利用TMI资料估计西北太平洋热带气旋强度的客观方法

利用2007—2009年热带降雨测量卫星(TRMM)微波成像仪(TMI)观测的亮温资料,建立一种西北太平洋热带气旋强度(Tropical Cyclone,TC)的估计模型,对2010年热带气旋进行独立估计试验,并对估计误差进行分析。结果表明:该模型对强度小于强台风TC的拟合效果较好,均方根误差约为5 m/s,平均绝对误差约为4 m/s;对强台风和超强台风TC的拟合误差较大,均方根误差分别为9.65和6.60 m/s,平均绝对误差分别为7.76和5.49 m/s;对强台风及以上强度的TC,模型的拟合误差在日(夜)间减小(增大),误差最小(大)值为6.00 m/s(11.96 m/s),说明估计值在日(夜)间偏大(小)。     

基于卫星资料进行热带气旋强度客观估算

利用日本MTSAT (multi-functional transport satellite) 红外亮温资料,提取热带气旋云团中云顶较高、对流较旺盛的深对流信息,根据提取的对流核数量、对流核距热带气旋中心距离、对流核亮温极值等信息表征热带气旋强弱,初步建立了热带气旋强度估测模型;并根据该估算模型的误差分布对强度 (用最大风速表示) 大于40 m·s-1和小于18 m·s-1的样本结果进行了线性修正,修正后的结果与中国气象局《热带气旋年鉴》热带气旋最佳路径资料比较得到非独立样本和独立样本的强度平均绝对误差分别为5.5 m·s-1和5.9 m·s-1, 均方根误差分别为6.9 m·s-1和7.7 m·s-1;对于热带低压、强台风及以上的估计平均绝对误差分别降至4.9,4.7 m·s-1,准确度较好。试验表明:利用热带气旋云团中的对流核数量、分布、冷暖与其强度建立的统计关系模型是可行的,该算法的估算精度与Dvorak方法、AMSU (advanced microwave sounding unit) 定强算法相当。     

TRMM/TMI资料在热带气旋强度估计中的应用研究

利用2007—2009年热带降雨测量卫星（TRMM）的微波成像仪（TMI）观测到的亮温资料,计算9个通道（10、19、37、85 GHz的水平和垂直极化通道及21 GHz的垂直极化通道）的亮温和极化修正温度（PCT）在不同范围内的最大值、最小值、平均值和区域阈值与热带气旋强度之间的关系。结果表明：亮温信息可较好地反映热带气旋的强度,单个参数与热带气旋最大风速的相关性最好可达到0.83,线性拟合的均方根误差接近业务误差;低频通道的亮温相对于高频通道可更好地估计海上热带气旋强度;位于台风中心0.5°～1.5°度范围之间的亮温与气旋强度的相关性较好,圆形区域的相关性好于圆环区域;对于位于海上的热带气旋,区域亮温的最小值与热带气旋强度的关系最好;低频通道（除10 GHz外）,阈值位于260～280 K区间的亮温与热带气旋强度的相关性较好。     

西北太平洋热带气旋强度统计释用预报方法研究

为了提高西北太平洋地区热带气旋（TC）强度预报准确率,在气候持续预报方法基础上,考虑气候持续性因子、天气因子、卫星资料因子,以TC强度变化为预报对象,运用逐步回归统计方法,建立西北太平洋地区24、48、72小时TC强度预报方程。通过不同的分海区试验（远海区域、华东近海、华南近海）,证明回归结果较好。逐一分析选入因子发现：气候持续性因子在方程中相当重要;同时对远海区域和华东近海而言,海温影响也不容忽视,对华南近海而言,反映动力强迫作用的因素也较为重要。卫星资料的加入,对回归结果略有改进。用“刀切法”作独立样本检验,与气候持续法比较,预报误差明显减小。     

