一种动态权重的台风集成预报方法

提出了1种动态权重的台风路径与强度集成预报方法,根据前4个时刻(24h,间隔6h)的预报误差来滑动确定接下来预报所用成员及其权重。设计了3种权重形式(最小误差、绝对偏差与相对偏差),并利用2013—2015年6家气象机构的台风预报数据,对台风路径与强度进行了时效为24,48和72h的预报应用检验。结果表明:1)动态权重集成方法在台风路径与强度预报上均有改进,平均预报误差小于单一成员的预报误差。2)路径预报以绝对偏差形式效果最佳,24,48和72h时效的预报误差减小2.4%～40.4%;强度预报以相对偏差形式效果最佳,3个时效的台风最大风速的预报误差减少11.2%～49.9%,而台风中心气压则为11.9%～52.6%。3)相对偏差动态集成预报能有效减小西北太平洋台风在东西方向上的偏差,24和48h均方根误差分别为92.5和146.7km。     

台风“梅花”(2212)的主要特点和路径预报难点分析

对2022年第12号台风“梅花”的主要特点、路径预报难点问题和路径预报误差特征进行分析,研究主要结论显示:(1)“梅花”登陆次数多、登陆强度强,是首个4次登陆不同省(市)的台风,也是2022年最强登陆台风,造成华东与东北地区长时间、大范围的风雨影响。(2)台风生成初期的中长期时效路径预报是路径预报难点之一,模式对台风主要影响系统的长时效预报存在明显偏差,针对模式的及时检验和订正对预报调整非常重要。(3)双台风或多涡旋情景下,集合预报发散度大,“梅花”陆上路径预报偏西偏慢,其东侧“南玛都”的强度和位置差异对其路径有明显影响。(4)台风变性过程中的移速误差是路径预报极大误差的来源,关注台风是否处于变性过程可作为调整台风移速预报的参考。未来开展多模式交叉实时检验,基于集合预报研发针对转向变性台风路径预报订正技术可为主观预报提供支撑。     

基于多源数据的台风风暴潮概率预报研究:台风集合的构建

建立了一套用于台风风暴潮集合预报的台风集合构建方案。首先基于中国中央气象台、中国香港天文台、中国台湾中央气象局、美国联合台风预警中心、日本气象厅和韩国气象台6家预报中心的预报数据,构建一个误差更小的24 h、48 h和72 h预报时效的台风分析数据;然后基于分析数据构建9个路径样本(1条分析路径+2个概率圆上的8条概率路径)和3个台风最大风速(概率偏弱、居中和偏强)样本,形成27个台风样本集合,并根据分析风场的误差分布合理确定不同台风样本的发生概率。通过对台风"利奇马"的应用,证实该集合方案可以覆盖大部分可能的情景,集合样本具有较强的代表性,可用于台风风暴潮的集合预报。     

“9711”号台风高潮位预报及其经验

对在浙江省温岭登陆的“9711”号台风的风暴潮预报过程作了回顾, 总结了预报成功的经验, 探讨了对海门站预报误差较大的原因。预报实践证明, 正确的气象预报是台风暴潮预报的基础,密切关注风暴的增水变化,随时调整预报值是风暴潮预报的关键。与实测资料比较,“9711”号台风高潮位的预报是及时、准确的,它为进一步提高风暴潮的预报精度和时效积累了经验     

浙东沿岸多港口台风增水预报方法的探讨

浙东海岸为东海沿岸遭受台风袭击严重的地段之一.而台风增水所导致的暴潮水位往往又是造成灾害的主要原因.因此,研制或改进出一种适应该地区台风增水的预报技术,并使之投入具体的预报业务,仍是当前一个迫切的研究课题.为此,我们在研究了“Pore模式”的基础上,结合我国具体情况,设计了东海海平面气压网格用于热带风暴(台风)增水的预报,建立一种多港口且具一定时效的预报模式.本文以浙东沿岸两个港口为例,作了初步检验,结果较好.     

