集成方法在热带气旋路径和强度预报中的应用

利用多元线性回归、递归正权决策和算术平均方法,分别建立热带气旋路径和强度多模式集成预报方程,并用2004年西北太平洋和南海生成的热带气旋资料进行预报试验,同时对各家预报和集成预报进行了检验分析。结果表明,用集成预报方法作热带气旋路径和强度预报是可行的,预报年总平均误差有一定程度的减小,最大预报误差也有所减小,出现较大预报误差的概率明显减小。集成方法的预报能力一般好于集成方法中采用的任意单一预报,体现了集成方法的优越性。     

热带气旋路径预报概率圆应用

热带气旋路径预报采用预报概率圆可以有效减少不可避免的预报错误,在2004～2007年中央气象台主观路径预报资料的基础上,使用统计方法并根据预报误差与热带气旋预报移动速度和移动方向的相关关系分类,分别计算了相应的24、48、72 h路径预报的70%概率圆半径,修改了原来业务中使用的概率圆半径,以期替代原来在业务中使用的概率圆半径。同时应用修改后的概率圆半径对近5年的路径主观预报进行了分析,给出了2004～2007年预报误差分布特点以及较大预报误差热带气旋个例的误差产生原因,并讨论了该方法改进的可能性。     

基于人工神经网络的热带气旋路径预报试验

利用气候持续性因子,分别采用神经网络法及最小二乘回归法,建立西北太平洋地区12、24、36和48h热带气旋路径预报模型。通过对1992～2002年资料的试报,人工神经网络方法优于回归方法,且这种优势在预报时效较长时更明显。人工神经网络法48h的预报平均绝对误差比回归法减小27．56km,预报水平提高7％。     

2015年西北太平洋热带气旋预报精度评定

本文以中国气象局上海台风研究所整编的热带气旋(Tropical Cyclme,TC)最佳路径集为依据,对2015年西北太平洋TC定位精度及路径、登陆点、强度预报精度进行了评定,结果表明：2015年中央气象台TC平均定位误差为14.1 km,优于2014年定位水平;中央气象台24、48、72、96和120 h路径预报误差分别为66.2、119.5、176.3、244.3和328.5 km;国内外共6个全球模式在上述预报时效的总平均路径误差分别为86.5、146.5、215.8、321.6和475.8 km;4个区域模式24、48和72 h的总平均路径误差分别为84.1、147.1和230.8 km。2015年的主观方法、全球模式和区域模式的路径预报性能均较2014年有了较大进步,但是强度预报性能仍未得到改善。目前,统计预报方法的强度预报整体性能仍然领先于数值模式。     

三个路径相似降雨特征不同的热带气旋分析

比照路径相似台风的降雨制作台风降雨预报是台风业务预报的常规方法之一。但台风飞燕、桃芝及一次热带低庄路径虽极为相似，它们的降雨强度和降雨分布则差异很大。通过对台风飞燕、桃芝及一次热带低压的大气环流形势特征、物理量场诊断结果和卫星云图的对比分析，发现热带气旋影响地的前期环境场、热带气旋影响期间西风带低槽和副热带高压的强弱及其相互配置以及它们与热带气旋的相互作用是造成路径相似的三个热带气旋出现降雨差异的主要原因。该分析结果对台风降雨的业务预报有实际意义。     

双热带气旋合并过程涡旋强度与吸引效应相关特征数值模拟

利用中尺度模式HWRF(Hurricane Weather Research and Forecast System)模拟双热带气旋"狮子山"(2010)与"南川"(2010)涡旋合并过程,并通过强度敏感性试验揭示两涡旋强度对合并过程的影响。分析表明:在两者的合并过程中,"狮子山"涡旋强度明显大于"南川";"狮子山"涡旋对"南川"涡旋具有更大的"吸引"效应,两者西侧呈相对强的能量、水汽"连体"通道。HWRF能够较好的模拟出双热带气旋"狮子山"与"南川"的强度、移动路径,尤其是两涡旋的合并过程。进一步分析控制试验双热带气旋水平与垂直结构揭示出两涡旋"互旋"过程中,"弱涡旋"并入"强涡旋"相互影响特征。有关"狮子山"与"南川"强度的敏感试验亦表明,两者各自涡旋强度"合并方向"具有关键影响。在敏感性试验中,改变涡旋强度后两者路径亦存在"互旋"现象,但与控制试验两涡旋"合并方向"相反,即敏感性试验热带气旋"狮子山"涡旋削弱,而"南川"涡旋强度相对增强,导致原涡旋西侧水汽、能量输送连体通道明显削弱,同时由于"南川"涡旋的强度强于"狮子山",两者东侧水汽、能量输送通道亦加强,导致"南川"涡旋对"狮子山"的涡旋存在"吸引"效应。"狮子山"涡旋残留云带一部分合并入"南川",一部分则随西南气流进入台风"圆规"。     

