鐘 元，滕衛(wèi)平，胡 波，黃新晴，滕 舟，董美瑩

（1.浙江省氣象科學(xué)研究所,浙江杭州 310017；2.浙江省氣象信息中心，浙江杭州 310017；3.浙江省氣象臺，浙江杭州 310017）

1 引言

研究臺風(fēng)路徑的文獻(xiàn)已很多，但當(dāng)前仍沒有可供業(yè)務(wù)使用的熱帶氣旋中期路徑路徑的預(yù)報方法，這除了因為臺風(fēng)中期路徑本身的復(fù)雜（是大尺度天氣系統(tǒng)與中、小尺度天氣系統(tǒng)，低緯天氣系統(tǒng)與中、高緯天氣系統(tǒng)及環(huán)境場、臺風(fēng)環(huán)流與局地條件等多種因素相互作用的結(jié)果[1-9]）外，還因為臺風(fēng)中期過程的時間尺度可從72 h延續(xù)至5—7 d，這就使得臺風(fēng)過程在時間和空間尺度都過于復(fù)雜，以致人們難以精確確定臺風(fēng)中期過程機制及其關(guān)鍵因素，對熱帶氣旋中期過程的維持和衰減機制仍不很清楚，因此也難以提高預(yù)報準(zhǔn)確率。由于目前對熱帶氣旋中期路徑的直接預(yù)報仍有困難。因而，我們在此考慮應(yīng)用間接預(yù)報的方法來解決這一問題。間接預(yù)報比較有效的一種方法是相似預(yù)報。

20世紀(jì)60年代末，Hope和Neumann提出了一個熱帶氣旋路徑的相似預(yù)報方法HURRAN模式[6-8]此后國內(nèi)有人提出了該模式的國內(nèi)改進(jìn)方案和其它相似預(yù)報方案[9]。這些方法均以預(yù)報時刻熱帶氣旋初始參數(shù)（時間，位置，移向移速等）為判據(jù)，對歷史熱帶氣旋進(jìn)行篩選找出相似熱帶氣旋，再以相似樣本歷史路徑的平均得到預(yù)報路徑。

這些方法的不足之處一是在尋找相似時，未考慮環(huán)境場對熱帶氣旋運動作用。而眾所周知，環(huán)境場的引導(dǎo)作用對熱帶氣旋的移動是至關(guān)重要的。不足之二是未考慮未來環(huán)境場的發(fā)展變化對熱帶氣旋運動的影響。不考慮動力作用，僅以慣性運動作持續(xù)性預(yù)報有悖事實，而初始狀態(tài)的相似并不意味未來的發(fā)展也一定相似，因而難以進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測。不足之三是這些方法依靠篩選而得到的相似樣本沒有在相似程度上進(jìn)行量的比較和區(qū)別，只能以等權(quán)重平均得到預(yù)測結(jié)論。由于這些問題難以克服，所以這些方法的預(yù)報效果不甚理想。

20世紀(jì)90年代國外發(fā)展了一種TRANTECH（熱帶天氣相似技術(shù)）預(yù)報模式，把熱帶氣旋路徑的數(shù)值預(yù)報結(jié)果引入相似預(yù)報，間接使用現(xiàn)時大氣動力場，稱為“準(zhǔn)動力系模型”。由于當(dāng)前熱帶氣旋路徑的數(shù)值預(yù)報的預(yù)報時效尚不超過48 h，預(yù)測的精度也不高，因而該模式的預(yù)報效果比作為基準(zhǔn)的CLIPER方案差，在其升級之前的預(yù)報無預(yù)報技巧[10-11]。

不久前筆者提出了一種綜合考慮初始和未來時刻環(huán)境場影響的熱帶氣旋路徑的動力相似預(yù)測方案，在預(yù)報熱帶氣旋路徑顯示了一定的技巧[12-14]，可作為預(yù)報熱帶氣旋中期路徑的借鑒。

