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。     

数值模式的热带气旋强度预报订正及其集成应用

提供热带气旋强度预报产品的业务数值天气预报模式有很多,并已表现出一定的预报技巧,为提高对模式热带气旋强度预报产品的定量应用能力,分析2010—2012年7个业务数值模式的西北太平洋热带气旋强度预报,发现预报误差不仅受到模式热带气旋初始强度误差的显著影响,还与热带气旋及其所处环境的初始状况有密切关系,包括热带气旋初始强度、尺度、移速、环境气压、环境风切变、热带气旋发展潜势等。根据这些因子与各模式热带气旋强度预报误差之间的相关性,采用逐步回归方法建立热带气旋强度预报误差的统计预估模型,并通过逐个热带气旋滚动式建模来进行独立样本检验。检验结果表明,基于误差预估的模式订正预报比模式直接输出的热带气旋强度预报有显著改进,在此基础上建立的热带气旋强度多模式集成预报方案相对气候持续性预报方法在12 h有28%的正技巧,在24—72 h则稳定在15%—20%,具有业务参考价值。     

热带气旋路径数值模式业务试验性能分析

在中国气象局数值预报创新基地开发的GRAPES基础上,建立了热带气旋路径预报系统(GRAPES-TCM)。并对2002、2003年热带气旋进行了一系列时间为48 h的路径后报试验,对2004年的热带气旋路径进行准业务预报。针对热带气旋路径预报的分析表明,GRAPES-TCM对热带气旋路径具有良好的预报能力。比较了2004年GRAPES-TCM准业务预报同北京数值预报和日本数值预报的结果,GRAPES-TCM的预报结果比北京的好,与日本数值预报相比仍有较大的差距。GRAPES-TCM计算的总的热带气旋24、48 h平均距离误差大约为150、250 km。GRAPES-TCM计算的热带气旋路径的平均距离误差随着其初始强度的增强而减小,台风级的热带气旋路径的24 h平均距离误差仅为111 km,48 h平均距离误差也在210 km左右,与此同时,预报的强热带风暴的24和48 h平均距离误差则为166.6和242.6 km。GRAPES-TCM后报的"突然转向"和"突然变速"热带气旋的平均距离误差24 h达到280 km,48 h则在300 km左右,超过其总的平均距离误差。对于"回旋"路径的热带气旋也有一定的预报能力。对不同分辨率的对比试验结果表明,提高GRAPES-TCM的分辨率可为稍长时间的热带气旋路径预报提供更为可靠的结果,2004年的热带气旋路径预报的48 h平均距离误差不到200 km。     

T213L31模式热带气旋路径数值预报误差分析

应用国家气象中心的T213L31模式对2006—2009年热带气旋路径数值预报的结果从平均距离误差、距离误差分布、模式系统性偏差、平均全移速误差、模式对背景场的预报偏差进行全面检验分析表明:对于不同走向的热带气旋 (简称TC) 路径预报而言,预报误差最小的是西行路径TC,预报误差最大的是东北行路径TC。按照TC强度进行分类统计发现,TC强度强比强度弱的路径预报平均距离误差小。T213对所有样本的平均预报而言,存在西北偏西向的系统性偏差,不同类型路径TC存在不同的系统性偏差。通过计算平均全移速可以看出,对于西北行、西行、北上类型路径在整个预报时效中移速偏差较小,而对于所有转向类路径移速偏差较大,即偏慢较明显。对T213模式预报2009年TC路径误差较大的个例 (0904,0906,0907号热带气旋) 检验模式对背景场的预报偏差,个例分析表明:模式对中高纬度西风槽预报偏强、对TC环境风场垂直切变预报偏大、对两个相近的TC预报更容易发生藤原效应,这些因素是导致TC路径偏差的主要原因。     

热带气旋路径客观预报的若干问题

对多时刻环境因子与热带气旋路径相关的统计分析表明，初始时刻环境场因子对热带气旋路径的预报能力随预报时效的增长而下降；未来时刻环境因子的预报能力高于初始时刻环境场因子；对于一定预报时效的热带气旋路径，具有较高预报能力环境场因子出现时刻大多不与预报时效同时刻；对于４８￣１２０小时的预报时效，初始时刻后４８－７２小时的环境场因子具有较高的预报能力。对ＮＷＰ产品进行统计释用的热带气旋路径预报模式优于用初如     