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。     

The Simulation of Five Tropical Cyclones by Sample Optimization of Ensemble Forecasting Based on the Observed Track and Intensity

The quality of ensemble forecasting is seriously affected by sample quality. In this study, the distributions of ensemble members based on the observed track and intensity of tropical cyclones (TCs) were optimized and their influence on the simulation results was analyzed. Simulated and observed tracks and intensities of TCs were compared and these two indicators were combined and weighted to score the sample. Samples with higher scores were retained and samples with lower scores were eliminated to improve the overall quality of the ensemble forecast. For each sample, the track score and intensity score were added as the final score of the sample with weight proportions of 10 to 0, 9 to 1, 8 to 2, 7 to 3, 6 to 4, 5 to 5. These were named as "tr", "91", "82", "73", "64", and "55", respectively. The WRF model was used to simulate five tropical cyclones in the northwestern Pacific to test the ability of this scheme to improve the forecast track and intensity of these cyclones. The results show that the sample optimization effectively reduced the track and intensity error, "55" usually had better performance on the short-term intensity prediction, and "tr" had better performance in short-term track prediction. From the overall performance of the track and intensity simulation, "91" was the best and most stable among all sample optimization schemes. These results may provide some guidance for optimizing operational ensemble forecasting of TCs.     

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。     

Growing Threat of Rapidly-Intensifying Tropical Cyclones in East Asia

This study examines the long-term change in the threat of landfalling tropical cyclones(TCs) in East Asia over the period 1975–2020 with a focus on rapidly intensifying(RI) TCs. The increase in the annual number of RI-TCs over the western North Pacific and the northwestward shift of their genesis location lead to an increasing trend in the annual number of landfalling RI-TCs along the coast of East Asia. The annual power dissipation index(PDI), a measure of the destructive potential of RI-TCs at landfall, also shows a significant increasing trend due to increases in the annual frequency and mean landfall intensity of landfalling RI-TCs. The increase in mean landfall intensity is related to a higher lifetime maximum intensity(LMI) and the LMI location of the landfalling RI-TCs being closer to the coast. The increase in the annual PDI of East Asia is mainly associated with landfalling TCs in the southern(the Philippines, South China, and Vietnam) and northern parts(Japan and the Korean Peninsula) of East Asia due to long-term changes in vertical wind shear and TC heat potential. The former leads to a northwestward shift of favorable environments for TC genesis and intensification, resulting in the northwestward shift in the genesis, RI, and LMI locations of RI-TCs. The latter provides more heat energy from the ocean for TC intensification, increasing its chances to undergo RI.     

2012年西北太平洋热带气旋预报精度评定

本文对2012年西北太平洋热带气旋定位、路径和强度预报精度进行了评定,结果表明：2012年定位总平均误差23.4 km,与往年相当。国内各综合方法的路径预报平均误差分别为94.3 km（24 h）、168.2 km（48 h）和284.2 km（72 h）,中央气象台24 h路径预报准确率相对于2011年有了较大幅度的提高。全球模式的平均距离误差分别为96.8 km（24 h）、177.2 km（48 h）、283.6 km（72 h）、382.3 km（96 h）和583.6 km（120 h）,其中部分数值模式预报水平接近主观方法的平均预报水平,但是最优的主观预报具有相对所有数值预报的正技巧,表现出较强的数值预报应用能力。通过对比国际先进数值预报模式的误差表明,国内区域模式的路径预报能力与国外先进模式相比仍有较大差距。4个台风业务中心强度预报的平均绝对误差分别为4.11~4.63 m·s-1（24 h）、6.10~6.90 m·s-1（48 h）和6.84~8.71 m·s-1（72 h）。部分客观强度预报方法表现出一定的系统性偏差。各方法对“海葵”在象山县鹤浦镇的24 h登陆点预报较为成功,而对“苏拉”在台湾花莲的24 h登陆点预报较为失败。     