红外云顶亮温在西北太平洋热带气旋强度预报中的应用

应用GMS-5气象卫星红外云顶亮温(TBB)资料,分析西北太平洋的热带气旋(TC)TBB、TBB的对称和非对称分量与滞后0-48 h TC强度的相关关系.发现,TC眼墙附近东南侧的TBB、距TC中心半径0.8°-1.7°范围内TBB对称分量和1-10波振幅之和与0-48 h的TC强度有很好的负相关关系,与滞后24 h的TC强度相关极值分别达到-0.52,-0.59和-0.625.考虑气候持续因子、天气因子及TBB因子,针对1996-2002年西北太平洋远海区域(0°-50°N,120°-155°E)热带风暴(TS)等级以上样本,建立12,24 h和48 h强度预报方程并进行独立样本检验.结果表明,1.0°-1.5°环域平均的TBB对12 h强度预报的方差贡献位居第4,TC东南侧TBB的平均值和1.1°-1.5°范围TBB极大与极小值之差对24 h强度预报的方差贡献分列第3和第5位.考虑TBB因子的回归方程对TS和强热带风暴(STS)的强度预报能力有较大提高,对12 h内强度减弱15 m/s以上TC的12 h预报、强度稳定TC的24 h预报和强度48 h增强10 m/s 以上TC的48 h预报均有所改善.     

热带气旋强度变化研究进展

自20世纪90年代后期以来,热带气旋强度变化研究越来越受到人们的重视,随着研究的不断深入,热带气旋强度变化研究取得了可喜的进展,文中总结近年来热带气旋强度变化的主要研究成果,主要包括(1)热带气旋的发生、发展和最大可能强度的研究;(2)行星涡度梯度、环境均匀流、环境流场垂直切变以及热带气旋外流与环境流的相互作用对热带气旋强度的影响及物理机制;(3)热带气旋结构与强度的变化关系,着重总结环境流场导致的非对称结构变化而引起的热带气旋强度变化以及对涡旋倾斜发展理论验证,分析了涡旋Rossby波的最新研究;(4)海洋热状况变化以及海洋飞沫对热带气旋强度的影响研究成果。分析指出,今后进一步开展用现代化卫星探测资料研究热带气旋强度变化外,还应加强热带气旋外流与环境流场的相互作用,海-气交界面的参数化问题,热带气旋结构变化与TC强度变化关系以及这种关系的物理本质的研究,通过深入研究,认识热带气旋强度变化的物理机制,提高热带气旋强度变化的预报能力。     

热带气旋强度资料的差异性分析

通过对比西北太平洋3个主要预报中心(中国气象局(CMA)、日本东京台风中心(RSMC Tokyo)和美国联合台风警报中心(JTWC))的16 a数据,分析了不同来源的热带气旋(TC)强度资料的差异性。结果表明:CMA与RSMCTokyo和JTWC的TC强度均值分别相差0.6和1.7 m/s,均通过1%信度的统计检验,即存在显著差异;3个中心对同一TC确定的强度最大差异超过30 m/s;CMA资料的台风数多于RSMC Tokyo和JTWC,年台风频数的均方差也最大,但是3个中心资料的各级TC频数差异均无统计显著性。对比有、无飞机探测时段的资料发现,对TC进行飞机探测可在一定程度上减小各中心在确定TC强度方面的分歧。为了初步了解上述资料问题对TC强度预报的可能影响,采用一个气候持续性预报方法,取不同来源的TC强度资料进行了4 a(2000—2003年)的预报。发现据JTWC资料所得TC强度预报有最大的均方根误差,RSMCTokyo的最小,CMA居中;据CMA和RSMC Tokyo(CMA和JTWC)资料,对相同TC相同时次24 h预报的平均绝对偏差达2.5(4.0)m/s,最大可相差16(21)m/s。可见,西北太平洋TC强度的基本资料问题增加了预报的难度。     