热带印度洋和热带太平洋海温振荡规律的研究

选择1979-1993年间的热带气旋为试验个例，通过扰动热带气旋初始位置和初始结构。构造集合成员，用正压原始方程模式，进行路径集合预报试验，并初步探讨预报成员的集合方法。试验结果表明：热带气旋定位误差影响路径预报，但扰动初始位置的集合平均预报与控制试验的预报水平相接近。扰动热带气旋初始结构的集合预报试验表明，约有60％。70％个例的集合路径预报得到改进：此外，试验结果还表明，当环境引导气流较弱时，进行扰动热带气旋初始结构的集合预报，预报结果的改善较明显。     

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。     

人造热带气旋垂直结构问题初探

在人造热带气旋中引入了倾斜垂直结构，并将其用于西折后9806号热带气旋登陆路径的数值模拟。结果表明：应用该方案所得到的模拟结果优于应用正压结构的人造热带气旋方案的模拟结果要准确。因此，此类热带气旋的预报中，其初始涡旋可采用倾斜垂直结构，从而提出改进热带气旋初始涡旋的一种新思路。若对其作进一步研究、推广，则具有广阔的业务应用前景。     

热带气旋路径集合预报方法研究Ⅰ——正压模式结果的初步分析

选择1979～1993年间的热带气旋为试验个例,通过扰动热带气旋初始位置和初始结构,构造集合成员, 用正压原始方程模式,进行路径集合预报试验, 并初步探讨预报成员的集合方法。试验结果表明:热带气旋定位误差影响路径预报,但扰动初始位置的集合平均预报与控制试验的预报水平相接近。扰动热带气旋初始结构的集合预报试验表明,约有60 %～70 %个例的集合路径预报得到改进。此外,试验结果还表明,当环境引导气流较弱时,进行扰动热带气旋初始结构的集合预报,预报结果的改善较明显。     

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。     

2016年GRAPES_TYM改进及对台风预报影响

为了进一步提高国家气象中心区域模式台风数值预报系统（GRAPES_TYM）的预报能力,2016年对模式参考大气廓线以及涡旋初始化方案进行了改进:由模式初始场水平方向平均的一维参考大气代替原来的等温大气,涡旋初始化方案取消了原涡旋重定位并将涡旋强度调整半径由原来的12°减小到4°。对2014—2016年的生命史超过3 d的所有台风进行了回算,路径及近地面最大风速统计误差分析表明:参考大气的改进可以减小模式对台风预报路径预报的系统北偏和平均路径误差,尤其是140°E以东的转向台风。涡旋初始化方案中强度调整半径的减小会进一步减小模式预报路径的北偏趋势,从而进一步减小平均误差。同业务系统预报结果相比,改进后的GRAPES_TYM（包括参考大气和涡旋初始化）可以使平均路径误差分别减小10%（24 h）,12%（48 h）,16%（72 h）,14%（96 h）以及15%（120 h）。同美国NCEP全球模式路径预报相比,GRAPES_TYM在西行、西北行登陆我国的台风路径预报有一定优势。     

T213与T639模式热带气旋预报误差对比

应用国家气象中心全球谱模式T213L31(简称T213) 及其升级版本T639L60(简称T639) 对2009—2010年西北太平洋热带气旋数值预报的结果进行对比。结果表明:T213与T639模式24～120 h预报平均距离误差基本相近,但由于T639模式分辨率较高,T639模式的热带气旋强度预报明显好于T213模式。从分类误差来看,T639模式对于西北行登陆及转向热带气旋的路径预报好于T213模式,但对西行及北上热带气旋预报误差偏大。对于异常路径热带气旋预报,T639模式能较好预报环流形势的突然调整,对路径突变的热带气旋预报比T213模式有明显优势;从登陆类热带气旋预报的移向误差来看,T213模式存在东北偏北向系统性偏差,T639模式存在东北偏东向系统性偏差。     

