热带气旋定量降水预报的动力相似方案

该文提出一个热带气旋定量降水预报(QPF) 的动力相似方案。方案应用热带气旋初始参数、历史过程的天气形势场和物理量场及数值预报产品, 构造预报区域内当前时刻至未来时刻环境要素场的多元客观相似判据。通过定义非线性的相似指数综合评估历史热带气旋样本与预报热带气旋在多元判据下的连续动态相似程度, 以此找到相似样本。应用相似样本的历史降水量记录进行相似指数的权重综合, 得到热带气旋未来6~48 h降水量的定点、定量预报值。预报试验表明该方案具有一定的预报技巧。     

热带气旋路径动力释用预报的集合预报方案

考虑到热带气旋中心定位的不确定以及热带气旋（以下简称ＴＣ）路径动力释用预报对ＴＣ中心位置初值的敏感性,本文以ＴＣ路径动力释用预报方案为基础,应用集合预报原理构造了具有５０个成员的集合预报试验方案,经１９９７和１９９８年１５个ＴＣ的１１８次试验对比,结果表明,５０个成员的集合预报方案２的改进效果较好,其平均距离误差较业务预报的平均距离误差有较显著的减小。集合预报原理应用于ＴＣ路径动力释用预报的可行性     

热带气旋的路径及登陆预报

用几个非线性数学模型制作热带气旋短期路径预报及热带气旋个数、登陆时段、地段的短期气候预报。5年多的研究和预报试验结果表明：用指数曲线模型制作热带气旋路径预报，准确率较高。24h预报，199次平均误差123km，达到国内先进水平。用多项式等非线性模型，制作登陆我国及登陆广东热带气旋的年、月个数预测，经过3年实际应用检验，准确率达到70％～90％。用非线性预测模型的逐日气压场、逐日雨量场长期预测结果进行分析，制作广东热带气旋登陆时段、地段和南海海面热带气旋出现时间的预报，准确率达到70％～80％，2002年热带气旋的预报，采用长中短期预报相结合，数值预报与统计预报相结合，预报效果较佳。     

东海区域热带气旋路径统计动力预报研究

文章主要介绍了东海区域热带气旋路径统计动力预报方案及其使用情况。该方案在原有台风路径统计动力预报方案的基础上调整了预报区域,重新选取了历史样本;延长了预报时效;对随机参数的相关因子,尤其是其中的天气经验因子进行了改进,并引进了欧洲中期数值预报中心的数值预报产品因子。另外,还对有关因子的重要性做了分析研究。经独立样本检验和实时预报表明,该方案的热带气旋预报路径和实际路径相当吻合,各项误差比同类产品明显减小,对实际业务预报服务具有较好的参考价值。     

GRAPES-TCM对登陆热带气旋降水的预报及其性能评估

基于GRAPES-TCM对2006年登陆热带气旋的降水预报结果,对该系统的24 h和6 h降水预报能力进行评估,并与基于卫星降水反演的外推预报(TRaP,Tropical Rainfall Potential)和相似台风降水预报技术(Analog Prediction Technique for Ty-phoon Precipitation,TAPT)进行对比.各方法对登陆热带气旋降水的综合预报能力通过分析预报和观测降水散点图、预报平均绝对误差(MAE)及均方根误差得到,降水分布型态的预报能力通过计算预报和观测降水的相关系数估计.此外,还分析了BS、POD、FAR、ETS评分等常用降水预报评估指标.结果显示,GRAPES-TCM的24 h降水预报绝对误差和均方根误差比TRaP和TAPT都大.但是,GRAPES-TCM的24 h降水预报与观测降水的相关系数远比TRaP和TAPT高.对其他指标的分析表明,GRAPES-TCM的漏报率远低于TRaP和TAPT,但3种方法的空报率在同一水平;对任一强度的降水,GRAPES-TCM的ETS评分总是最高,TRaP和TAPT对于大暴雨以上的强降水则几乎没有预报能力.对24小时内每6 h的降水预报,3种方法相对性能与24 h总降水相似.通过对各强度降水造成的降水量在总降水量中的百分比的对比分析,发现GRAPES-TCM预报强降水占总降水量的比重与观测十分接近.总体上说,GRAPES-TCM能较好地预报出登陆热带气旋降水的分布型态,对强降水的预报能力强于外推和相似预报方法,但是预报的降水量绝对误差偏大,尤其对暴雨级别以上降水,其BS值明显偏大.     

