GRAPES模式对2005年登陆强台风预报检验分析

针对2005年4个登陆强台风,在台风移动路径、登陆时间、地点、强度等方面,对GRAPES模式的预报能力进行检验评价, 并进行了误差原因分析。检验结果显示,GRAPES 模式台风中心位置预报24 h平均误差131 km,48 h平均误差252 km。模式预报台风登陆的时间、地点接近实况,预报比较准确;台风登陆时的强度预报偏弱。模式48 h预报准确性略低于24 h。误差原因分析表明,需要加强对非常规观测资料的同化应用,改进模式初始条件;提高模式分辨率,使得模式对中小尺度系统的预报模拟能力增强;改进模式地形的精细处理方法,提高模式对地形影响涡旋移动的模拟能力。     

1323号强台风菲特登陆后迅速衰亡的原因分析

利用中国气象局上海台风研究所最佳路径资料和NECP-FNL 1°×1°格点资料,分析了1323号强台风菲特(Fitow)登陆过程中环境条件、水汽和动能收支及其结构变化特征,研究其登陆后迅速消亡的原因。结果表明,"菲特"的消亡过程涉及与中纬度高空槽及另一台风的相互作用。登陆前,"菲特"从中纬度高空槽的相互作用中获得斜压位能,并从与另一台风丹娜丝(Danas)之间的偏东风低空急流中获得水汽输送,同时,高、低空急流的有利配置及较小的环境风垂直切变为其维持和发展提供有利条件。"菲特"登陆后,一方面与台风丹娜丝之间的水汽通道断裂失去潜热能的供应,另一方面冷空气侵入到台风中心,台风动能转化为斜压位能,同时高、低空风场配置加大其环境风的垂直切变,台风失去其结构特征而迅速消亡。     

1323号强台风菲特特点及预报难点分析

1323号台风菲特突然西折和近海强度维持是业务预报的主要难点,也是其风雨预报偏差的主要来源。本文利用常规气象观测资料、实时业务数值预报模式和NCEP再分析资料（1°×1°）,对“菲特”的特点和预报难点以及造成强风雨的成因进行了综合分析。主要结论如下：东亚高空副热带西风急流迅速增强导致副热带高压加强西伸是“菲特”路径突然西折的主要原因;副热带西风急流入口区右侧的强辐散是“菲特”近海强度维持及其北侧强风雨发生的主要动力机制;“丹娜丝”的存在除了为“菲特”强降雨的发生和维持提供充足的水汽输送外,还有利于副热带高压的西伸,也是“菲特”路径发生西折的主要原因之一;业务预报中,对对流层高层流场（尤其是副热带西风急流）的分析以及双台风相互作用的关注不够,可能是“菲特”路径、强度和风雨预报出现较大偏差的重要原因;此外,当台风路径集合预报发散度较大或不同集合预报系统出现截然不同的路径预报结果时,采用多模式集合预报订正技术将是提高台风路径预报准确率的有效途径之一。     

超强台风“利奇马”登陆前后多模式降水预报评估对比分析

利用欧洲中期天气预报中心全球模式(ECMWF)、美国全球预报系统(GFS)、中国气象局全球区域一体化同化预报系统—全球数值预报系统(GRAPES_GFS)、上海区域中尺度数值预报业务系统(SMSWARMS)、以及浙江省中尺度数值预报业务系统(ZJWARMS)和浙江省快速更新同化预报系统(ZJWARRS)降水预报资料,开展了各模式对超强台风"利奇马"登陆前后浙江省强降水的预报性能检验评估。结果表明:(1)过程降水预报方面,ECMWF对降水落区预报表现最佳,但对降水极值中心强度的预报技巧较低; 3个区域模式各有优势,其中ZJWARRS和ZJWARMS对登陆点附近及浙西北强降水落区、强度的预报均与实况一致,SMSWARMS对几个强降水落区的预报也表现较好,但雨强偏弱。(2)对逐日降水预报技巧上,登陆前全球模式ECMWF、GFS评分较高,而临近登陆及登陆后区域模式表现较好;其中SMSWARMS、ZJWARRS和ZJWARMS在预报时效12 h内的大暴雨及特大暴雨的预报上有较大优势,尤其ZJWARRS对0～3 h大暴雨的预报技巧表现最为突出。(3)对强降水致灾地区(永嘉、临海、临安)的短时降水预报方面,ZJWARMS无论在落区还是强度预报方面均表现较好,ZJWARRS与之接近,对多个降水中心的预报方面可互为补充;SMSWARMS对降水中心的预报往往存在位置偏差且雨强显著偏弱;全球模式对致灾强降水的短临预报参考价值较低。(4)各模式对850 hPa水汽通量及辐合区的预报差异较大是导致"利奇马"预报降水差异显著的重要原因。对于浙江省级区域来说,ZJWARRS及ZJWARMS在强降水落区及强度的短临预报方面有显著优势。     