2 樣本和相似時域

對西太平洋熱帶氣旋歷史樣本的選取標(biāo)準(zhǔn)為：0°—60°N，90°—180°E 范圍內(nèi)的強度為熱帶風(fēng)暴以上（含熱帶風(fēng)暴、強熱帶風(fēng)暴、臺風(fēng)、強臺風(fēng)和超級臺風(fēng)），且生命史超過120 h的熱帶氣旋個例，從1949—2010年共有1149個熱帶氣旋歷史樣本。每個樣本的熱帶氣旋參數(shù)（時間，位置，中心氣壓及近中心最大風(fēng)速）取自臺風(fēng)年鑒和熱帶氣旋年鑒，環(huán)境場資料取自美國NCEP/NCAR的再分析逐日6 h資料，預(yù)報場資料取自歐洲中心ECMWF及北京氣象中心的T639 gsi數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品。2008—2010年的熱帶氣旋26例作為預(yù)報樣本，資料來源同歷史樣本。

環(huán)境場的相似區(qū)域根據(jù)因子的特點取了兩個范圍：對于大尺度天氣形勢，如中層高度場、高層流場等取固定的范圍：0°—60°N，90°—180°E，分辨率為2.5°×2.5°；為反映臺風(fēng)移動的特征，對低層環(huán)流、中層引導(dǎo)場、垂直運動等環(huán)境場取移動區(qū)域：以臺風(fēng)中心為中心，南北距中心10個緯度，東西距中心10個經(jīng)度范圍的準(zhǔn)正方形區(qū)域，該相似區(qū)域隨臺風(fēng)移動而移動。

以往的相似預(yù)報僅取一個時刻的靜態(tài)相似，不能反映事件過程的動態(tài)變化。本文中，為求得事件演變過程的相似即動態(tài)相似，熱帶氣旋參數(shù)的相似取預(yù)測時刻（t=0）和預(yù)測時刻前6 h（t=-6）和前12 h（t=-12）的變化。對于環(huán)境場的動態(tài)相似，熱帶氣旋預(yù)報樣本和歷史樣本取預(yù)測時刻后24 h（t=24）、預(yù)測時刻后48 h（t=48）、預(yù)測時刻后72 h（t=72）的樣本和預(yù)測時刻后96 h（t=96）。

環(huán)境場預(yù)報樣本X(t)0,k,l取自天氣形勢的數(shù)值預(yù)報值(t)k,l：

環(huán)境場歷史樣本X(t)j,k,l取自天氣形勢的歷史實況紀(jì)錄值Xr(t)k,l：

式中t為時刻，下標(biāo)0表預(yù)報樣本，下標(biāo) j表歷史樣本序，J為歷史樣本總數(shù)；k為經(jīng)向格點序，K為經(jīng)向格點總數(shù)；l為緯向格點序，L為緯向格點總數(shù)。

3 相似預(yù)測原理

由于熱帶氣旋的移動是其內(nèi)力、環(huán)境場與下墊面相互作用的結(jié)果，因而用一個簡單的判據(jù)難以確定其相似，必須應(yīng)用熱帶氣旋本身參數(shù)和多時刻、多層次環(huán)境場要素組成的多元判據(jù)進(jìn)行綜合評估才能找到較合理的相似。數(shù)值天氣預(yù)報的進(jìn)展，尤其大尺度天氣形勢預(yù)報的24—72 h的預(yù)報結(jié)果已相當(dāng)精確。為此，把環(huán)境場的數(shù)值預(yù)報結(jié)果作為相似判據(jù)引入熱帶氣旋陸地路徑的相似預(yù)報，使得相似建立在動力學(xué)基礎(chǔ)之上，有利于找到從當(dāng)前到未來時刻的相似，由此提高預(yù)報的效果。

相似預(yù)測的關(guān)鍵是在眾多的歷史樣本中找出較相似的歷史熱帶氣旋樣本。本文在進(jìn)行相似識別時，采用以下方法：

3.1 空間平面場分布相似

當(dāng)相似區(qū)域的網(wǎng)格中緯圈總數(shù)為K,經(jīng)圈總數(shù)為L的空間平面場因子的歷史樣本為Xj,k,l，預(yù)報樣本為X0,k.l時，兩者之間的相似程度由兩個樣本的M(M=K×L)個變量所確定，由在M維空間中兩個向量之間的余弦來表示，即相似系數(shù)Sxj為：

