPES-TCM的分辨率可为稍长时间的热带气旋路径预报提供更为可靠的结果,2004年的热带气旋路径预报的48 h平均距离误差不到200 km。     

数值预报产品统计释用技术在热带气旋路径客观预报中的应用

首先对应用数值预报产品统计释脾技术的效果进行了统计。结果表明,数值预报产品和技术的应用改善了热带气旋路径客观预报中预测因子的预报能力,提高了模式的预报技巧并拓展了有效预报时效。继而对热带气旋路径客观预报中若干统计释用技术问题进行了讨论,并指出：在应用数值预报产品构造热带气旋路径客观预报模式时,采用大样本资料和完全预报方法,细心构造反映各种天气系统特征和物理量场的预报因子,应用多时刻产品并对ＮＷＰ产     

一种初始涡旋重定位方法及热带气旋路径数值模拟试验

采用平滑滤波和柱形滤波技术,从背景场中分离出初始涡旋环流和大尺度环境场,然后把分离出的涡旋环流进行平移和再植入到观测位置,最终得到一种初始涡旋重定位方法。针对2006—2007年7个热带气旋共23个时次,采用背景场直接加入热带气旋bogus模型和背景场进行初始涡旋重定位后加入热带气旋bogus模型2种方案,分别进行了对比模拟试验。结果表明:对背景场进行初始涡旋重定位后加入热带气旋bogus模型的方案模拟的24和48小时热带气旋路径平均误差都相对较小,初始涡旋重定位方法可以减小热带气旋模式因热带气旋初始位置偏差而引起的误差,有助于提高热带气旋模式的路径预报水平,有较好的业务应用前景。     

福建省热带气旋暴雨落区完全预报方法

通过分析近几年影响和登陆福建省的热带气旋区域暴雨过程的T106部分物理量场的分布特征,发现其中的k指数、比湿q、涡度ζ和垂直速度ω场对预报福建省热带气旋区域暴雨有较好的指示意义,它们分别反映了产生暴雨所必须的水汽、不稳定能量和辐合上升运动等基本条件。为了提高暴雨落区预报的效果,提出以动态方式确定物理量临界值的方法作热带气旋暴雨落区预报。通过对1995~2001年7~10月的144个个例T106物理量场的普查和统计分析,得到福建省热带气旋区域暴雨预报的着眼点和物理量诊断模型,建立了应用T213数值预报模式输出的物理量预报场,以动态方式确定物理量临界值,作为福建省热带气旋区域暴雨落区预报的完全预报(PP)方法。     

热带气旋过程(动态)相似路径选取

热带气旋路径相似预报在目前的业务预报中仍占有很重要的地位，本系统采用各种历史资料及实时资料，结合主要天气系统和５００ｈＰａ数值预报形势场，选取热气旋路径０小时、２４小时、４８小时的相似个例，即它不但可以用实况场选取热带气旋的相似过程，而且可以根据数值预报形势场（包括预报热带低压位置）来动态的选取相似过程。     

SOME ASPECTS OF OBJECTIVE FORECASTING OF TROPICAL CYCLONE MOTION

As shown in a statistical analysis of the relationship between environmental fields at varied timeand tropical cyclone motion, the forecasting ability of the initisl environmental field predictors for tropical cyclone motion decreases with the increase of valid time period of forecast;it is higher with these predictors at a fUture time than at an initial time. The work also indicates that for the tropical cyclone motion over a given period of valid forecast, better predictors appear at times mostly differing from thevalid periods; for periods at 48-120 h the environmental predictors at 48-72 h are more capable of forecasting. With statistical interpretation of NWP products, a predictive model for tropical cyclone motionis superior in performance over a statistical forecasting model that employes predictors of the initial field in the basic framework. The concluding remarks can be used as reference in the construction of an objective prediction model for tropical cyclone motion.     

THE OBJE CTIVE ANALOGUE PREDICTION MODEL FOR TROPICAL CYCLONE TRACK WITH COMPREHENSIVE ASSESSMENT OF THE ENVIRONMENT

An objective analogue prediction model for tropical cyclone (TC) track is put forward that comprehensively assesses the environmental field. With the parameters of the tropical cyclone and environmental field at initial and future time, objective analogue criteria are set up in the model. Analogous samples are recognized by comprehensive assessment to historical TC cases for similarity with multivariate criteria,using non-linear analogue indexes especially defined for the purpose. When the historical tracks are coordinateconverted and weighted with reference to analogue indexes,forecast tracks are determined. As shown in model verification and forecast experiments, the model has forecasting skill.     

热带气旋路径趋势数值预报的试验研究

给出了一个嵌套于欧洲中期天气预报中心全球谱模式中的套网格模式，用于预报热带气旋路径趋势，提出了一种以欧洲中期天气预报中心提供的时距为24小时的预报场为基础的“接力预报”方法；设计了五种不同的“接力预报”方案；并对8507号和8509号两个热带气旋就各种不同预报方案进行了数值预报试验。结果表明，本模式对热带气旋路径趋势具有较强的预报能力，对疑难路径也具有一定的预报能力，为开展热带气旋的路径趋势预报提供了一个新的途径。文中还对影响热带气旋路径趋势的一些主要因子结合各预报结果进行了分析，为模式尽早投入业务提供了一定的依据。     

