全球热带气旋集合预报技术综述_沈越婷.pdf

全球热带气旋集合预报技术综述 沈越婷 1,2 钱传海 2 ( 1 成都信息工程学院，成都 610225；2 国家气象中心，中国气象局，北京 100081 ) 摘要:集合预报技术应用于热带气旋的数值预报研究起始于 1990 年代中期。而随着计算机性能的快速提高 和资料同化技术的发展，热带气旋集合预报在近 10 年来逐步投入业务应用。集合预报是减小因初始条件不 确定性、模式物理过程不确定性及模式不确定性对数值预报结果产生影响的有效方法。集合预报比单一预 报提供更多的经济效益。本文总结了四个中心的 TC 集合预报 ECMWF、NCEP、CMA 和 JMA 目前的 TC 集合预报 发展概况；对四家热带气旋集合预报的对比分析。 关键词：热带气旋，集合预报，不确定性，全球应用，研究进展 1 引言 热带气旋业务预报的核心支撑来自于数值预报。数值预报技术的发展，给预报员提供了 时效越来越长、准确性越来越高、表现形式越来越丰富的指导产品，推动了热带气旋业务的 快速发展。近 20 年来全球热带气旋路径预报取得了长足进步。中央气象台 24h 台风路径预 报误差和 20 年前相比减少了 80~100km，48h 路径预报准确率与 20 年前的 24h 预报准确率 相当，而 72h 路径预报准确率甚至高于 20 世纪 90 年代初 48h 预报水平（文献）。而在北大 西洋，1~3 天的飓风路径预报误差和 15 年前相比减少了 50%，4~5 天的误差和 10 年前相比 减少了 40%[1]。? 数值天气预报是现代天气业务的第一次革命，预报员正是站在数值预报这一“巨人”肩 膀上使得热带气旋路径预报稳步提高。然而，数值预报不是万能的，即便再好的数值模式有 时也会出现较大的偏差[2]2008 年的强台风“风神”、2010 年超强台风“鲇鱼”、2011 年超强 台风“梅花”、超强台风“南玛都”由于 ECMWF 等数值模式的确定性预报出现较大的系统 性偏差，导致预报员对台风登陆点的预报出现较大误差，引起较大的社会反响。? 大气的混沌特性表明大???状态的演变对初始场非常敏感，即便初始场的微小误差（这种 误差甚至小到预报员无法注意到）也可能导致完全不同的预报结果[2,3]。所以，对于单一的 确定性数值模式而言，即便拥有最好的初值，也永远无法做出完美的数值预报。针对这一问 题，Epstein[4]和 Leith[5]首先提出集合预报思想。相比确定性数值模式只进行一次数值积分而 言，集合预报就是对模式初始场加入一系列小扰动，然后再利用这些扰动初始场进行数值积 分，从而得出未来天气演变的多种可能性。除对初始场进行扰动外，一些集合预报系统还对 模式物理过程进行不同组合来开展集合预报（多物理过程集合预报），而另一些集合预报系 统则采用多个模式进行集合（多模式集合预报系统）。? 集合预报是减小因初始条件不确定性、模式物理过程不确定性及模式不确定性对数值预 报结果产生影响的有效方法。集合预报系统通常包括一个与集合预报成员具有相同分辨率， 但是没有进行初始扰动和模式扰动的控制预报，也有个别的集合预报系统完全有集合成员组 成。集合预报能提供比单一确定性模式更为丰富的信息。如果不同的集合成员做出的预报非 常相似，无疑就会增强预报员的信心，如果不同集合成员给出的预报非常发散，那就预示着 未来天气发展具有较多不确定性。不同用户在根据集合预报结果进行决策时要比使用单一预 报得到更多的经济效益[6]。? 在前期研究探索和数值试验后，美国国家环境预报中心(NCEP)[7,8]和欧洲中期天气预报中 心(ECMWF)[9]于 1992 年 12 月率先建立了各自的全球集合数值预报业务系统。集合预报已越 来越广泛应用于短期和中期天气预报以及短期气候预测业务，集合预报的业务化应用是现代 天气业务的第二次革命。? 集合预报技术应用于热带气旋的数值预报研究起始于 1990 年代中期[10]。而随着计算机 性能的快速提高和资料同化技术的发展，热带气旋集合预报在近 10 年来逐步投入业务应用。 200