ECMWF高分辨率数值模式对广安地区气温预报性能检验分析

为了解ECMWF高分辨率数值预报模式(以下简称“EC”)对广安地区气温的预报性能,提高预报质量。利用EC气温预报产品,对2015～2017年广安地区最低(高)气温进行预报性能检验。结果表明:EC模式预报最低气温,正确率较高;预报最高气温,正确率波动大,随月份呈明显的“V”型变化,盛夏7、8月最低。预报误差随时效延长,略有增大;最低气温误差小于最高气温误差;最低气温误差各月无明显差异,最高气温误差在盛夏7、8月最大。最低气温预报效果区域差异不明显;最高气温预报效果受地形影响较大。根据订正指标,进行气温订正预报,可有效提升预报正确率。EC模式预报高温时的最高气温偏小,经过订正后,各站各时效正确率均明显提高,正确率提升20.6～91.3%,具有较高的参考价值。      

ECMWF高分辨率数值模式对广安地区暴雨预报性能检验分析

为了解ECMWF高分辨率数值预报模式(以下简称"ECMWF")对广安地区暴雨的预报性能,提高预报质量。利用ECMWF模式资料、广安地区4个国家观测站和160个区域自动站的逐日降水资料,对2015—2017年广安地区出现的34次中雨及以上量级降水(其中14次暴雨)天气过程进行分析。结果表明:直接以ECMWF暴雨预报结果进行暴雨预报,易出现漏报,评分质量较低。当ECMWF预报满足:中、短期均预报降水R≥50 mm;中期预报R≥25 mm、短期预报R≥50 mm;中期预报R≥50 mm、短期预报R≥25 mm;中、短期均预报R≥35 mm 4个订正条件之一时,进行订正预报暴雨,评分高,空、漏报率低,命中率高,可有效提高暴雨预报质量。同时,ECMWF在暴雨的持续时间、强降水时段、落区和面雨量预报中均有良好的预报指导意义。     

基于GRAPES模式模拟强台风“珍珠”数值分析

以T213L30模式产品及常规观测资料为基础,采用GRAPES数值预报模式对强台风“珍珠”（0601）的演变过程进行了数值模拟。结果表明,GRAPES模式对“珍珠”的加强、移动路径和产生的暴雨都有较好的预报能力,尤其是对“珍珠”南海西行突然顺转90°折向北行异常路径的预报较为理想,且登陆点预报准确。通过对形势场（500hPa高度场、海平面气压场）、物理量场（温度、涡度、垂直速度、散度）、流场的数值模拟分析,认为“珍珠”路径的转折变化与副热带高压的东撤南退、冷空气的变化、越赤道气流的变化、台风的非对称结构有关。     

台风“凤凰”暴雨成因及数值模式预报检验分析

利用NCEP再分析格点资料和降水实况数据,对1416号台风“凤凰”登陆浙江象山前后引发浙江沿海地区的暴雨过程进行分析。结果表明：东海和南海是此次强降水的主要水汽供应源;“凤凰”台风的降水与螺旋度的变化比较一致;“凤凰”台风登陆前浙江沿海区域有不稳定能量积聚。开展了ECMWF、NCEP、JAPAN的数值模式对“凤凰”台风暴雨预报准确度的检验,发现ECMWF模式比NCEP模式、JAPAN模式有较明显的优势,3个模式24 h的预报误差率在30%以下,48 h、72 h预报能力相对较差,96 h预报在该次预报中偏差很大。     