利用神经网络方法建立热带气旋强度预报模型

以神经网络方法为基础,建立西北太平洋热带气旋强度预测模型,模型首先进行历史相似热带气旋选择。从选择的样本出发,计算得到一组气候持续因子、天气学经验因子和动力学因子, 对这些因子采用逐步回归方法进行筛选,将筛选得到的因子同对应时效的热带气旋强度输入神经网络训练模块,从而得到优化的预测模型。从2004-2005年西北太平洋26个热带气旋过程对12,24,36,48,72h等不同预报时效分别进行的634,582,530,478,426次预测试验结果的统计来看,相对于线性回归模型预测水平,该模型显著降低了各时段的预测误差。从几个热带气旋个例的预测结果来看, 该模型对超强台风, 以及具有强度迅速加强、再次加强等特征的热带气旋过程均有很好的描述能力。     

用增强显示云图确定热带气旋强度的方法

文章介绍了用增强显示红外云图确定热带气旋强度的方法。利用1983—1988年GMS增强显示云图资料，对中央气象台使用的《用地球同步气象卫星红外云图估计热带气旋强度》的方法中的云特征指数进行了修改与调整，增加了眼区的温度、中心强对流云区和螺旋云带的云顶温度等新的云特征因子。经统计、拟合，得到云特征指数与热带气旋中心附近最大风速、最低海平面气压的对应关系，给出了计算热带气旋强度的人-机交互方法流程，此方法对各种强度的热带气旋都能客观地计算其强度，使用简便，且精度满足业务应用要求。     

台风强度模拟的海温目标观测研究

根据非线性强迫奇异向量(NFSV)型海温(SST)强迫误差识别的敏感性特征,通过观测系统模拟试验(OSSE)确定了12个热带气旋(TC)的强度模拟的海温目标观测最优布局。NFSV型SST强迫误差敏感区一般沿着台风移动路径,主要位于台风快速增强阶段。结果表明,在NFSV型SST强迫目标观测敏感区内以90km间隔加密海温观测,这些额外观测能够更加有效地改善TC强度的模拟技巧;与空间范围更大的非敏感区相比,在NFSV型SST强迫目标观测敏感区内进行目标观测,能够更加有效地改进TC强度的模拟能力,而当非敏感区内的局地观测区域逐步接近目标观测敏感区时,该局地区域的加密观测对TC强度模拟改善程度也逐步提高。进一步研究表明,上述目标观测对台风强度模拟水平的改善尤以NFSV型SST强迫误差大值区所对应的TC快速增强阶段最为明显。所以,在由NFSV型SST强迫误差确定的目标观测敏感区和敏感时段内加密观测,对台风强度模拟能力的提高最有效,而且在敏感区内以合适的间隔实施外场观测是最经济的观测策略。     

Dvorak技术估测热带气旋强度研究进展

在常规观测资料稀少的热带洋面上,卫星云图是监测热带气旋的主要工具。Dvorak技术通过一系列经验规则,将热带气旋在卫星云图中表现出来的云系结构特征及特定的参数同其发展强度联系起来。介绍了利用Dvorak技术估测热带气旋强度的研究背景和原理方法,总结了国内外在该领域的研究进展及其存在的优势和不足,指出Dvorak技术是目前业务化估测热带气旋强度的主要工具,同时展望了该技术未来的发展方向。     

用数字云图确定热带气旋强度的人－机对话系统

使用２４４６张卫星展宽云图资料样本，根据云系结构（眼，中心密蔽云区、螺旋云带，结构紧密度）和热带气旋强度的密切相关，求出回归方程、作为估计热带气旋强度的基本公式，并在计算机上实现，建立了确定热带气旋强度的人－机对话系统。经过业务试运行。获得了满意的结果。     

用数字云图确定热带气旋强度的人-机对话系统

使用２４４６张卫星展宽云图资料样本，根据云系统结构和热带气旋强度的密切相关，求出回归方程，作为估计热带气旋强度的基本公式，并在计算机上实现，建立了确定热带气旋强度的人－机对话系统。经过业务试运行，获得了满意的结果。     