登陆热带气旋路径和强度预报的效益评估初步研究

近年来有关热带气旋(TC)灾情的评估指标和方法的研究取得明显进展,但较少涉及TC预报对减少灾害损失的贡献(即效益)分析。基于中央气象台的TC实时路径和强度预报,针对登陆中国大陆的TC,初步分析了TC的路径和强度预报误差与其造成的直接经济损失之间的可能关系,并在此基础上建立了包含TC路径和强度预报误差的TC直接经济损失的预估模型。TC登陆前后24 h的路径和强度预报误差与TC所致直接经济损失均呈正相关关系;对于单个登陆TC而言,若24 h TC路径预报误差每减小1 km可减少因灾直接经济损失约0.97亿元,若强度预报每减小1 m/s可减少因灾直接经济损失约3.8亿元(以2014年为基准年)。可见,提高TC路径和强度预报精度对于减灾的效益巨大,且当前尤以提高强度预报能力的效益为佳。      

全球数值模式中的台风初始化Ⅱ: 业务应用

由于缺少大量有效的观测资料,台风初始化对数值天气预报业务模式而言,仍然是一个悬而末决的难题.中国国家气象中心自从1996年将台风数值预报系统投入业务运行以来,一直使用经验的人造bogus涡旋台风初始化技术.实际上,不同时期的台风有着不同的环流结构,即使同一个台风在不同的生命期也具有不同的结构特征,而这些结构特征的差异并不能依靠现有的bogus涡旋技术体现出来,这种主观方法的统一性与台风在时空上的差异性形成了强烈的反差.最近,基于国家气象中心全球资料分析同化-预报循环系统,设计和发展了一套新的台风初始化业务方案,它主要由初始涡旋形成、涡旋重定位和涡旋调整3部分过程组成.相比于业务中使用的人造bogus涡旋台风初始化方案,新方案在很大程度上减少了人为因素对台风涡旋结构的影响,而更多地是依靠数值模式自身的动力和物理过程来协调约束产生三维空间的涡旋结构.应用新方案,文中对生成于西北太平洋的2006年0605号台风格美(Kaemi)进行了数值试验,初步分析表明,新方案在实现台风涡旋环流结构的初始化方面效果较好,同时,对台风格美多个时次的预报结果也显示,相比于业务使用的bogus方案而言,新方案对台风路径平均预报误差有了大幅度的降低.     

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.     

Tropical cyclone track and intensity prediction with a structure adjustable balanced vortex

A new Tropical Cyclone (TC) initialization method with the structure adjustable bogus vortex was applied to the forecasts of track, central pressure, and wind intensity for the 417 TCs observed in the Western North Pacific during the 3-year period of 2005–2007. In the simulations the Final Analyses (FNL) with 1° × 1° resolution of National Center for Environmental Prediction (NCEP) were incorporated as initial conditions. The present method was shown to produce improved forecasts over those without the TC initialization and those made by Regional Specialized Meteorological Center Tokyo. The average track (central pressure, wind intensity) errors were as small as 78.0 km (11.4 hPa, 4.9 m s^?1) and 139.9 km (12.4 hPa, 5.5 m s^?1) for 24-h and 48-h forecasts, respectively. It was found that the forecast errors are almost independent on the size and intensity of the observed TCs because the size and intensity of the bogus vortex can be adjusted to fit the best track data. The results of this study indicate that a bogus method is useful in predicting simultaneously the track, central pressure, and intensity with accuracy using a dynamical forecast model.     