式中 j為歷史樣本序，J為樣本總數(shù)；k為緯圈序，K為緯圈總數(shù)；l為經(jīng)圈序，L為經(jīng)圈總數(shù)。相似系數(shù)的值越大，兩樣本越相似。

用式（3）判定相似程度略嫌粗糙，因在整個場中計算相似會造成過多的平滑，不易突顯特征。為此分別求每個緯圈方向標(biāo)準(zhǔn)化的相似系數(shù)Szj,k，和每個經(jīng)圈方向標(biāo)準(zhǔn)化的的相似系數(shù)Smj,l：

對所有的緯圈的Szj,k按緯圈數(shù)平均得到場的緯向相似系數(shù)

對所有的經(jīng)圈的Smj,k按經(jīng)圈數(shù)平均得到場的經(jīng)向相似系數(shù)

因子X的空間平面場的相似系數(shù)Sxj為：

3.2 空間平面場距離的相似

空間平面場的歷史樣本與預(yù)報樣本為之間的距離表征了它們在性質(zhì)上的差異，該差異越小，兩樣本越相似；反之，差異越大則越不相似。本文用歐氏距離評估空間平面場距離的相似：

式中j,k,l,J,K,L的說明同3.1。

3.3 空間點要素值的相似

對空間某個固定點要素值的歷史樣本Xj與預(yù)報樣本為X0之間的距離表征了它們在性質(zhì)上的差異，該差異越小，兩樣本越相似；反之，差異越大則越不相似。本文用距離或絕對距離Δxj判定空間點要素值的相似。

式中j,J的說明同3.1。

3.4 相似預(yù)測

我們選取若干與熱帶氣旋路徑有關(guān)因子分別由式（3—10）得到相似判據(jù)并評估它們的相似指數(shù)。在綜合評估所有的相似判據(jù)后，預(yù)報模式找出若干最相似的歷史熱帶氣旋樣本，將這些相似熱帶氣旋的歷史路徑經(jīng)過變換和權(quán)重綜合得預(yù)報結(jié)論，給出當(dāng)前熱帶氣旋的未來中期路徑預(yù)報。

4 相似指數(shù)

當(dāng)我們應(yīng)用多種因子構(gòu)造相似判據(jù)時，由于諸多相似判據(jù)的值域和量綱都不一致，這就使得對它們進(jìn)行綜合評估產(chǎn)生困難。為此定義一個相似指數(shù)，它為各種差異懸殊的相似判據(jù)確定了一個判定相似程度的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；同時，它還把眾多的歷史樣本在相似程度上加以分離，以突出最相似的樣本。

因子序列的歷史樣本xi,j與預(yù)報樣本值xi,0確定了某種相似關(guān)系的相似函數(shù)為 fi,j(x,x0)。式 fi,j(x,x0)可以式3所述的空間平面場的相似系數(shù)Sxj、空間平面場的歐氏距離Dxj或空間點要素值的絕對距離Δxj等函數(shù)關(guān)系，下標(biāo)i為判據(jù)序，下標(biāo) j為判據(jù)因子的樣本序。

判據(jù)因子序列的界限值Ci（視相似函數(shù)fi,j(x,x0)不同可以為極大值或極小值）確定后，對所有J個歷史樣本序列按照|fi,j(x,x0)-Ci|值重新排列，使新序列{ }Pi,j的|fi,j(x,x0)-Ci|值成單調(diào)遞增：

