近10年来台风预报的若干进展

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇近10年来台风预报的若干进展范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘 要 本文通过简单介绍卫星遥感资料，一种新型的适应性观测资料，NOAA海浪预报资料，聚类相似法在台风数值预报中的应用，三维变分同化中不同物理量对台风预报的影响，以及台风综合预报GDSS，指出了台风近10年来的预报进展。

关键词 台风 预报进展 数值预报

中图分类号：P458 文献标识码：A

0引言

在热带洋面上，每年生成的台风（或称热带气旋、飓风、热带风暴等）严重威胁着沿海地区居民的生命财产安全，甚至造成巨大损失。因此，做好台风的预报意义重大。由于海洋上观测资料稀少，使得仅根据常规观测资料而做出的客观分析结果，很难正确地反映出台风中心位置、强度及周围环境各要素场的分布，这给台风数值预报带来很大困难。提高台风预报准确率的主要障碍是资料问题，卫星遥感资料的应用为我们解决这一问题提供了一条可行之路。热带地区以对流性降水为主，对流性降水直接影响了大气中热量交换、水汽辐合等物理过程，然而海洋上缺乏常规观测资料，无法对数值模式的初始场进行订正。近年来，以TRMM（Tropical Rainfall Measuring Mission，热带降水监测计划）卫星为代表的微波观测降水取得了很大进展。卫星观测的降水数据广泛地被应用于台风的数值模拟、降水监测等许多领域，因此，热带海洋地区充分利用卫星反演的降水信息是改善模式的初始场结构的重要途径。本文从资料应用，预报方法，计算机技术在会商决策过程中的应用这3个方面，对台风的预报进展进行了简单的总结。

1卫星遥感资料的应用

将卫星遥感资料应用在台风数值预报中，并用变分调整方法对客观分析场进行变分调整，最终形成台风数值预报模式的初始场。台风数值预报模式采用 坐标系中通量形式原始方程组，垂直方向分为三层，水平方向采用三重嵌套网格方案，细网格随台风中心位置的变化而移动。

2三维变分同化中不同物理量对台风预报的影响

2.1 3D-Var原理

3D-Var方法实际上是最优插值方法的一般化。标准的变分同化的代价函数可以表示为：

（1）

其中，x表示控制变量，H表示非线性观测算子，yo表示观测量，B和R分别表示背景误差协方差矩阵和观测误差协方差矩阵，T表示矩阵转置，-1表示矩阵求逆。在气象上，代价函数可以定义为模式的解和观测资料的距离的某种范数，一般还有其他一些约束项。控制参数一般是初值，也可以是模式参数、边界值、外强迫，在弱约束的情况下还可以包括模式误差。目标泛函中Jb是控制参数与其背景值的距离范数，是观测与模式解的距离范数。将上式对x微分可以得到代价函数对于控制变量的梯度：

（2）

其中，H为线性化算子。给定一个初猜场xo，通常是xo+xb，最后的分析值可使用下降算法得到。如采用简单的最速下降法，则可表示为：

（3）

其中， 是一个正值的步长， 表示迭代次数。在不断的迭代收敛过程中，可以得到最优的分析值。

2.2云迹风资料的三维变分同化

首先分析不同通道和层次的静止气象卫星云迹风产品的误差特征；然后，把云迹风资料放到GRAPES三维变分同化系统中进行同化，通过将不同观测类型资料的同化结果进行对比，探讨了红外通道和水汽通道云迹风资料对数值预报分析场的影响；最后，把同化后的分析场作为初始场，用WRF模式对2002年“森拉克”台风做24小时预报实验。结果表明，不同通道和层次的云迹风资料具有不同的误差特征；云迹风资料可以提高分析场和预报场中风压场的质量；而且在台风预报试验中可以更准确地预报台风的路径和降水。

2.3 TRMM降水率资料的三维变分同化

在GRAPES（Global and Regional Assimilation and Prediction Enhanced System，全球/区域同化预报系统）三维变分同化系统的基础上，用改进的郭晓岚对流参数化方案作为观测算子，来同化TRMM（Tropical Rain2 fall Measuring Mission，热带降水监测计划）卫星反演的降水率资料。单点试验表明该方案通过调整背景场的水汽辐合和辐散的垂直结构，使得同化后观测算子计算的降水率更接近实况。对台风“杜鹃”（0313）的同化试验表明，该方案有效改进背景场的动力和热力结构，使台风的初始风场、降水结构更接近实况。通过控制试验和同化试验的对比，表明同化TRMM卫星降水率资料对台风的路径预报和降水预报都有改进。

