基于循环神经网络的西北太平洋台风路径预测

西北太平洋是全球台风高发区域之一,我国每年受登录台风影响,造成沿海地区发生狂风、暴雨和风暴潮等灾害性天气,准确预测西北太平洋台风路径对我国防震减灾意义重大。基于循环神经网络的多元时间序列预测模型,以处理好的包含中国气象局(CMA)台风最佳路径数据集和欧洲中期天气预报中心(ERA5)数据集两种资料的多元时间序列数据为样本,训练3种循环神经网络并预测未来6、12、24 h的热带气旋(TC)中心位置。结果表明,预测失效为24 h时利用长短期记忆神经网络(LSTM)模型预测E值为173.15 km,误差要远小于门控循环神经网络(GRU)模型和循环神经网络(RNN)模型,认为利用LSTM网络对未来24 h TC中心位置的预测具有可行性和参考价值。

基于集合预报优选台风路径订正技术的广西风雨预报研究

利用2017—2019年欧洲中心全球集合预报数据以及中国气象局热带气旋资料中心的最佳路径数据集,基于统计分析和集合预报释用技术,对影响广西的台风路径预报提出一种实时订正技术。通过优选N个误差较小的集合预报成员,生成台风路径订正产品、台风概率匹配平均降水产品和台风大风合成分析产品。结果表明,利用优选集合成员的算术平均模型预报台风路径比集合预报平均、确定性预报效果改善,且预报时效越长,改善效果越明显,24 h、48 h时效的台风路径预报误差比集合平均减小4 km和6 km,比确定性预报减小5 km和19 km;优选集合成员的概率匹配平均降水产品,在一定程度上能改善传统的集合平均降水产品,特别是对大暴雨落区预报,36 h、60 h时效大暴雨TS评分较集合平均提高10%和12%;优选集合成员的大风合成分析产品,能预报出台风影响时极大风区移动、增强、减弱的态势,36 h时效6、7、8级以上极大风的TS评分较集合平均提高18.3%、15.7%、13.4%,对9~11级以上的极大风有一定的预报能力。

基于BDA扰动法的台风路径集合预报试验研究

提出一种新的方法(BDA扰动方法)对台风路径进行集合预报。BDA扰动方法是基于BDA同化方案,通过扰动台风的中心位置和台风强度得到一系列模型台风,将之分别同化到同一环境场中得到一系列扰动初始场,从而对台风进行集合预报的方法。本文选取四个台风个例进行数值试验,将直接用BDA方案同化初始场的模拟结果与采用BDA扰动方法模拟的结果进行比较,发现:利用BDA扰动方法对台风路径进行集合预报能进一步提高路径预报精度;同时发现:对于BDA扰动方法,若与初始定位扰动相结合,5hPa的台风强度扰动幅度可能比10hPa的更适宜。

我国台风路径业务预报误差及成因分析

利用2005 2009年中国气象局(CMA)提供的西北太平洋(包括南海)台风路径业务预报资料,比较了各类型台风路径、台风登陆位置及登陆时间的预报误差,登陆台风不同阶段以及华东登陆和华南登陆台风的路径预报误差。结果表明:CMA在2005 2009年的路径预报水平与1999 2003年的相比有了显著提高。平均南海台风预报误差大于西北太平洋。异常路径台风主要出现于南海,三个预报时效(24、48和72 h)异常路径的预报误差平均都小于正常路径。将登陆台风分为远海、登陆期间和登陆后三个阶段,显示登陆期间台风预报误差最大,同一阶段华南登陆台风的预报误差大于华东登陆台风。台风登陆位置在24、48和72 h预报时效的平均预报误差分别为71.1、122.6和210.6 km,48和72 h台风实际登陆时间有70%早于预报时间,平均分别提早8和12 h。比较大尺度引导气流与台风移动的偏差及24 h路径预报误差,得到南海三种典型登陆台风路径的大尺度引导气流与台风移动的偏差及其与路径预报误差的关系不一样,即误差成因不同。南海倒抛物线型的大尺度引导气流与台风移动的偏差最大,其预报误差最小;西一西北型的大尺度引导气流与台风移动的偏差最小,其预报误差最大,可能与大尺度环流预报准确性差有关。登陆华东的预报误差小于登陆华南台风的预报误差,这与台风登陆华南时其大尺度引导气流和台风移动的偏差大于登陆华东的台风有关。