2007年国内台风模式路径预报效果评估

使用中央气象台提供的台风中心定位报文资料、国内台风业务预报部门提供的台风模式路径预报报文资料和台风所气候持续性方法路径预报报文资料等,对2007年中央气象台编号的热带气旋对国内5种台风业务数值预报模式的路径预报效果进行了检验评估,检验内容主要包括距离误差、技巧评分和稳定度指标等.结果表明:(1)国内各模式24h/48h预报平均距离误差最小值为122.8km/246.3km,最大值为180.7km/304.4km.各模式24h/48h预报最大误差为1429.7km/1003.7km, 最小误差为11.2km/10.1km.24h/48h预报平均距离误差为147km/267km.平均而言,导致路径预报误差最大的是0707号热带气旋帕布,误差在其登陆后尤为明显.(2)相对于上海台风研究所路径预报气候持续法做了各种数值预报方法的技巧评分:各模式24h/48h预报平均技巧评分为32%/43%,最高的技巧评分为48%/54%, 最低的技巧评分为3.17%/33.53%.其中4个模式的24h/48h技巧评分高于36%/33%.(3)检验了距离稳定度、方向稳定度、有效稳定度等指标,以全面评估各模式的路径预报性能.该评估结果在一定程度上反映了当前国内台风路径数值预报相对于常用气候统计方法的优越性,同时也表明,尽管国内台风数值预报模式对于热带气旋在海上时的路径预报有一定的稳定性,但对热带气旋登陆后转向过程的预报表现出了较大误差.因此,在模式开发的下一步工作中,除台风初始化之外,还应结合登陆台风的特点,对边界层和陆面过程参数化等作针对性的研究.     

台风与冷空气对“13.10”上海特大暴雨过程的影响分析

2013年10月7—8日上海地区发生特大暴雨过程。利用常规天气资料、FY-2E卫星云图、风廓线雷达资料、NCEP再分析资料以及国内所使用的主要业务模式预报资料,分析台风与冷空气对其发生发展的影响。结果表明,登陆减弱的1323号台风＂菲特＂低压环流与1324号台风＂丹娜丝＂北侧外围强东风急流为该过程强降水区提供了充足的水汽和能量;北方扩散南下冷空气、台风低压环流、＂丹娜丝＂北侧外围强东风急流三者的结合使切变辐合抬升得到加强;分析风廓线雷达资料发现,低层切变线在上海长时间维持是该地产生特大暴雨的主要原因;长时间维持的切变线反映在卫星云图上,为先后5个β中尺度对流云团生成、合并,并造成持续强降水。各业务模式预报结果检验表明,因其不能精确描述各台风的位置、强度和结构,对降水落区、强度以及最强降水时段预报均存在较大误差。对于模式预报误差,要重视实时资料的应用,尤其是组网风廓线雷达资料可作为大暴雨短时预警的重要参考依据。     

1211号“海葵”台风登陆后引发两段大暴雨过程的对比分析

利用地面加密自动站观测资料以及NCEP再分析资料,对1211号“海葵”台风登陆后在江苏引发的两段降水对流特征差异明显的大暴雨天气进行对比分析。结果表明:第一段区域性大暴雨天气发生在台风环流中心及北侧偏东风急流附近,此时台风环流完整,中心维持正压结构,环流中心及其北侧偏东急流附近伴有较大范围的水汽辐合和强上升运动,有利于区域性大暴雨天气发生,但降水发生在近乎中性的层结下,降水分布较均匀,发展平缓,降水期间对流活动较弱;第二段大暴雨则发生在远离环流中心的台风倒槽顶部,降水期间暴雨区中高层伴有较明显的冷平流,有利于对流不稳定层结发展,降水发展过程中,地面风场出现中尺度扰动,增强了局地辐合和气旋性涡度,加之地面锋区发展,促进了中尺度对流系统的形成和发展,此段降水中尺度特征显著,发展迅速,雨强大,伴有明显的对流特征,导致出现局地特大暴雨天气。     