Possible sources of forecast errors generated by the global/regional assimilation and prediction system for landfalling tropical cyclones. Part I: Initial uncertainties

This paper investigates the possible sources of errors associated with tropical cyclone (TC) tracks forecasted using the Global/Regional Assimilation and Prediction System (GRAPES). The GRAPES forecasts were made for 16 landfalling TCs in the western North Pacific basin during the 2008 and 2009 seasons, with a forecast length of 72 hours, and using the default initial conditions (“initials”, hereafter), which are from the NCEP-FNL dataset, as well as ECMWF initials. The forecasts are compared with ECMWF forecasts. The results show that in most TCs, the GRAPES forecasts are improved when using the ECMWF initials compared with the default initials. Compared with the ECMWF initials, the default initials produce lower intensity TCs and a lower intensity subtropical high, but a higher intensity South Asia high and monsoon trough, as well as a higher temperature but lower specific humidity at the TC center. Replacement of the geopotential height and wind fields with the ECMWF initials in and around the TC center at the initial time was found to be the most efficient way to improve the forecasts. In addition, TCs that showed the greatest improvement in forecast accuracy usually had the largest initial uncertainties in TC intensity and were usually in the intensifying phase. The results demonstrate the importance of the initial intensity for TC track forecasts made using GRAPES, and indicate the model is better in describing the intensifying phase than the decaying phase of TCs. Finally, the limit of the improvement indicates that the model error associated with GRAPES forecasts may be the main cause of poor forecasts of landfalling TCs. Thus, further examinations of the model errors are required.     

Possible Sources of Forecast Errors Generated by the Global/Regional Assimilation and Prediction System for Landfalling Tropical Cyclones. Part Ⅰ: Initial Uncertainties

This paper investigates the possible sources of errors associated with tropical cyclone(TC) tracks forecasted using the Global/Regional Assimilation and Prediction System(GRAPES). The GRAPES forecasts were made for 16 landfalling TCs in the western North Pacific basin during the 2008 and 2009 seasons, with a forecast length of 72 hours, and using the default initial conditions("initials", hereafter), which are from the NCEP-FNL dataset, as well as ECMWF initials. The forecasts are compared with ECMWF forecasts. The results show that in most TCs, the GRAPES forecasts are improved when using the ECMWF initials compared with the default initials. Compared with the ECMWF initials, the default initials produce lower intensity TCs and a lower intensity subtropical high, but a higher intensity South Asia high and monsoon trough, as well as a higher temperature but lower specific humidity at the TC center. Replacement of the geopotential height and wind fields with the ECMWF initials in and around the TC center at the initial time was found to be the most efficient way to improve the forecasts. In addition, TCs that showed the greatest improvement in forecast accuracy usually had the largest initial uncertainties in TC intensity and were usually in the intensifying phase. The results demonstrate the importance of the initial intensity for TC track forecasts made using GRAPES, and indicate the model is better in describing the intensifying phase than the decaying phase of TCs. Finally, the limit of the improvement indicates that the model error associated with GRAPES forecasts may be the main cause of poor forecasts of landfalling TCs. Thus, further examinations of the model errors are required.     

2018年西北太平洋台风活动特征和预报难点分析

利用1949-2018年中国气象局台风最佳路径、2018年中央气象台的台风路径强度实时预报、ECMWF数值预报以及NCEP逐日高分辨率海温RTG_SST(0.083°×0.083°)等资料,对2018年西北太平洋台风活动的主要特征和预报难点进行了分析.结果 表明:2018年台风生成频数偏多,生成源地偏东,南海台风活跃;...     

GRAPES_TYM改进及其在2013年西北太平洋和南海台风预报的表现

2013年国家气象中心对GRAPES_TYM进行了改进,包括集成GRAPES-Meso模式相关改进（即基础模式升级）、对流参数化过程由Simplified Arakawa-Schubert（简称SAS）升级为Meso-SAS,并对涡旋初始化方案进行优化。7个典型个例试验统计分析表明,基础模式升级可使72 h平均路径误差减小10%,在基础模式升级的基础上对流参数化方案的升级可使72 h平均路径误差减小20%,涡旋初始化方案的优化可使72 h平均路径误差进一步减小10%。基础模式的升级和对流参数化方案的升级对GRAPES_TYM的预报路径系统右偏有明显改进;基础模式升级对强度预报的影响不明显,Meso-SAS的应用对12~48 h强度预报的改善效果较显著,而台风初始化方案的优化可以减小6~24 h预报时段内的强度预报误差。2013年全年台风回算结果表明,升级后的GRAPES_TYM其48~72 h后的路径预报误差较准业务系统减小15%~20%,最大风速预报误差减小4%~16%。