各向异性背景场误差协方差构建及在“凡亚比”台风的应用

利用相临过去时段预报结果中同一时刻不同时效的模式预报场差异,计算预报误差协方差,并基于集合-变分混合同化系统将其与静态背景场误差协方差结合,从而在同化系统中构建了具有各向异性和一定流依赖特征的背景场误差协方差。单点观测理想试验显示本方案改善了静态模型化背景场误差协方差的各向同性和流依赖性问题。“凡亚比”台风的一系列同化及模拟试验表明,从台风路径、强度等方面本文方案的效果都要优于三维变分法。本文方案在不需要集合预报,计算量与三维变分法相当的情况下,给同化系统引入了各向异性、一定流依赖特征的背景误差协方差,因此本方案适于在计算资源较为紧缺情况下,对时效要求较高的预报业务中应用。     

试用Fisher准则作出南海热带气旋的发展与不发展预报

南海是台风活动最频繁的地区之一,据(1949—1969)21年的资料统计,台风有36％生于南海,63％来自西太平洋。由于南海生成的台风具有生命期短、路径复杂、离大陆较近等特点,给预报、预防工作带来较大的困难。所以深入研究南海热带气旋的发生、发展,是提高热带气旋预报、服务时效和质量的一个关键问题。 国内较早研究台风生成问题的有李宪之,提出台风生成的综合学说;陈秋士从热成风适应理论出发,研究惯性不稳定与台风生成的关系,提出了二个台风形成判据条件;韦有暹、王荫桐等人根据热力学稳定度与冷空气激发作用这两个因子拟合成一组判别式;福建省气象局从天气学角度分析,定出发展与不发展的预报判别条件。     

山东WRF集合概率预报对台风“麦德姆”逐6h精细化预报检验

用山东WRF集合预报72h预报时效内逐6h概率预报产品对2014年7月24—26日台风"麦德姆"影响山东期间产生的强降水和大风进行了检验。结果表明:WRF集合对强降水和大风有较好的预报能力,总体预报效果较好。强降水和大风的概率都是初期预报概率偏小,后期预报概率较高,开始和结束时间比实况滞后6~18h,前期漏报率高,后期空报率高,总体来说23日20时的预报优于08时的预报。台风低压中心强度和移动路径与实况基本一致,但移速偏慢,这是导致强降水和大风前期漏报后期空报的主要原因。     

0418号台风"艾利"路径转折的多普勒速度特征模拟分析

2004年18号热带风暴"艾利"在移动过程中先后发生两次转折,这种路径在历史上极为罕见.本文重点分析了"艾利"台风在靠近福建东部海岸线发生第二次转折时的多普勒速度特征,并与多普勒正负速度区的对称性及极值变化的模拟结果进行比较,说明了通过对多普勒正负极值区变化的分析可以判断环境风的风向,进而判断台风未来的走向,且环境风风向的变化对于台风未来移向变化的影响有1～2 h的提前量.这有助于我们提高预报时效,对台风的预报有一定的指导意义.     

台风路径集合化预报方法的优化

在现有集合化预报方法的基础上,基于预估偏差的思想设计了一种新的优化方案,以进一步提高台风路径预报的精度和稳定性。首先以1307号台风"苏力"为例进行了单场台风的24 h集合预报,对预报过程中的误差进行了详细分析;然后对2013—2015年发生在西北太平洋的所有台风进行了24 h、48 h和72 h集合预报,就其整体误差进行了对比分析。结果表明:优化预报方案在对单场台风的路径预报中,其24 h集合预报误差相较于美、日、中、台等4个气象台站和现有集合预报方案分别减小了12.88%、18.40%、30.58%、19.44%、33.72%,各个预报时刻的预报偏差值波动相对较小;在对2013—2015年的多场台风路径预报中,在24 h预报时效下,优化方案的平均预报误差比现有集合预报方法提高了2.85%,而均方差则减小了10.6%,说明优化方案在保持与现有预报方案精度相当的基础上,在预报稳定性上有了较为显著的提高;48 h的集合预报误差相比于最好的台站中国台减小了4.38%,而72 h的集合预报误差与表现最好的中国台的预报误差相当,且明显小于现有方案的预报误差。     