积云参数化和微物理方案不同组合应用对台风路径模拟效果的影响

利用美国国家环境预测中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)和国家大气研究中心(NCAR)联合研发的天气研究和预报模式(Weather Research and Forecasting Model,WRF),研究了不同积云对流参数化方案和微物理过程方案对0514号台风"彩蝶"路径的影响。结果表明,积云对流参数化方案对台风路径影响较大,KF方案比BM方案能更好地模拟出台风路径;使用KF方案时,选择微物理方案比不选微物理方案对于台风路径有更好的模拟结果,其中,Ferrier、WSM6和Lin非常接近于实况;KF方案较好地模拟出副热带高压(简称副高)的西伸和东退的变化以及台风环流的风场分布和强度。

越赤道气流准双周振荡对西北太平洋台风路径的调制作用

利用美国联合台风预警中心(Joint Typhoon Warning Center,JTWC)热带气旋(tropical cyclone,TC)数据、NCEP/NCAR再分析风场资料,研究了越赤道气流准双周振荡对西北太平洋台风路径的调制作用。将西北太平洋台风路径划分为:西行路径、西北行路径、转向登陆中国路径、转向中日之间路径、转向登陆日本路径、转向日本以东路径和140°E以东路径。利用超前滞后回归方法,合成分析了6—10月不同路径台风对应的越赤道气流准双周振荡的低频环流演变过程。结果表明,925hPa越赤道气流及与其相联系的经向风存在明显10～20d准双周振荡现象,且对西北太平洋台风路径预报具有一定的指示作用。在西太平洋赤道地区,低频越赤道气流强度、演变特征影响着西北太平洋低频气旋的位置和移动方向,调节风场强辐合带与季风槽的位置与强度,继而对台风生成位置、移动路径产生重要的影响。初步认为,强向北低频越赤道气流分量有利于北侧低频气旋加强和向北传播,继而使得强辐合带、季风槽位置偏北,台风易于在此区域生成且沿着强辐合带位置移动,而弱向北低频分量或向南低频分量则不利于台风转向移动。

一种台风路径相似检索的算法研究

台风路径可视为二维平面上的一段曲线,根据两条台风路径曲线的相似离度可以判断其数值相似和形态相似的程度。由于直接应用台风基本资料进行相似离度计算有一定的难度和局限性,需要研究利用相似离度原理判断两条台风路径曲线相似程度的计算方法。按照设计的算法处理台风基本资料,可以确定两条台风路径曲线上的对应控制点,得到两条曲线对应控制点之间的距离和距离偏差的方向,最终只需在一个方向计算相似离度就能直接分析两条曲线的相似性。对相似台风进行检索的实例表明,该算法是可行的,能够从台风基本资料库中检索出与当前台风路径最相似的台风个例。

大气季节内振荡对西北太平洋台风路径的影响研究

台风路径一直是天气预报的难点之一。本文研究了大气季节内振荡(ISO)对西北太平洋台风路径的影响,指出大气ISO对台风路径预报有重要参考意义。细化传统台风路径的划分方法,将台风路径进一步分为5种:西移型、西北移型、日本以西型、日本登陆型、日本以东型。分别对不同路径的台风所对应的低频流场进行超前滞后合成分析,发现台风生成时850hPa低频气旋的正涡度带走向往往预示着台风的未来走向,200hPa低频环流形势,意味着上层引导气流的方向,对台风的路径也有一定的指示作用。低频流场演变特征表明,大气ISO在对流层低层到中层通过低频气旋或低频反气旋的环流形势影响季风槽及副热带高压的位置和强度,从而影响台风的活动。低频气旋的作用使台风易于沿着低频气旋的正涡度带移动。菲律宾以东热带地区生成的低频气旋的加强有利于季风槽的加强和东伸,另外,它的经向北传对副热带高压的位置也有影响。在副热带地区存在大气ISO流型以低频波列的形式向西传播,对副热带高压的季节内时间尺度东西振荡有重要作用。热带与副热带地区大气ISO的共同作用,对台风路径有决定性意义。初步认为,对于西移路径和西北移路径,热带大气ISO的影响起着更为重要的作用;对于日本登陆型和日本以东型路径,副热带大气ISO的影响起着更为重要的作用。大气季节内振荡的环流场可以作为台风路径预报的依据之一。

