高斯过程回归方法在浙江沿海海岛冬春季阵风预报中的应用试验

利用2006—2016年冬春季浙江四个海岛气象站10 m大风观测资料和ERA-interim资料,首先分析了阵风因子和阵风风速的概率分布特征;然后统计阵风与10 m至500 hPa层的气温、风速、散度、涡度、比湿、垂直速度、浮力能等要素的关系,选取高相关的预报因子;最后采用高斯过程回归方法建立阵风概率预报模型,并进行试报。(1)平均风速相同时对应的阵风因子变化较大,导致阵风也出现大的差异,说明阵风数据分布具有混沌性;阵风风速具有正态或准正态分布特点,在自然对数处理后完全符合正态分布,表明采用高斯过程回归方法建立阵风概率预报模型合理可行。(2)阵风与大气低层的动力因子相关较好,而在近中层则与热力因子相关较好。(3)阵风大值样本在大气低层具有更强的下沉速度,有利于上层动量向下输送,且大值样本对应的中层气温和比湿相对大些,说明中层暖湿气流有利于湍流的发展和不稳定能量的交换。(4)试报模型的因子权重尺度分析表明,最佳预报因子绝大多数集中在875 hPa层以下,说明大气低层因子对近地面阵风起主导作用。(5)高斯过程回归模型试报表明,大部分站点阵风预报的50%概率区间上下界跨度约为2.5 m/s,75%概率区间跨度约为4.5 m/s,样本的50%和75%概率区间击中率均符合预期。      

浙江沿海台风阵风系数的影响因子分析

利用2004—2015年影响浙江海岛的台风及沿海气象站资料,分析台风阵风系数与平均风速、台风强度、测站高度、岛屿位置、台风与测站之间距离、台风象限和月份等因子的关系。结果表明,当平均风速较小时阵风系数的均值和波动幅度较大。在相同风速情况下,台风中心强度较强时的阵风系数会大些且其变化幅度随高度增大;而台风强度较弱时的阵风系数随高度变化不明显。最大阵风系数一般出现在台风与测站距离为150~250 km的区域内。台风第一和第四象限不仅其影响风力明显比第二和第三象限的强,且阵风系数变化幅度也较大。近海岸岛屿测站的阵风系数比远海岸岛屿测站要大。9月阵风系数波动范围比7—8月的小。从台风的自身环流来看,中低层的高度场、垂直速度场和湿度场等因子与阵风系数相关密切。      

我国近海阵风预报研究

利用2021年1—12月实况观测数据及ECMWF确定性模式24 h预报数据中的中低层风速与温度产品,采用支持向量机回归方法构建我国近海阵风预报模型,以提升海上阵风预报服务能力。利用2022年1—9月数据进行独立样本检验,通过与阵风系数法的对比检验得出以下结论：不同高度层的风速及温度或垂直风速及温度的变化均会对阵风预报产生影响,因而造成仅考虑模式10 m风速预报的阵风系数法在某些情况下对于阵风的高估或低估。在阵风系数法的基础上加入高空气象要素信息所构建的预报模型,能够取得更好的预报效果。对于9级阵风,该模型的预报准确率为50%,明显高于阵风系数法的30%,对不同海域的大量级阵风同样具有较好的预报效果。在ECMWF确定性模式的10 m风速预报与实况存在一定偏差时,考虑了高空要素信息的支持向量机回归预报模型的阵风预报结果较阵风系数法更接近实况。     

用概率圆法决策台风预报路径

在分析了国内外台风预报实际业务流程的背景下，设计了一个业务上实用的概率圆客观综合决策台风路径预报的决策模型。采用了以误差概率圆的重叠区为导向的新的客观综合决策路径预报方法，对综合利用各种路径预报方法，自动客观地决策做了新的尝试。在软件设计上解决了自动判定，抽取客观决策参考点的技术难题。检验效果证明它优于一般的回归决策水平。     

一种公平技术评分方法在台风业务预报评估中的应用

将离散变量分级预报的公平技术评分方法引入台风路径业务的预报评估中，对１９８９－１９９１年的台风业务预报作评估试验，结果表明，该方法量客观，不但可用于台风分类预报评估，也可对台风移向移速预报进行客观评估。     