登陆热带气旋降水预报研究回顾与展望

重点围绕登陆热带气旋（LTC）降水预报研究进行了回顾和总结,指出针对LTC降水有三类预报技术：动力模式、统计方法和动力-统计结合的预报方法。以数值天气预报（NWP）模式为代表的预报技术对LTC降水的预报能力仍然非常有限。改进NWP模式预报误差的途径主要有两条：一是发展NWP模式;二是发展动力-统计结合的方法。分析表明,动力-统计相似预报是一项很有潜力的技术;针对现有研究中的不足,开展LTC降水动力-统计相似预报研究,探索减小数值模式LTC降水预报误差的有效方法,将是一个充满希望的研究领域和方向。     

热带气旋路径集合预报试验

以MM5模式为试验模式,分别用增长模繁殖法（BGM）和模式物理过程扰（MPP）形成12个集合成员,对2005年登陆我国的8个热带气旋进行了52次路径集合预报试验,以寻找适合西北太平洋热带气旋路径的集合预报方法。结果表明：BGM方法的集合预报结果总体上好于控制试验结果,其中对强度较弱的热带气旋的集合预报效果更好。MPP方法的集合预报结果总体上不如控制试验结果,但对初始时刻强度达到台风的热带气旋的集合预报效果较好,集合预报相对于控制试验的改进效果明显。基于BGM方法和MPP方法集合预报的不同特点,将两种方法相结合形成扰动成员,这一综合方法的集合预报效果好于单一方法的集合预报效果。BGM方法和MPP方法的系统发散度总体上都偏小。     

应用相似预报方法预报热带气旋降雨量

1引言香港天文台过去一直利用气候方法作为参考，去预报热带气旋降雨量。这个方法是通过定出热带气旋当时及未来24小时的位置，然后计算出热带气旋在每一网格停留的时间，利用加权平均便可得出未来24小时的降雨量预测。现在，天文台已利用这个方法用电脑进行自动预报。这个业务预报方法，在预报热带气旋所带来的大雨时表现尚算理想。然而，它却经常低估热带气旋所带来的大暴雨。在过去，相似预报方法主要应用在预报热带气旋路径方面。若应用在降雨量预辑上，却受制于预报路径的准确度和热带气旋历史资料的多寡。随着科技的进步，近年天文台…     

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。     

Sample Optimization of Ensemble Forecast to Simulate a Tropical Cyclone Using the Observed Track

Ensemble forecasting is widely used in numerical weather prediction. However, the ensemble may not satisfy a perfect Gaussian probability distribution because of a limited number of members, with some members significantly deviating from the true atmospheric state. Such outliers (belonging to low probability events) may downgrade the accuracy of an ensemble forecast. In this study, the observed track of a tropical cyclone (TC) is used to restrict the probability distribution of samples by investigating the evolution of TCs. Unlike data assimilation, the method we employed uses observational data. By restricting the probability distribution, ensemble spread could be decreased through sample optimization. In addition, the prediction results showed that track and intensity errors could be reduced by sample optimization. When the vertical structures of TCs considered in this study were compared, different thermal structures were found. This difference may have been caused by sample optimization, which may affect intensity and track. Nevertheless, it should be noted that the replacement of a large number of inferior samples may inhibit the improvement of simulated results.     

Experiments with the Improved Dynamical-Statistical-Analog Ensemble Forecast Model for Landfalling Typhoon Precipitation over South China

In recent work, three physical factors of the Dynamical-Statistical-Analog Ensemble Forecast Model for Landfalling Typhoon Precipitation (DSAEF_LTP model) have been introduced, namely, tropical cyclone (TC) track, TC landfall season, and TC intensity. In the present study, we set out to test the forecasting performance of the improved model with new similarity regions and ensemble forecast schemes added. Four experiments associated with the prediction of accumulated precipitation were conducted based on 47 landfalling TCs that occurred over South China during 2004-2018. The first experiment was designed as the DSAEF_LTP model with TC track, TC landfall season, and intensity (DSAEF_LTP-1). The other three experiments were based on the first experiment, but with new ensemble forecast schemes added (DSAEF_LTP-2), new similarity regions added (DSAEF_LTP-3), and both added (DSAEF_LTP- 4), respectively. Results showed that, after new similarity regions added into the model (DSAEF_LTP-3), the forecasting performance of the DSAEF_LTP model for heavy rainfall (accumulated precipitation ≥250 mm and ≥100 mm) improved, and the sum of the threat score (TS250 + TS100) increased by 4.44%. Although the forecasting performance of DSAEF_LTP-2 was the same as that of DSAEF_LTP-1, the forecasting performance was significantly improved and better than that of DSAEF_LTP-3 when the new ensemble schemes and similarity regions were added simultaneously (DSAEF_LTP-4), with the TS increasing by 25.36%. Moreover, the forecasting performance of the four experiments was compared with four operational numerical weather prediction models, and the comparison indicated that the DSAEF_LTP model showed advantages in predicting heavy rainfall. Finally, some issues associated with the experimental results and future improvements of the DSAEF_LTP model were discussed.     