CMA数值模式对台风“杜苏芮”(2305)的预报性能分析

2023年第5号台风“杜苏芮”海上维持超强台风时间长达约72 h,登陆福建时为强台风级,登陆后维持时间长达22 h,给我国近海、沿海和内陆地区造成了严重的风雨影响。各家数值模式预报出现较大分歧,给综合预报造成较大困难。为了更好地对模式做出解释应用,重点检验中国气象局区域台风数值预报系统（China Meteorological Administration_Regional Mesoscale Typhoon Numerical Prediction System,CMA-TYM）和中国气象局全球同化预报系统（China Meteorological Administration_Global Forecast System,CMA-GFS）的路径和强度预报在“杜苏芮”预报过程中的表现,并采用欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF）和美国国家环境预报中心（National Centers for Environmental Prediction,NCEP）预报与之对比,从而找出国产模式的优势和不足。检验结果发现,CMA-TYM路径预报误差与NCEP相近,大于ECMWF和CMA-GFS。在台风生成初期,CMA-TYM对其移动方向预报出现较大偏差,明显偏向了实况路径的右侧。23日开始的路径预报对登陆点把握良好,误差主要由对移动速度的预报偏快造成。CMA-TYM对快速加强过程的预报效果较其他模式具有显著优势。CMA-GFS的路径预报质量较好,平均误差略大于ECMWF,但小于NCEP和CMA-TYM,尤其是对长时效预报具有较好的可参考性,但对强度预报明显偏弱。     

山东WRF集合预报系统对“麦德姆”台风预报检验

2014年第10号台风"麦德姆"登陆北上,对山东造成较大的影响。此文对业务上常用的各种数值模式对于"麦德姆"台风的预报情况进行了对比检验,重点检验了山东WRF集合预报系统对此次台风的预报性能。结果表明,山东WRF集合预报系统对于此次台风预报具有较高的参考价值。WRF确定性预报台风路径预报类似EC细网格预报,在23日20时以前预报较好,23日20时后预报最好的为T639。WRF集合预报对于台风路径预报具有较好的指示意义。WRF确定性预报02时、14时更新预报效果好于其前面6h起报结果,体现了HYBRID-3DVAR集合混合同化对于改进预报效果的作用。通过中尺度模式与其外层全球背景场模式预报对比发现,由于中尺度模式具有自身的物理参数化方案和同化系统,其对于台风路径的预报效果可以显著优于其全球背景场模式。WRF确定性预报对于"麦德姆"台风降水预报与实况最为接近。对于台风大风预报,WRF集合预报最大值最好。     

台风数值预报技术研究进展

介绍了近年来台风涡旋初始化技术、台风数值预报模式技术,以及台风数值预报中的关键物理过程等数值预报技术的研究进展情况。     

南海台风风场分析及其预报

根据台风在移动过程中,台风内部风场结构相对稳定的特点,利用1969～1987共十九年历史资料按不同天气形势分型,用合成法得到相应类型的台风合成风场。对各类合成风场作经验正交函数(EOF)分析,提取主分量。用主分量逼近预报时的初始风场。依据台风路径和强度预报可作出未来的台风风场预报。用1988年的实测资料检验台风风场的预报结果,若台风路径和强度预报正确,则未来24小时台风风场的平均预报误差为4.1m/s。     

不同 AMDAR资料同化时间窗对台风“摩羯”预报影响研究

2018年第14号台风“摩羯”对山东造成了大范围暴雨和大风天气,基于WRF（Weather Research and Forecasting）模式及其Hybrid-3DVAR混合同化预报系统,对Hybrid-3DVAR不同集合协方差比例和不同航空气象数据转发（aircraft meteorological data relay,以下简称AMDAR）资料同化时间窗对台风“摩羯”预报的影响进行了数值研究。结果表明：加大集合协方差比例对台风“摩羯”路径预报有较大影响和改进;当全部取来自集合体的流依赖误差协方差时,预报的台风路径最好,降水预报也最接近实况;AMDAR资料同化对于台风路径和降水预报也有正的改进作用,但加大集合协方差比例到100%时对台风路径预报影响更大;不同资料同化时间窗会影响同化的AMDAR资料数量,从而影响台风降水精细化预报;45 min同化时间窗的要素预报误差最小,对台风造成的强降水精细特征预报最接近实况;不同资料同化时间窗主要影响台风降水预报落区分布,对台风路径预报影响相对较小。     