热带气旋奇异向量在GRAPES全球集合预报中的初步应用

基于副热带奇异向量的初值扰动方法已应用于GRAPES （Global and Regional Assimilation PrEdiction System）全球集合预报系统,但存在热带气旋预报路径离散度不足的问题。通过分析发现,热带气旋附近区域初值扰动结构不合理导致预报集合不能较好地估计热带气旋预报的不确定性,是路径集合离散度不足的可能原因之一。通过建立热带气旋奇异向量求解方案,将热带气旋奇异向量和副热带奇异向量共同线性组合生成初值扰动,以弥补热带气旋区域初值扰动结构不合理这一缺陷,进而改进热带气旋集合预报效果。利用GRAPES全球奇异向量计算方案,以台风中心10个经纬度区域为目标区构建热带气旋奇异向量求解方案,针对台风“榕树”个例进行集合预报试验,并开展批量试验,利用中国中央气象台最优台风路径和中国国家气象信息中心的降水观测资料进行检验,对比分析热带气旋奇异向量结构特征和初值扰动特征,评估热带气旋奇异向量对热带气旋路径集合预报和中国区域24 h累计降水概率预报技巧的影响。结果表明,热带气旋奇异向量具有局地化特征,使用热带气旋奇异向量之后,热带气旋路径离散度增加,路径集合平均预报误差和离散度的关系得到改善,路径集合平均预报误差有所减小,集合成员更好地描述了热带气旋路径的预报不确定性;中国台风降水的小雨、中雨、大雨、暴雨各量级24 h累计降水概率预报技巧均有一定提高。总之,当在初值扰动的生成中考虑热带气旋奇异向量后,可改进热带气旋初值扰动结果,并有助于改善热带气旋路径集合预报效果。      

THE ENSEMBLE FORECASTING OF TROPICAL CYCLONE MOTION I：USING A PRIMITIVE EQUATION BAROTROPIC MODEL

1INTRODUCTIONErrorsofnumericalforecastingcomprisethoseintheinitialvalue,modelandcomputationandthefirstkindoferrorbecomesmoreandmoreoutstandingwiththeon-goingdevelopmentofcomputersandnumericalmodels.Subjecttoavailableobservationmeans,therealatmosphereisanythingbutapproximatelymeasured.Meanwhile,oneshouldpayattentiontothepossibility,assuggestedbyLorenz[1],thatanyslightdifferencesduringtheinitialstatemayleadtoresultsthatturnouttobetotallydissimilarfromwhatwouldbeexpectedotherwise,asfarasdefi…     

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。     

基于集合Kalman滤波数据同化的热带气旋路径集合预报研究

构建了一个基于集合Kalman滤波数据同化的热带气旋集合预报系统，通过积云参数化方案和边界层参数化方案的9个不同组合，采用MM5模式进行了不同时间的短时预报。对预报结果使用“镜像法”得到18个初始成员，为同化提供初始背景集合。将人造台风作为观测场，同化后的结果作为集合预报的初值，通过不同参数组合的MM5模式进行集合预报。对2003～2004年16个台风个例的分析表明，初始成员产生方法能够对热带气旋的要素场、中心强度和位置进行合理扰动。同化结果使台风强度得到加强，结构更接近实际。基于同化的集合路径预报结果要优于未同化的集合预报。使用“镜像法”增加集合成员提高了预报准确度，路径预报误差在48小时和72小时分别低于200 km和250 km。     

APPLICATION OF STATISTICAL INTERPRETATION TECHNIQUES WITH NWP PRODUCTS FOR OBJECTIVE FORECASTING OF TROPICAL CYCLONE MOTION

Statistical study is first performed of the efficiency of the technique of statistical interpretation using the products of NWP. The result shows that the application of the technique has improved the predictabilily of predictors in objective forecasting of tropical cyclone motion, increased the forecasting skill of models and extended the valid period of forecast. Then a discussion is made of some technical problems in the application in the motion forecasting, suggesting: a large sample of data and perfect forecast method be employed in constructing objective forecast models for tropical cyclone motion, predictors be included that are so finely built that they reflect all synoptic features and physical quantity fields and NWP products be used and corrected that are available at multiple times. It is one of the effective ways to improve the skill and stability of the forecast by composite use of outcomes from various forecasting models.     

热带气旋路径客观预报的若干问题

对多时刻环境因子与热带气旋路径相关的统计分析表明，初始时刻环境场因子对热带气旋路径的预报能力随预报时效的增长而下降；未来时刻环境因子的预报能力高于初始时刻环境场因子；对于一定预报时效的热带气旋路径，具有较高预报能力环境场因子出现时刻大多不与预报时效同时刻；对于４８￣１２０小时的预报时效，初始时刻后４８－７２小时的环境场因子具有较高的预报能力。对ＮＷＰ产品进行统计释用的热带气旋路径预报模式优于用初如     

Advances in research and forecasting of tropical cyclones from 1963–2013

A review of progress over the past 50 years in observing and forecasting of tropical cyclones is presented. Tremendous progress has been made in track forecasting in the past 20 years with the improvement in numerical model guidance and the use of consensus forecasting, and this has contributed to a number of warning centers now issuing five-day track forecasts that are as accurate as three-day forecasts of a decade ago. Techniques are now available to specify the track forecast uncertainty for assessing the risk of a tropical cyclone. With the advent of five-day forecasts, a focus on improved understanding of formation has led to two field experiments. A recent advance has been in extended-range (5–30 days) forecasts of tropical cyclone events (formations and tracks) in the western North Pacific from the ECMWF 32-day ensemble predictions. This advance is a contribution to a goal of seamless forecasting from one day to a season for tropical cyclones. Little progress has been made in intensity forecasting, although the Hurricane Forecast Improvement Project in the United States and recent field experiments may offer some future advances. Some advances in forecasting tropical cyclone impacts such as storm surge, surface waves, and precipitation have been achieved. Future opportunities for continued advances are possible such that improved warnings can lead to reductions in losses of lives and minimizing damages from tropical cyclones.