一种北上台风路径预报方法

根据气象台实际业务需要,对历年北上台风路径进行分析总结,从天气学角度分析了台风未来路径与对流层上层温度场（或厚度场）的关系,目的是解决北上台风路径预报问题,并对2005年9号台风“麦莎”做了检验,提出台风的趋暖运动是对流层上层增暖现象,对流层上层增温极值曲线是台风未来的移动路径。     

台风“山竹”登陆前后广东沿海珠三角机场阵风预报方法研究

利用WRF模式对1822号台风"山竹"的登陆过程进行数值模拟试验,分析台风产生的大风特征,比较不同的阵风参数化方法在机场大风预报中的效果,结果表明:(1)试验基本模拟出了台风的路径和强度变化过程,模拟的珠三角机场平均风速大小和变化趋势与观测非常接近。(2)地面最大风速区出现在距离台风中心大约50-100km的位置上,垂直方向上风速从低层到高层逐渐减小,湍流动能的大值区集中在1.5km以下的边界层内。(3)台风登陆过程中广州、深圳和珠海机场的平均阵风因子分别为1.45、1.51和1.46,且随着平均风速的增大,阵风因子有减小的趋势。(4)基于湍流动能的阵风参数化方案在珠三角机场阵风预报中效果最好,平均预报误差只有3.9m/s,可以考虑应用到台风天气过程中机场阵风的业务预报。     

南昌市降水概率预报方法研究(一)

主要介绍了降水概率预报的事件概率回归方法,1997年试用表明这种方法有一定的参考价值。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

四论灾害系统研究的理论与实践

为了提高广西台风防减灾业务的时效性和精准度,基于自然灾害风险评估理论和方法,根据2010年广西生态遥感本底数据和社会经济空间化数据、地理信息数据,构建耦合自然生态和社会经济的台风灾害承灾体脆弱性指标体系,运用基于GIS的风险指数法,建立台风灾害承灾体脆弱性评价模型,实现了像元尺度的广西台风灾害承灾体脆弱性精细化评价。结果表明:广西台风灾害承灾体高脆弱区域主要分布在桂南、桂东南高暴露于台风灾害的建设用地和生态易损农用地、水土流失严重的裸地,占全区面积的25.9%;低脆弱区主要分布在桂东、桂东北、桂西北、桂西社会经济落后和植被覆盖度较高的山区,占全区面积的45.6%。

     

用支持向量机方法做登陆热带气旋站点大风预报

将支持向量机（SVM）回归方法应用于在登陆热带气旋影响下,每天00、06、12、18 UTC 4时次2分钟平均的站点风速预报。从2002-2007年热带气旋本身强度、站点地形情况和站点附近高低空环境场要素,设计相关因子,建立了4种预报模式,其中模式4的风速拟合误差的标准差为1.591 m·s~（-1）。用2008年8个登录热带气旋做独立样本检验,预报风速与实际风速的平均绝对值误差为1.750 m·s~（-1）,标准差为2.367 m·s~（-1）。结果表明,在适当的样本截取和预报因子选取后,SVM方法建模的风速预报48小时内效果较好。     

概率匹配订正法在湖北襄阳地区降水预报中的应用

数值预报产品在天气预报预警中有着重要的作用。2016—2020年汛期ECMWF模式预报降水与湖北襄阳区域站观测降水的对比分析表明：ECMWF对中雨及以上降雨的预报，第1、2天预报偏小，而第3天预报偏大；三个预报时段强降雨中心位置偏差无规律。为了更好地对ECMWF产品进行释用，提高汛期降水预报准确率，从概率匹配角度研究了不同降水量级订正值，并对2021年汛期ECMWF降水预报进行逐日检验。结果显示：概率匹配订正法可有效地改善模式预报性能，对中雨及以上降雨预报均有良好的订正效果，尤其对第1天暴雨预报改进最为明显。228站平均的TS评分提高了6个百分点，由11.1%增加到17.1%，漏报情况改良了13.5个百分点，由85.0%降为71.5%。采用该订正法开展定量降水预报，由于增加了当地降雨概率分布的背景信息，能表现出比原模式更高的参考价值。     

区间概率函数在晋城市降水概率预报中的应用研究

本文主要应用区间概率函数转换预报因子，经过相关比筛选。进行因子回归，构建分量级降水概率预报方程，同时应用T213L31数值预报产品统计释用方法，结合最优子集回归构造分时刻预报方程，最后进行概率预报。我们根据晋城气候区划，设计平川和山区两种降水概率预报方程。为晋城市开展降水概率预报提供了基础。