浙江区域台风暴雨多模式QPF融合技术应用试验

基于欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)台风路径集合预报逐12 h以及中国气象局中尺度天气数值预报系统(CMA-MESO 3 km、CMA-MESO 10 km)、中国气象局上海数值预报模式系统(CMA-SH9)和浙江省中尺度数值预报业务系统(ZJWARMS)逐6 h预报资料,以2021年台风“烟花”“灿都”影响下浙江区域6 h暴雨(R≥25 mm)为研究对象,对台风降水多模式定量降水预报(quantitative precipitation forecast,QPF)融合技术在浙江台风暴雨预报中的应用效果进行评估。分析结果表明:(1)针对两次台风降水过程,4家区域模式对浙江暴雨预报过高估计,而台风降水多模式QPF融合技术能够有效提高浙江暴雨预报的公平技巧评分(equitable threat score,ETS)、降低暴雨空报率。(2)与台风“烟花”暴雨预报效果最佳的CMA-MESO 3 km相比,台风降水多模式QPF融合技术对暴雨和大暴雨的预报命中率(probability of detection,POD)分别提高18.80%和23.41%,ETS分别提高24.37%和25.76%;与台风“灿都”暴雨预报效果最佳的ZJWARMS相比,台风降水多模式QPF融合技术对暴雨和大暴雨的预报ETS分别提高23.08%和3.23%;且两次过程中该方法的暴雨预报POD和ETS均高于同期浙江业务应用的客观预报。(3)在各家区域模式的台风路径预报差异较大的情况下,采用台风降水多模式QPF融合技术能显著提高台风暴雨预报准确率。     

石臼港台风风暴潮的研究及预报

本文利用石臼港多年潮汐和台风资料,分析研究了该港台风及台风风暴潮的基本特征。在此基础上,采用多元线性回归技术,求出该港台风风暴潮极值预报公式,经非独立预报和独立预报检验,效果令人满意。     

一种准确通用的台风路径预报模式

应用天气学理论,对台风云图的晴空区轴线制约台风移动的规律进行物理解释。根据台风云团与晴空区之间存在的干、湿梯度力和推动台风前进的惯性力的互相关系,建立台风移向预报方程和轨迹预报方程,分析论证了台风移向变化的物理过程,把影响台风移动的复杂因子转化为单一的预报因子。     

用VB实现对台风路径预报研究

台风对国民经济和人民生活带来巨大损失,在台风预报中,台风路径预报居于首位,文中利用Visual BASIC可视化编程语言对就2000年到2005年的台风资料进行了可视化编程、显示,并对若干个例的结果进行了分析,对实际台风预报业务具有一定的参考价值。     

覆盖中国沿海地区的精细化台风风暴潮模型的研究及适用

精细化风暴潮预报是目前风暴潮预报重点发展方向之一,本文首次建立起了一个覆盖整个中国沿海地区的精细化台风风暴潮数值模型,克服了以往分区域数值模型的不足,该模型在中国沿海地区的分辨率达到300m左右。模型采用了并行计算,并对2012年和2013年灾害性台风风暴潮过程进行了数值检验,计算精度和计算所用时间都能够满足业务化运行的要求。本文同时还根据中国气象局、美国国家气象局等5家主要台风预报机构给出的24h台风预报,对2013年度灾害性台风风暴潮过程进行了24h数值预报检验,检验结果表明:根据中国气象局台风登陆前24h预报可以得到更准确的风暴潮预报结果,其预报结果优于其他各家预报结果。该结论可以为今后的台风风暴潮预报中台风路径的选取提供重要的参考。