热带气旋预报性能及指标综合评述

热带气旋(TC)位居全球十大自然灾害之首,受到世界范围内的广泛重视。为了解当前国际上TC预报的整体水平,更好地审视我国TC预报的进展及在国际上的位置,基于主要国家和国际机构的TC预报性能评估项目,本文对近年来各预报中心的TC业务预报水平进行了客观对比分析。结果表明,过去十几年来,我国的TC路径预报水平有大幅度提高,已经跻身世界先进行列。各国对TC强度预报性能的提升预计还会经历一个漫长的过程,未来台风风雨预报的评估发展值得期待。     

Urban Impact on Landfalling Tropical Cyclone Precipitation: A Numerical Study of Typhoon Rumbia (2018)

Coastal urban areas are prone to serious disasters caused by landfalling tropical cyclones(TCs). Despite the crucial role of urban forcing in precipitation, how fine-scale urban features impact landfalling TC precipitation remains poorly understood. In this study, high-resolution ensemble simulations of Typhoon Rumbia(2018), which crossed the Yangtze River Delta urban agglomeration, were conducted to analyze the potential urban impact on TC precipitation. Results show that the inner-core rainfal...     

地形和边界层摩擦对登陆热带气旋路径和强度影响的研究

采用准地转的正压模式, 研究了无非绝热加热时地形和边界层摩擦对登陆热带气旋路径和强度的影响.结果表明: 地形作用对登陆热带气旋西北移动路径的影响比较明显, 而对登陆热带气旋强度的影响不明显; 边界层摩擦可以通过改变热带气旋X方向上和Y方向上的移动速度以及改变热带气旋水平环流结构对登陆热带气旋西北移动路径产生一定的影响, 边界层摩擦对登陆热带气旋强度的影响非常明显, 其中摩擦是造成登陆热带气旋强度迅速减弱的一个重要因素.     

登陆台风短时定量降水预报方法初探

利用登陆台风的GMS-5 IR1 TBB资料及地面自动站逐时雨量资料,初步建立了适用于登陆台风的定量降水估计(QPE)方法,基于QPE结果,采用外推法,初步实现了对登陆台风未来0~3 h的短时定量降水预报(QPF)。应用于0104号登陆台风“尤特”和0414号登陆台风“云娜”两个例表明:对单站逐小时雨量定量预报而言,如果50%相对误差可以接受,01、、23、h的QPF准确率分别达20%~70%、30%~80%、30%~70%、20%~60%;对于单站过程雨量定量预报而言,如果50%相对误差可以接受,0、1、2、3 h的QPF准确率基本都达60%~80%;对未来0~3 h的面雨量也具有一定定量预报能力。0~3 h QPF结果对实际短时登陆台风降水业务预报工作具有一定的参考价值。     

基于TIGGE资料的西太平洋热带气旋多模式集成预报方法比较

基于TIGGE资料中CMA、ECMWF、JMA和NCEP四中心2010、2011和2012年3年的资料,采用集合平均（EMN）、加权集合平均（WEMN）、消除偏差集合平均（BREM）和加权消除偏差集合平均（即超级集合,SUP）四种方法,对西太平洋地区热带气旋路径与中心气压进行时效为24、48、72、96和120 h的多模式集成预报,评估了不同单中心预报结果,并分析了不同多模式集成预报方法的特点,对比了不同多模式集成方法的效果。结果表明,对于热带气旋路径和中心气压预报,各中心预报技巧不同,其中3年的CMA预报效果均较差,2010、2011年的ECMWF预报和2012年的NCEP预报效果最优;总体上几种多模式集成方法在120 h预报时效内均优于单模式预报,其中EMN作为一种最简单的集成预报方法,具有一定的局限性,而WEMN由于给不同单模式预报赋予了权重,因此相对于EMN能够得到更好的多模式集成预报结果;BREM方案由于消除了模式预报中的系统性偏差,因此集成预报效果也优于EMN;由于去除了模式预报偏差,同时给不同模式赋予了权重,SUP方案得到的集成预报效果最优。     

Ensemble Forecasts of Tropical Cyclone Track with Orthogonal Conditional Nonlinear Optimal Perturbations

This paper preliminarily investigates the application of the orthogonal conditional nonlinear optimal perturbations(CNOPs)–based ensemble forecast technique in MM5(Fifth-generation Pennsylvania State University–National Center for Atmospheric Research Mesoscale Model). The results show that the ensemble forecast members generated by the orthogonal CNOPs present large spreads but tend to be located on the two sides of real tropical cyclone(TC) tracks and have good agreements between ensemble spreads and ensemble-mean forecast errors for TC tracks. Subsequently, these members reflect more reasonable forecast uncertainties and enhance the orthogonal CNOPs–based ensemble-mean forecasts to obtain higher skill for TC tracks than the orthogonal SVs(singular vectors)–, BVs(bred vectors)– and RPs(random perturbations)–based ones. The results indicate that orthogonal CNOPs of smaller magnitudes should be adopted to construct the initial ensemble perturbations for short lead–time forecasts, but those of larger magnitudes should be used for longer lead–time forecasts due to the effects of nonlinearities. The performance of the orthogonal CNOPs–based ensemble-mean forecasts is case-dependent,which encourages evaluating statistically the forecast skill with more TC cases. Finally, the results show that the ensemble forecasts with only initial perturbations in this work do not increase the forecast skill of TC intensity, which may be related with both the coarse model horizontal resolution and the model error.