2013年西北太平洋热带气旋预报精度评定

本文以中国气象局上海台风研究所整编的最佳路径集为依据,对2013年西北太平洋热带气旋（TC）定位、路径和强度预报精度进行了评定,并对部分全球和区域模式在路径和强度预报中存在的系统性偏差进行了分析,结果表明：2013年定位总平均误差为21.7 km,比往年略偏小。国内各省(自治区)主观预报方法路径预报平均误差为80.2 km（24 h）、143.3 km（48 h）和221.7 km（72 h）,与2012年同比分别降低了13.9%、13.4%和20.9%,中央气象台24 h路径预报误差首次低于90 km。全球和区域模式的路径预报性能稳步提升,并表现出一定的系统性偏差。统计预报方法的强度预报整体性能仍然领先于数值模式,而在数值模式中,区域模式的强度预报性能则略优于全球模式。部分全球和区域模式在强度预报中也存在着系统性偏差。各主观方法对台风温比亚(1306)、台风尤特(1311)、台风潭美(1312)和台风菲特(1323)的24 h登陆点预报效果较好,而对台风西马仑(1308)的24 h登陆点预报不是十分理想。     

2017年西北太平洋和南海热带气旋预报精度评定

以中国气象局上海台风研究所整编的最佳路径数据集为依据,对2017年西北太平洋和南海海域热带气旋定位精度及路径、强度和登陆点预报精度进行了评定。评定结果表明：2017年定位总平均误差为26.7 km,比2016年略偏大。无论是主观预报还是客观预报方法,近两年在72 h以内的路径预报整体水平并没有超越2015年。2017年,中央气象台除了对台风纳沙在台湾宜兰的24 h登陆点预报较差外,其余台风的24 h登陆点预报误差基本在65 km以下。采用不同机构的最佳路径或实时定位定强数据作为参考会对精度评定的结果产生较大影响。     

热带气旋研究和业务预报技术的发展

过去半个世纪, 我国对热带气旋作了深入和系统的研究。研究内容涉及热带气旋的运动机理和路径预报方法、发生发展及结构和强度变化、登陆和变性过程、登陆后的衰减和维持机制及其引起的暴雨分布等。在此院庆之际, 该文主要对中国气象科学研究院在热带气旋领域的研究作一回顾, 与此发生关联的国内其他单位的工作也可能提及, 但决非全面总结。采用的研究方法包括数理统计、天气动力机理分析、数值模式发展和模拟研究、物理诊断分析及外场科学试验等, 这些研究方法和取得的成果在不同时期对推动国内热带气旋研究起了积极的作用。上述研究工作的另一个特点是与实际紧密结合, 研究成果在实际台风预报业务中应用并不断改进, 研究成果不断转化为业务能力, 对改进预报技术、提高业务预报能力作出了重要贡献。     

干冷空气活动对热带气旋强度变化影响的研究进展与展望

热带气旋的强度变化一直是热带气旋研究中的重要内容之一,干冷空气活动与热带气旋强度变化之间有密切的关系,如快速增强和快速减弱过程。文章对国内外干冷空气影响热带气旋强度变化的研究成果进行了回顾和总结,主要包括干冷空气的强度、侵入位置,以及高空冷性天气系统对热带气旋强度变化的影响三个方面,并对未来的研究进行展望,以期为干冷空气影响热带气旋强度的研究提供参考。     

热带气旋经过台湾岛强度变化特征

用中国气象局整编的1949-2006年共58年的<台风年鉴>或<热带气旋年鉴>资料,将资料线性插值到1小时,挑选出经过台湾岛的热带气旋(TC),用统计分析的方法,揭示TC经过台湾岛时的强度变化特征.结果表明,TC从东侧登陆台湾岛损失的强度为西侧登陆损失强度的2倍以上;TC登陆时的路径方向与台湾中央山脉长轴的交角越接近垂直,其过岛损失的强度越小,在岛逗留的时间越短;TC登陆台湾岛东侧时强度损耗与TC登陆前其自身的强度呈正相关,而登陆台湾岛西侧则没有明显的统计规律;TC从台湾西侧登陆时不但出现强度不变或者增强的几率更大,而且强度增强也更多.     

