国家气象中心台风数值预报系统的发展

回顾了自“八五”科技攻关以来国家气象中心台风数值预报业务系统的发展历程,包括我国第一代区域模式台风数值预报系统、全球谱模式台风数值预报系统以及中国气象局自主发展的GRAPES全球模式及区域台风数值预报系统。比较不同时期台风数值预报系统的关键技术特征和预报性能,重点介绍GRAPES区域台风模式的主要技术成果,并对国家级台风数值预报系统未来5年的发展进行展望。

卫星遥感资料在台风数值预报中的应用

本文将卫垦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σ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。

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。

FY-2E晴空风矢同化对台风分析和预报的影响研究

为了研究"二阶差分法"反演的晴空区风矢同化在台风分析和预报中的作用,以1509号台风"灿鸿"和1211号台风"海葵"为例,首先利用WRF-3DVAR系统对晴空风矢进行同化,探讨了晴空风矢的引入对模式初始场的影响。然后利用WRF模式对两个个例分别进行48 h的预报试验。通过对比控制试验和同化试验,结果表明,同化晴空风矢资料能够对初始风场和位势高度场进行合理的调整,在台风周围引导气流的作用下,台风路径与实况更靠近,从而提高了台风路径的预报效果。除此之外,同化晴空风矢对台风强度以及风场预报也有一定的改善作用,还可更准确地预报出降水的落区及雨强,提高降水预报质量。因此,晴空风矢的引入,有利于改善模式的初始场,从而提高WRF模式对台风的预报能力。

全球数值模式中的台风初始化Ⅱ： 业务应用

中国国家气象中心基于全球数值模式、采用人造bogus涡旋初始化方案建立起来的台风数值预报业务系统是独立于全球资料分析同化—预报循环过程来运行的。实际上,台风涡旋是全球数值预报中一个重要的、密不可分的中尺度系统,台风的正确描述会对周围的大尺度形势预报产生积极正面的影响,而这种影响反过来也会反馈到大尺度环流对台风移向移速的变化上,陈旧的台风初始化方案和不合理的台风数值预报业务系统流程已经严重阻碍了中国台风数值预报业务水平的进一步发展。最近,中国国家气象中心利用新开发的台风初始化方案、基于全球数值模式建立了新一代的台风数值预报业务系统,相比于旧系统而言,新系统巧妙地将台风初始化过程与全球资料分析同化—预报循环系统融合在了一起,这使得改进目前台风路径数值预报效果成为可能。应用新的台风数值预报系统,文中对2006年生成于西北太平洋23个不同类型的台风进行了连续数值试验,统计分析表明,新系统在改进台风路径预报效果上有了不俗的表现,相比于业务使用的人造bogus涡旋方案而言,120 h预报时效内的平均路径误差有了十几公里到上百公里的下降。该系统在2007年台风季节投入了实时试验运行,并取得了令人惊喜的预报效果。

不同物理过程参数化对模式台风的影响及其动力结构的研究

文章介绍了国家气象中心的台风路径数值预报模式（以下简称台风模式），在不同物理过程参数化下的数值试验及其结果的诊断分析．对１９９２年第１０号热带气旋和１９９６年第８号热带气旋个例的数值试验结果表明，该模式能较好地预报热带气旋移动路径和登陆地点，且考虑复杂物理过程的台风模式较简单过程的模式能更好地描述热带气旋中心附近高低层的热力状况．研究还发现，５００或７００ｈＰａ湿位涡第一项ＭＰＶ１负值中心的绝对值大小的变化可反映热带气旋的强弱；且８５０ｈＰａ上升运动最大中心的位置对未来６～１２ｈ热带气旋的移向有较好的指示作用．通过对热带气旋中心附近三维热力结构及流场配置分析发现，强上升运动→暖湿空气凝结→潜热释放→气温上升→高层辐散流出→地面气压下降→低层辐合→上升运动加剧的正反馈机制可能是促使热带气旋向辐合上升区移动的动力原因．

AREM中尺度大气模式与海浪模式双向耦合预报试验

利用中尺度大气模式AREM与国际上比较成熟的海浪模式WAVEWATCH-III进行双向耦合,应用管道通信技术建立区域中尺度大气-海浪耦合模式预报系统,充分考虑中尺度海-气间的相互作用,即大气低层风场驱动海浪并影响海浪状态变化,海浪通过与波龄密切相关的海表粗糙度和海洋飞沫来改变海气间动量、感热和潜热交换从而实现对大气的反馈。文中利用该耦合预报系统对发生在东南沿海的"威马逊"台风过程进行数值试验,重点分析海表粗糙度和海洋飞沫两个耦合因子对台风数值预报的影响。主要结论是:在台风高海况下,海浪引起的海表粗糙度和海洋飞沫的增加对台风数值预报影响均较为显著。海表粗糙度加大了海气间动量通量(摩擦作用),其阻碍台风的发展,但对台风路径预报影响不大;海洋飞沫贡献的感热和潜热为台风发展提供能量,从而使台风强度增强,降水显著增加,并使台风路径预报更加接近实况;两者共同的作用,使台风强度增强,台风路径预报也更为合理。