改进后TREC外推方法在台风临近降雨预报中的应用

本文提出了一种改进后的COTREC方法(CLTREC)。在传统COTREC方法基础上,增加了相邻时刻回波强度连续约束检验和矢量全变分修正,从而使得反演的雷达回波移动矢量场更为连续。选取了3个登陆台风个例,对方法进行检验。结果表明,CLTREC方法比传统COTREC方法的外推移动矢量场更平滑,台风环流特征也更合理。基于CLTREC外推预报的降水形状、强度和位置都与观测更为接近,1 h的台风定量降雨预报与观测相关系数达0.7以上。总体而言,相比传统的COTREC方法,CLTREC方法改善了台风短时临近降雨预报精度。     

台风“苏拉”登陆福建后降水的非对称成因分析

利用常规天气资料、NCEP再分析资料、卫星云图、新一代天气雷达等资料,分析了2012年第9号台风"苏拉"降水预报失败的原因及其暴雨成因。结果表明:此次台风暴雨预报失败的主要原因在于预报过程中没有关注台风垂直结构的改变及其对降水落区的影响。"苏拉"台风暴雨是在中高纬稳定的环流形势下发生的,低层到高层引导气流的变化导致"苏拉"高层风暴中心向南倾斜;环境风垂直切变导致了台风降水的非对称分布,环境风垂直切变方向的左侧是强降水发展的区域;此外,随着台风环流中心在垂直方向发生偏移,改变了涡度平流的垂直分布,从而导致了福建省南部的暴雨。因此关注登陆台风中心在垂直方向的偏移对台风降水预报非常重要。     

海棠\

“海棠”台风(2005)再次登陆福建省前后24 h期间(2005年7月19日00时—20日00时(世界时,下同)),给位于台风路径右侧的福建省东北部及浙江省境内(记为R区)造成大范围暴雨,同时,位于台风路径左侧福建省中南部及广东省境内(记为L区)仅有小雨发生,台风路径左右两侧暴雨落区呈明显非对称分布。基于WRF模式模拟结果诊断分析了“海棠”台风(2005)暴雨及其非对称分布特征成因,结果表明：(1)中尺度天气系统对“海棠”台风暴雨的垂直运动场的强迫作用是主要的,大尺度天气系统所起的强迫作用基本处于次要位置。地形抬升对“海棠”台风暴雨形成一直起着稳定、持续的促进作用,地表摩擦作用主要在台风登陆以后与“海棠”台风暴雨形成密切相关。(2) Q矢量强迫产生的降水场、地形强迫产生的降水场均呈左右非对称分布特征,气象因子是“海棠”台风降水非对称特征形成的主要因素,它一方面直接导致降水非对称特征形成,同时还引发地形因子强迫发挥了重要的促进作用。(3)进一步界定诊断范围对比分析表明,对于R区来讲,存在强烈的上升运动,并将低层汇聚的充沛水汽向上层输送,导致R区强降水发生,而对于L区来讲,上述与降水发生密切相关条件均较R区弱,不利于强降水发生。最后,对未来台风降水成因研究工作进行了初步展望。

     

“0814”号强台风发展维持的环境场分析

应用中国台风网提供的“黑格比”台风定位及强度资料、NCAR/NCEP再分析资料及DISCOVER项目组的卫星遥感数据对0814号强台风“黑格比”的发展、维持阶段进行了诊断分析。结果表明：西北太平洋中部异常偏高的SST为“黑格比”的生成提供了有利的背景条件,浙闽沿海及海南岛沿海异常偏高的SST为“黑格比”的发展和维持提供了有利的环境条件;西太副高断裂为东西两个单体,“黑格比”移经这两个单体之间使其强度迅速增强;南亚高压东侧的强东北气流将高位涡向台风环流输送,使得台风得以增强发展;强劲的西南季风为“黑格比”提供了充足的水汽来源,并向台风环流输送了气旋性相对涡度带,使其得以快速发展并维持强度。     