2.4其余物理量的三维变分同化

采用NMC方法统计了2006年9月的背景误差协方差，利用Bogus资料对台风进行了初始化，并对2006年“桑美”台风进行了同化试验。结果发现，同化不同的Bogus资料，所得到的台风初始场各不相同，对台风预报的影响也各不相同。对海平面气压同化，可以使台风强度明显加强，形成成熟的暖心结构；基于风速同化，对台风强度的改变较弱，对暖心结构的改进不是很明显。在同化海平面气压和风速的基础上，针对相对湿度的同化，在一定程度上可以改善台风强度预报，有利于提高台风路径的预报精度。

3一种新型的适应性观测资料的应用

近年来，气象界提出了一个“适应性（或目标）观测（adaptive or targeting observation）”的新概念，它是根据数值预报的敏感区在现有的、固定的气象观测网基础上增加的、有目标的特别观测。下投式探空仪（Dropsonde）是适应性观测的重要观测仪器。利用我国新一代数值预报系统GRAPES，初步研究了应用热带气旋适应性观测的下投式探空仪探测资料对台风（2003年杜鹃台风）预报的影响，并进行了敏感性试验。结果表明，数值天气预报中增加下投式探空仪观测资料之后，对台风的移动路径、台风中心位置和强度，以及其它要素的预报都有所改善；敏感性试验还指出，下投式探空仪观测资料的误差结构设置对台风的预报也有明显的影响，该类观测资料在修正背景场的过程中权重并不是越高越好。

4台风综合预报GDSS的研究

GDSS（Group Decision Support System）是决策支持系统（Decision Support System， DSS）的重要研究分支之一，它利用通信技术，计算机技术，运用群决策理论与方法，促进具有不同知识结构，不同经验，共同责任的群体对半结构化，非结构化决策问题进行求解。传统的会商式台风综合预报存在以下不足：（1）参与者意见的集结问题；（2）会商要求参与者坐在PC前面；（3）缺乏客观预报专家的参与。针对这些不足提出了改进意见：针对参与者意见的集结问题，提出了融合有序综合评价和专家权值的群体偏好集结算法；针对会商要求参与者坐在PC前面的问题，引入了基于J2ME的手机专家；针对会商结论受主观因素影响较大的特点，引入了以各种客观预报方法为基础的客观专家。

5小结

数值预报中的初值处理，历来受到人们的重视。在初始化过程中对卫星遥感资料的处理变得十分重要，变分调整方法物理意义清楚，采用原始方程组为约束条件，能较好地描述风压场关系，调整后的初始场，尤其是在台风数值预报中，容易同预报模式相协调。

近年来云迹风资料的数量和质量有较大改善，很大程度上解决了海上资料不足的问题，对热带气旋的预报有很大帮助。然而，有关研究表明卫星风矢量偏差来自高度指定方法的不足和使用了欠佳的观测算子，通过高度再指定和修订观测算子，可以改善卫星风矢量的质量，提高预报技术。因而，如果进一步提高云迹风资料的质量，热带气旋预报将会有更大的改善。

聚类相似法是纯粹的统计学方法，依据充分，原理科学，不必分析复杂的大气环流背景，简单有效，尤其在路径预报方面准确度较高。

参考文献

[1] 杨联军，季晓阳，黄润恒，等.卫星遥感资料在台风数值预报中的应用[J].海洋预报，2001，18（4）.

[2] Bartello P， Mitchell H L. A continuous three-dimensional model of short-range forecast error covariance [J].Tellus， 1992，44A，217-235.

[3] 庄照荣，薛纪善.云迹风资料的三维变分同化及对台风预报的影响实验[J].热带气象学报，2004，20（3）.

[4] Krishnamurti N， Bounova L. An Introduction to Numerical Weather Prediction Techniques. CRC Press， 1996：154-162.

[5] 丁伟钰，万齐林，端义宏.TRMM降水率资料的三维变分同化及其对“杜鹃”台风预报的改进[J].大气科学，2005，29（4）.

[6] 刘磊，费建芳，程小平.三维变分同化中不同物理量对台风预报的影响[J].气象与减灾研究，2008，31（1）.

[7] 谭晓伟，陈德辉，张庆红.一种新型的适应性观测资料应用对台风预报的影响试验研究[J].热带气象学报，2006，22（1）.