A GCM-Based Forecasting Model for the Landfall of Tropical Cyclones in China

A statistical dynamic model for forecasting Chinese landfall of tropical cyclones (CLTCs) was developed based on the empirical relationship between the observed CLTC variability and the hindcast atmospheric circulations from the Pusan National University coupled general circulation model (PNU-CGCM).In the last 31 years,CLTCs have shown strong year-to-year variability,with a maximum frequency in 1994 and a minimum frequency in 1987.Such features were well forecasted by the model.A cross-validation test showed that the correlation between the observed index and the forecasted CLTC index was high,with a coefficient of 0.71.The relative error percentage (16.3%) and root-mean-square error (1.07) were low.Therefore the coupled model performs well in terms of forecasting CLTCs;the model has potential for dynamic forecasting of landfall of tropical cyclones.     

Distribution Characteristics of the Intensity and Extreme Intensity of Tropical Cyclones Influencing China

To address the deficiency of climatological research on tropical cyclones(TCs) influencing China, we analyze the distributions of TCs with different intensities in the region, based on the best-track TC data for1949–2011 provided by the Shanghai Typhoon Institute. We also present the distributions of 50- and 100-yr return-period TCs with different intensities using the Gumbel probability distribution. The results show that TCs with different intensities exert distinctive effects on various regions of China and its surrounding waters. The extreme intensity distributions of TCs over these different regions also differ. Super and severe typhoons mainly influence Taiwan Island and coastal areas of Fujian and Zhejiang provinces, while typhoons and TCs with lower intensities influence South China most frequently. The probable maximum TC intensity(PMTI) with 50- and 100-yr return periods influencing Taiwan Island is below 890 hPa; the PMTI with a50-yr return period influencing the coastal areas of Fujian and Zhejiang provinces is less than 910 hPa, and that with a 100-yr return period is less than 900 hPa; the PMTI with a 50-yr return period influencing the coastal areas of Hainan, Guangdong, and the northern part of the South China Sea is lower than 930 hPa,and that with a 100-yr return period is less than 920 hPa. The results provide a useful reference for the estimation of extreme TC intensities over different regions of China.     

2002年西北太平洋和南海热带气旋路径主客观预报评价

利用目前中央气象台热带气旋路径实时业务预报中使用的各种主客观预报产品资料,对2002年西北太平洋和南海热带气旋路径实时业务预报中的主客观预报进行对比分析检验。结果显示：虽然在整体上主观预报要优于客观模式的结果,但客观模式的预报能力已接近主观预报,有时甚至还好于主观预报,特别是48小时以上时效的客观模式较主观预报具有一定的优势;而在客观模式中,全球模式优于台风模式;热带气旋路径数值模式产品的使用对提高热带气旋路径业务预报水平具有十分重要的作用。     

基于路径相似的登陆热带气旋降水之动力-统计集合预报模型

数值天气预报(NWP)过去几十年在热带气旋(TC)预报方面的最大进步是越来越准确的路径预报。对于登陆TC降水的预报,目前以数值模式为代表的技术手段预报能力还十分有限。围绕动力-统计结合之方法研究,初步发展了登陆热带气旋降水(LTP)预报的一种新方法:基于路径相似的登陆热带气旋降水之动力统计集合预报(LTP_DSEF)模型。该方法主要分为五步:TC路径预报、相似路径TC识别、其他特征相似性的判别、TC降水集合预报和最佳预报方案选择;涉及两个关键技术:TC降水分离的客观天气图分析法(OSAT)和TC路径相似面积指数(TSAI)。LTP DSEF模型对2012-2016年影响华南地区出现最大日降水量≥100 mm的21个TC的定量降水预报(QPF)试验结果显示,该模型对登陆TC过程降水的预报结果优于动力模式。登陆TC过程降水≥50 mm情况下,建模样本和独立样本平均TS评分均高于动力模式(EC、GFS、T639)相应的最好表现。对LTP_DSEF模型三个最佳方案的参数取值分析显示,起报时刻参数设定为最临近影响时刻即TC对陆地产生降水的前一天12:00 UTC、集合参数取最大值时预报效果稳定趋好。