基于集合预报的台风“利奇马”登陆后远距离暴雨预报的敏感性分析

2019年第9号台风“利奇马”在8月10日登陆后引发了远距离大范围的暴雨,本文利用ECMWF(EC)和GRAPES全球集合预报模式等资料对暴雨短期预报的误差及原因进行了分析。此次台风远距离暴雨主要集中在8月10日夜间的山东中部地区,EC集合预报对该区域的降水量预报效果总体优于GRAPES集合预报。集合敏感性分析可以识别出和预报变量高相关(敏感)的天气系统,结果表明山东区域平均降水量对同期500 hPa副高、台风西北侧海平面气压和山东北部低层温度较为敏感,而对流层高层的高度及经向风存在更大范围的敏感区。根据暴雨预报TS评分选取EC集合预报成员作为优势组和劣势组,结果表明优势组预报成员表现为山东上空300 hPa低槽前倾,北侧高空偏南急流更强,同时配合低层台风外围偏东风急流,形成高层辐散、低层辐合的有利条件。另外,优势组预报的中纬度低层冷空气和斜压锋区更强,导致优势组在山东中部预报出暴雨,更加接近于实况。     

1951—2015年进入东海的台风频数及登陆点的变化

利用日本气象厅提供的西北太平洋台风最佳路径观测资料,选取东海海区为研究范围,统计处理1951—2015年台风各要素资料,研究进入东海海区的台风频数、台风登陆点位置、台风频数及登陆点位置与太平洋年代际振荡（Pacific Decadal Oscillation,PDO）及ENSO的关系、影响台风生成和移动的因素等。结果表明：1）每年的7—9月为东海海区的台风高发季,其中8月最高,登陆台风也有相似趋势。2）进入东海海域的台风频数存在较明显的年际和年代际变化趋势。当PDO处于暖位相时,台风频数较小且有上升趋势,反之亦然。El Niño年进入东海海区的台风频数较常年减少,反之亦然。Niño3.4指数与台风频数整体上为负相关关系,相关系数为-0.32且通过90%置信度检验。3）进入东海海域的台风登陆点纬度变化较大,处于24~36°N之间,且有年代际变化特征。当PDO处于暖（冷）位相时,台风登陆点偏北（偏南）且有向北（南）移动的趋势。而登陆点纬度与ENSO的关系较为复杂。4）西北太平洋副热带高压的位置和强度是引起台风频数及登陆点位置变化的主要原因之一。当PDO处于冷位相时,西北太平洋副热带高压强度偏弱,且副高中心向东向北方向移动,导致进入东海的台风频数偏多,且台风登陆点偏北,反之亦然。     

A diagnostic study of the asymmetric distribution of rainfall during the landfall of typhoon Haitang (2005)

The precipitation during landfall of typhoon Haitang (2005) showed asymmetric structures (left side/right side of the track). Analysis of Weather Research and Forecasting model simulation data showed that rainfall on the right side was more than 15 times stronger than on the left side. The causes were analyzed by focusing on comparing the water vapor flux, stability and upward motion between the two sides. The major results were as follows: (2) Relative humidity on both sides was over 80%, whereas the convergence of water vapor flux in the lower troposphere was about 10 times larger on the right side than on the left side. (5) Both sides featured conditional symmetric instability [MPV (moist potential vorticity) <0], but the right side was more unstable than the left side. (6) Strong (weak) upward motion occurred throughout the troposphere on the right (left) side. The Q vector diagnosis suggested that large-scale and mesoscale forcing accounted for the difference in vertical velocity. Orographic lift and surface friction forced the development of the asymmetric precipitation pattern. On the right side, strong upward motion from the forcing of different scale weather systems and topography caused a substantial release of unstable energy and the transportation of water vapor from the lower to the upper troposphere, which produced torrential rainfall. However, the above conditions on the left side were all much weaker, which led to weaker rainfall. This may have been the cause of the asymmetric distribution of rainfall during the landfall of typhoon Haitang.     

台风“天鹅”对“莫拉克”台风暴雨增幅影响的模拟分析

就2009年8月台风"天鹅"对"莫拉克"台风暴雨增幅的影响问题进行客观分析,并通过WRF数值模拟试验的方式进行研究探讨.利用NCEP/NCAR客观再分析资料分析发现"莫拉克"台风从"天鹅"台风环流中获取正涡度和水汽供应,有利于其台风强度的长期维持,是造成台湾地区超强降水的重要条件之一.进一步运用WRF数值模式对剔除"天鹅"台风的敏感性试验进行诊断分析,发现"天鹅"台风向"莫拉克"台风环流中有正涡度及水汽供应,与客观分析较为一致,最终估算出"莫拉克"台风在台湾地区南部造成的超强降水中有近三成来自于"天鹅"台风的动力和水汽贡献.