FY-2E云迹风资料的高度调整对“灿都”(1003)台风路径数值预报影响的研究

首先分析了FY-2E云迹风资料在不同高度上的分布,并利用背景场信息对云迹风资料的高度进行整体调整,然后进行数值对比试验,即将高度调整前和高度调整后的云迹风资料分别同化到GRAPES-3DVAR系统中,比较分析同化这两种资料对2010年7月21日0000 UTC—23日0000 UTC的台风路径预报的影响。结果表明,在垂直方向上,500 hPa以上才有云迹风资料,大约在300 hPa的资料最多;文中提出的重定高方法能有效地重新调整云迹风资料的高度,调整后的云迹风分布没有明显的矛盾,分布合理;同化重定高后的云迹风资料后,尤其是水汽通道的云迹风资料,能合理地对初始风场进行调整,使"灿都"台风周围的引导气流有利于其向实测路径靠近,进而有效改进台风路径预报。

青藏高原高空流型对西太平洋台风路径影响的诊断分析

利用观测研究，动力诊断分析等手段，从上下游效应、中低纬相互作用的角度来探讨青藏高原高空天气系统的变化与西太平洋台风运动两者之间的关系．１９７０～１９９５ 年２５ 年间的统计结果表明，青藏高原高空流型与台风路径有如下关系：高原高空５００ ｈＰａ 为低值系统控制时，有利于台风西行；反之，高原高空５００ ｈＰａ 为高压时，近海台风往往转向．动力诊断分析的结果揭示了高原上空系统影响下游系统的物理机制，即高原上游扰动动能的传递使得下游的槽发展，并进一步影响台风的引导气流．高原脊的存在，使得涡动动能的输送通道偏北；高原上为槽时，涡动动能的输送通道偏南．高原槽前的南风和台风东侧南风将低纬度的低位涡输入副热带高压，有利于副热带高压的发展，影响台风运动，体现了中低纬相互作用对天气系统的影响．

最优决策法在台风路径集成预报中的运用

关于台风路径的预报方法很多, 但没有一种方法预报的准确性占绝对优势, 为此提出了一种集成方法——最优决策法, 将几种性能较好的预报方法进行集成。经初步预报试验, 效果较好, 其预报误差均比其它方法小。

南海台风路径预报CLIPER模式

基于南海（113°─123°E，10°─25°N）台风的气候学、持续性和一些组合因子，根据与未来的经向、纬向位移的回归分析，发展了一种预报台风路径的气候与持续的（CLIPER）模式。并建立了一组从24小时到120小时的预报台风路径经、纬向位移的预报方程，同样，根据台风前24小时移向的分组，建立了分类样本预报方程，对非独立样本和独立样本试报表明，分类样本方程比全样本方程有更高的精度，无论对于全样本模式还是分类样本模式，平均预报误差均小于国内、外同类模式。特别值得指出的是，在每个预报时次中，台风的经向位移对其纬向位移有较强的影响，而且，在纬向位移预报方程中，经向位移总是作为前几个因子被入选，因此，CLIPER方法为沿岸海洋台站和气象台站以及远洋船舶预报台风路径提供了一种简便易行的技术。

应用卫星云导风进行台风路径预报试验

在国家气象中心台风数值预报业务系统中引入国家卫星气象中心提供的卫星云导风资料，进行三项预报试验．首先用卫星云导风资料厂正客观分析风场；其次将云导风资料加人到输对称的人造台风模型风场上，使之产生非对称风场、在前两项试验的基础上进行相应的质量场调整，使之形成较协调的客观分析场和非对称的人造台风模型。试验结果表明：卫星云导风资料订正客观分析风场对台风路径预报有明显改进；用云导风形成人造台风模型非对称风场对台风路径预报也有所改进；对订正后的客观分析场进行质量场调整可进一步提高台风路径预报的精度，而对非对称人造台风模型进行质量场调整，对减小台风路径预报误差作用不明显。

