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。     

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。     

数值预报对热带气旋移动路径的预报能力的检验

作者利用１９９５年６－１０月影响南中国海的１０个热带气旋实况资料以及５００ｈＰａ天气图，对日本地面２４小时数值预报和ＥＣＭＷＦ５００ｈＰａ为数值预报产品对热带气旋移动路径的预报能力进行检验和分析，结果表明；１．日本的２４小时地面数值预报对热带气旋的路径趋势有一定的预报能力，它对路径稳定的热带气旋预报能力较好，对热带气旋的突变转折预报能力较差。２．ＥＣＭＷＦ５００ｈＰａ数值预报对热带气旋的移动路长有     

k-nn方法在热带气旋路径预报中的应用

引入k-nn方法，结合经过预报实践检验、应用证明效果较好的预报因子，制作热带气旋路径预报系统，运行效果良好，可以应用到日常预报业务中。     

一次西南涡路径预报偏差分析及数值模拟

2008年7月21-23日,在川东的西南涡移出后东北上.参考各数值模式对22-23日西南涡路径预报后,河南省气象台于21日发布暴雨预报,出现了落区偏差.为加深对西南涡移动路径机理的认识,利用常规和NCEP资料,从大气环流、热力、动力等方面对这次西南涡移动路径特征进行探讨;对数值预报产品作天气学检验;利用WRF模式对本次过程进行模拟.结果表明:(1)这次西南涡呈现南掉-东北上-东东北再东北上的曲折路径;(2)低涡结构显示了中尺度特征,涡度轴向、K指数等对低涡的移动路径有指示意义;(3)由于过于依赖数值预报,加之对东北南下冷空气影响考虑不足,是造成这次低涡路径预报偏差的主要原因;(4)WRF模式对这次低涡路径有较好的预报能力.     

热带气旋远距离对西南涡加强作用的个例研究

利用地面观测资料、NCEP再分析资料对2018年7月10～11日一次热带气旋远距离对西南涡加强作用的个例分析。结果表明：南海的热带气旋和西太平洋上的热带气旋对西南涡的发展和维持有远距离的加强作用。热带气旋外围偏南、偏东气流向西伸展与四川盆地东南气流贯通,将南海和西太平洋上的水汽向四川盆地输送。热带气旋通过外围气流远距离改变西南涡周围的风压场分布、暖湿结构、动量特征,从而改变和加强西南涡及其邻域的大气斜压性和非平衡性。     

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。     

基于位置误差的分布制作热带气旋路径袭击概率预报

为了探讨热带气旋路径预报的不确定性,利用2004-2007年4年中央气象台综合预报的误差分布状况,建立热带气旋路径综合预报的统计集合模型,制作热带气旋路径的袭击概率预报及产品,并为警报发布工作中有关登陆地段的预报提供有意义的参考.     

热带气旋过台湾后再次登陆的路径强度变化统计分析

登陆台湾后再次登陆大陆的热带气旋(TC)由于受复杂下垫面及中低纬天气系统的共同影响,过岛后在海峡内的路径、强度及结构变化复杂,导致登陆大陆的精确化定位、定强及预报难度大。分析了1949—2017年二次登陆的81个热带气旋路径及强度变化特征,并对上海台风所(CMA/STI)、美国联合台风警报中心(JTWC)及东京区域台风中心(RSMC-Tokyo)的热带气旋最佳路径数据中过岛热带气旋的定位定强进行对比分析。结果表明:二次登陆大陆热带气旋强度以减弱为主,少数热带气旋在海峡内增强;过岛后热带气旋路径多数会发生明显偏折,但三家最佳路径资料判断的偏折趋势不一致;由于热带气旋过岛时结构遭到破坏,定位定强难度增大,导致三个业务中心对其定位定强的差异较大,这种不确定性增大了其路径和强度监测预报的难度。     

Impact of Surface Exchange Coefficients and Sea Surface Cooling on Tropical Cyclone Simulation

The surface flux exchange associated with the exchange coefficients and upper ocean conditions is essential to the development of tropical cyclones (TCs). Using the Weather Research and Forecasting (WRF) model, the present study has investigated the impact of exchange coefficients and ocean coupling during Super Typhoon Saomai (2006). Firstly, two experiments with different formula of roughness are conducted. The experiment with the Donelan formula for drag coefficient (Cd) and ramped formula for enthalpy coefficient (Ck) can simulate stronger intensity compared to other experiments due to the increased surface wind and enthalpy fluxes. That is because the new formulas allows for a smaller Cd and larger Ck in the high wind regime than the former formulas did. Moreover, two coupled simulations between WRF and a one-dimensional ocean model are conducted to examine the feedback of sea surface cooling to the TC. In the experiments with a horizontal uniform mixed layer depth of 70 m, the sea surface cooling is too weak to change the evolution of TC. While in the experiment with an input mixed layer calculated using the Hybrid Coordinate Ocean Model (HYCOM) data, the significant sea surface cooling induces obvious impact on TC intensity and structure. Under the negative feedback of sea surface cooling, the sensible and latent heat fluxes decreases, especially in the right part of Saomai (2006). The negative feedback with coupled ocean model plays a vital role in simulating the intensity and structure of TC.     