用数字云图确定热带气旋强度的原理和方法

本文采用数字云图资料，分析热带气旋强度与热带气旋中云系结构的关系，提出了云系结构紧密度因子的概念并用云带旋转的圈数表示热带气旋强度的方法。本文对原有关于热带气旋中云系结构的某些因子的取值作了适当调整， 改进了用增强红外云图确定热带气旋强度的方法。 经过对2446组样本的拟合，热带气旋强度最大风速估计值的平均绝对误差为2.48 m/s。本方法可以实现人机交互，能更客观地作出定量估计。对1993年12个热带气旋检验，最大风速平均绝对误差为2.31 m/s。     

A Western North Pacific Tropical Cyclone Intensity Prediction Scheme

A western North Pacific tropical cyclone (TC) intensity prediction scheme (WIPS) is developed based on TC samples from 1996 to 2002 using the stepwise regression technique, with the western North Pacific divided into three sub-regions: the region near the coast of East China (ECR), the South China Sea region (SCR), and the far oceanic region (FOR). Only the TCs with maximum sustained surface wind speed greater than 17.2 m s-1 are used in the scheme. Potential predictors include the climatology and persistence factors, synoptic environmental conditions, potential intensity of a TC and proximity of a TC to land. Variances explained by the selected predictors suggest that the potential intensity of a TC and the proximity of a TC to land are significant in almost all the forecast equations. Other important predictors include vertical wind shear in ECR, 500-hPa geopotential height anomaly at the TC center, zonal component of TC translation speed in SCR, intensity change of TC 12 or 24 h prior to initial time, and the longitude of TC center in FOR. Independent tests are carried out for TCs in 4 yr (2004-2007), with mean absolute errors of the maximum surface wind being 3.0, 5.0, 6.5, 7.3, 7.6, and 7.9 m s-1 for 12- to 72-h predictions at 12-h intervals, respectively. Positive skills are obtained at all leading time levels as compared to the climatology and persistence prediction scheme, and the large skill scores (near or over 20%) after 36 h imply that WIPS performs especially better at longer leading times. Furthermore, it is found that the amendment in TC track prediction and real-time model analysis can significantly improve the performance of WIPS in the SCR and ECR. Future improvements will focus on applying the scheme for weakening TCs and those near the coastal regions.     

西北太平洋热带气旋生成客观预测模型

该文提出一种西北太平洋热带气旋年生成活动的客观预测模型。研究大尺度环境因子对西北太平洋热带气旋年生成频次的作用,使用最小角回归算法对初始14个预测因子进行选择和降维,将资料集分为训练集（1979—2015年）和验证集（2016—2020年）,建立随机森林回归模型预测热带气旋年生成频次。分析环境因子对西北太平洋热带气旋生成位置的作用,使用逐步回归算法筛选影响显著的预测因子,建立局部泊松回归模型预测热带气旋生成空间位置的概率。结果表明：随机森林回归模型可以预测西北热带气旋频次的主要变化和趋势,揭示环境因子对西北太平洋热带气旋年生成频次的影响。局部泊松回归模型对于气旋生成位置概率有一定预测能力。利用随机森林回归模型和局部泊松回归模型模拟1979—2020年西北太平洋热带气旋生成,结果与观测基本一致,可见模型可为热带气旋危险性分析提供参考。     

基于FY-3C/MWTS-II数据估计西北太平洋热带气旋强度

文章利用FY-3C新型微波温度计(MWTS-Ⅱ)数据估计发生在西北太平洋的热带气旋强度。首先对与热带气旋最强暖核位置相重合的通道5~8进行临边订正,取得了较好的效果,订正偏差均小于各通道的探测灵敏度;之后利用热带气旋微波亮温距平分布分析了热带气旋在对流层中、上层的增暖特征,发现热带气旋中心的增暖强度、形状特征与热带气旋的强度相关,强度较强的气旋中心增温较强,其暖核结构清楚而完整;最后利用通道6和通道7最强亮温距平中的最大值建立了热带气旋强度估计模型,独立样本检验的标准偏差为13.0 hPa,进行扫描角度修正后的标准偏差为12.0 hPa,引入纬度因子后的标准偏差为11.1 hPa,估计精度得到一定程度的改善。