2009年夏季西太平洋台风路径和强度的多模式集成预报

基于TIGGE资料中的中国气象局、欧洲中期天气预报中心、日本气象厅和英国气象局等四个中心的2009年5月1日—8月31日台风预报资料,利用多模式集合平均、消除偏差集合平均和加权消除偏差集合平均等方法,对2009年8月1—31日预报期的西太平洋的台风路径和强度(中心气压)进行24～72 h预报时效的多模式集成预报,并对0907号台风"天鹅"和0908号台风"莫拉克"进行个例分析。结果表明:各中心对于不同时效的预报,预报技巧有明显差异。消除偏差集合平均与加权消除偏差集合平均显著地减小了预报误差,预报效果优于最好的单个中心预报和多模式集合平均。对于24～72 h预报,加权消除偏差集合平均方法始终表现出最好的预报性能。

广西沿海港湾风暴潮增减水与台风路径和地形效应的关系

通过资料分析表明 ,广西沿海港湾风暴潮增减水分布趋势是湾内大 ,离岸递减。增减水受台风路径和地形效应的影响显著 ,但不同台风路径和港湾地形引起的风暴潮增减水值差异很大。

一种分析台风路径预报误差的新方法

台风路径预报误差应包括距离误差和方向误差两个方面,而在以往的业务应用和科学研究中偏向于只考虑对应时刻预报和观测位置点间的距离误差。本文对评估台风路径误差的方法进行了改进,在距离误差基础上建立了一种新的表征台风路径误差的方法——多因子误差法。本文以中国气象局整编的热带气旋最佳路径数据为标准,对2008和2009年中国气象局、美国台风联合预警中心和日本气象厅预报的西北太平洋热带气旋路径,采用新的表征热带气旋路径预报误差的多因子误差法进行分析,并与普遍采用的距离误差法进行对比,结果表明:多因子误差分析方法和距离误差分析方法存在比较明显的差异,多因子误差法优势比较明显。本文是对更科学的台风路径预报误差评定方法的有益探索,有一定的参考价值。

台风路径集合预报试验

基于T63L9模式,利用BGM法进行了台风路径的集合预报试验,并对集合预报中的一个关键技术—繁殖长度进行了研究。结果表明:相对于控制预报,利用增长模繁殖法制作的集合预报对台风路径预报的技巧水平有了很大提高。集合预报中采用不同的繁殖长度对台风路径预报效果有一定影响。繁殖长度取2 d和3 d集合预报效果相对于控制预报都有很大提高。繁殖长度取为2 d时,集合离散度较小,取为3 d时较合理,取为4 d时,离散度较大。对台风路径的预报采用集合选择平均后,繁殖2 d和繁殖3 d的集合预报系统的预报效果都优于控制预报。从综合集合预报效果分析,繁殖长度取为3 d更合适。当集合预报中繁殖长度取为3 d时,在预报的前3天,台风路径集合预报误差基本维持在100 km,第4天误差也只接近300 km。相对于控制预报,集合预报的改进率在预报的2～4 d基本超过了60%,甚至可达到70%。

东海台风路径预报的CLIPER模式

本文提出了东海台风１２４～７２小时路径ＣＬＩＰＥＲ全样本预报模式和ＣＬＩＰＥＲ分类预报模式，特别是设计了一套根据运动台风不断变化的区域及其前期运动趋势而采用不同的预报模式和预报方程的方法．五年２８倒台风的试报表明，２４、４８、７２小时预报误差分别为１Ｉ９，２１５，３２９海里，精度明显高于国内外类似模式，而且该方法简便、易行，适合于海洋预报台和气象台站作台风路径的客观预报，特别是可作为配有ＩＢＭ微机的远洋船舶从事船上气象导航时的台风路径预报工具．

船用台风路径和强度预报方法

改进了船用台风短期预报方法并提出了一种中期预报的新方法。前者通过增大样本和扩大海区范围，分别对东海、南海和西北太平洋海区建立６ｈ～７２ｈ的ＣＬＩＰＥＲ路径预报方程。后者通过联合应用逐步回归、相似离度、数据库和最小二乘法来预报台风６ｈ～１４４ｈ的路径和强度。结果表明，改进方法效果明显，可成为船用台风短期路径预报的基本方法；新方法能有效预报台风中期趋势、衰亡时间，还对异常台风有一定预报能力；预报精度较高，且操作简便易行。

卫星云图资料在台风路径相似预报中的应用

本文应用相似预报的原理和方法,结合常规气象资料(NCEP分析资料),试验了用卫星探测的灰度场资料作台风移动路径的定量预报。结果表明,通过计算灰度场的相似离度,可以有效地定量描述台风非对称性结构的相似性,并能较准确地预测其未来的移动路径。