一次热带风暴造成辽宁暴雨的数值模拟研究

利用非静力平衡的中尺度模式MM5V3,对1997年8月20日Winnie台风减弱的热带风暴,进行了48h数值模拟。结果表明：MM5不仅比较好地模拟出高空形势场,还成功地模拟出了强降水的时间和强度。应用模拟出的物理量对这次过程进行了诊断分析,并对暴雨形成机制进行了讨论。     

Preliminary Study of Sensitive Areas for Several Tropical Cyclone Track Prediction Cases in 2007

Conditional nonlinear optimal perturbation (CNOP) obtained by the ensemble-based calculation method is employed to find possible sensitive areas for improving 48-h or more than 48-h tropical cyclone (TC) track predictions in several cases affecting China in 2007. These sensitive areas are examined by observing system simulation experiments (OSSEs). Results show that these sensitive areas improve TC track predictions for 48 h or more to different extents. Further analysis is performed to determine the distribution characteristics of sensitive areas in these cases. Results show that areas south of Luzon and over surrounding oceans are significant for 48-h or more than 48-h TC track predictions, especially 60-h to 72-h track predictions. Areas over oceans north or east to Taiwan Island seem to be secondary sensitive for 48-h or more than 48-h TC track predictions.     

水汽输送影响登陆热带气旋维持和降水的数值试验

Bilis(0010)是一个登陆后长久维持的热带气旋,其维持期间与一条西南风低空急流水汽通道长时间保持联结.用中尺度模式MM5V3对其维持过程进行模拟,并通过多个敏感性试验,研究不同方向水汽输送对热带气旋在陆上维持和降水的影响.结果表明:外界持续的水汽输送有利于热带气旋气旋性环流在陆地上维持,减缓其登陆后的强度衰减.水汽输送通过影响热带气旋的热力结构来影响热带气旋强度,充沛的水汽供应有利于热带气旋暖心维持.外界水汽输送有助于热带气旋雨带中的强对流活动,使雨量加强.而对流活动过程中水汽凝结潜热释放是热带气旋获得能量继续维持的重要条件.结果还表明,南边界水汽输送对热带气旋维持和降水的影响最为明显,其次是东边界.来自北界和西界水汽的影响微弱.     

热带气旋与西南低涡相互作用的个例研究 Ⅰ.诊断分析

通过对1989年7月8～11日西南低涡与活动于南海的强热带气旋发生远距离相互作用的诊断分析,揭示出中低纬系统相互作用在促进西南低涡发展和暴雨发生中所起的一些重要作用.     

热带气旋移速的预报

主要用统计方法热带气旋本身的要素（位置、近中心最低气压、移速等）与热带气多速的相关性，用前期的中心气压、位置、移速等作为因子并热带气旋数值预报产品建立移速预报的逐步回归方程。     

热带气旋路径客观综合集成预报方法的研制

在正确评估我国现有发报的７种客观预报方法性能的基础上，分别对西北太平洋，东海，南海３个责任海区，采用典型相关，条件概率组合，新回归系数估计法等多种统计模型，建立包括数值预报产品在内的热带气旋路径的综合集成预报方法。     

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.     

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.     

一次东北冷涡暴雨过程的数值模拟试验

利用MM5非静力模式成功地模拟了1998年8月8－9日一次东北冷涡切变型暴雨过程。发现本次过程中，低涡西北象限的强降水中心的产生是由于高层形成的强辐散，切变降水的产生由于偏南急流与偏东急流的交汇，切变带上升运动层明显低于低涡。同时，通过对比试验发现，偏南急流是本次过程主要水汽输送带。且对切变降水影响较大。偏南急流区水汽的减弱对系统（低涡、切变）的降水强弱有直接影响；西路冷空气加强主要使大气斜压作用增强导致低涡强度及降水增强；东路冷空气主要通过阻挡偏南气流形成抬升从而主要影响切变强度和降水。阻高则通过对上游低值系统的阻挡影响其位置和强度进而影响过程降水。     

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。