由此定義相似指數(shù)SIi,j：

指數(shù)SIi,j-k的分布圖見圖1

圖1 SIi,j-k的分布圖

定義表明，相似指數(shù)SIi,j不與Pi,k的均等區(qū)間成比例。其結(jié)果僅有少量 k甚小即與預(yù)報樣本接近的若干歷史樣本獲得高相似指數(shù)，大多數(shù)不甚相似的歷史樣本被賦予低相似指數(shù)。據(jù)文獻(xiàn)[13—14]統(tǒng)計，判據(jù)因子經(jīng)過按不均等區(qū)間分布函數(shù)非線性數(shù)變換后，高值指數(shù)歷史樣本出現(xiàn)頻率總數(shù)比按均等區(qū)間分布原序列下降了20%，中值指數(shù)歷史樣本出現(xiàn)頻率總數(shù)下降了50%，而低值指數(shù)頻率歷史樣本出現(xiàn)頻率總數(shù)上升了70%。由此可見，判據(jù)因子經(jīng)過按不均等區(qū)間分布函數(shù)的非線性數(shù)變換后，僅有少量歷史樣本獲得高相似指數(shù)，大多數(shù)歷史樣本被賦予低相似指數(shù)值。從而相應(yīng)加大了相似樣本的相似權(quán)重，減小了不相似樣本的相似權(quán)重，實現(xiàn)了歷史樣本在相似程度上的分離。

5 相似判據(jù)

根據(jù)熱帶氣旋路徑特征和規(guī)律，以及目前可以得到的數(shù)值天氣預(yù)報產(chǎn)品，選取和構(gòu)造了以下25個相似判據(jù)，分述如下(以下公式中下標(biāo)j均表歷史樣本序，J為歷史樣本總數(shù))：

5.1 熱帶氣旋登陸時間相似判據(jù)

特定的時間有其固有的氣候背景和大氣環(huán)流背景特征，它們是熱帶氣旋運動的背景，因而是熱帶氣旋路徑相似預(yù)報的判據(jù)之一。相似預(yù)測判據(jù)1為歷史熱帶氣旋歷史樣本預(yù)測時刻t0,j與預(yù)報樣本預(yù)測時刻t0,0的絕對距離（天數(shù)）：

5.2 熱帶氣旋初始位置相似判據(jù)

熱帶氣旋初始位置與熱帶氣旋未來移向相關(guān)，距離越近越相似，越遠(yuǎn)越不相似，因而是熱帶氣旋路徑相似預(yù)報的判據(jù)之一。相似預(yù)測的判據(jù)2為熱帶氣旋歷史樣本預(yù)測時位置與預(yù)報熱帶氣旋預(yù)測時位置的球面距離：

式中R為地球半徑。

5.3 熱帶氣旋初始中心氣壓相似判據(jù)

中心氣壓是熱帶氣旋強度的表征，其變化表明熱帶氣旋的加強或減弱，熱帶氣旋內(nèi)力的變化影響其運動，因而是熱帶氣旋路徑相似預(yù)報的判據(jù)之一。

熱帶氣旋路徑相似預(yù)測的判據(jù)3以熱帶氣旋預(yù)測時中心氣壓p及其6 h、12 h變化量為參數(shù)：

5.4 熱帶氣旋近中心初始最大風(fēng)力相似判據(jù)

熱帶氣旋近中心最大風(fēng)力是熱帶氣旋強度的另一表征，其變化反映熱帶氣旋內(nèi)力變化，從而影響熱帶氣旋的運動，因而是熱帶氣旋路徑相似預(yù)報的判據(jù)之一。

熱帶氣旋路徑相似預(yù)測的判據(jù)4以熱帶氣旋預(yù)測時近中心最大風(fēng)力Vj及其6 h、12 h變化量為參數(shù)：

5.5 熱帶氣旋初始速度相似判據(jù)

熱帶氣旋的初速度作為一種慣性作用直接影響熱帶氣旋的運動，因而是熱帶氣旋路徑相似預(yù)測的重要判據(jù)之一。

熱帶氣旋路徑相似預(yù)測的判據(jù)5以熱帶氣旋預(yù)測時至前6 h的平均移速VVJ為參數(shù)：

5.6 500 hPa高度場分布相似判據(jù)

500 hPa高度場是中層大氣環(huán)流的表征，在大多數(shù)情況下熱帶氣旋的移動受西北太平洋副熱帶高壓所左右。因此，500 hPa高度場是熱帶氣旋登陸后路徑預(yù)測的重要判據(jù)之一。

在北半球0°—60oN ，90°—180oE范圍，分辨率為2.5o×2.5o的網(wǎng)格上取緯圈數(shù)K=25,經(jīng)圈數(shù)L=37，取歷史樣本 X(t)j,k,l=H(t)j,k,l和預(yù)報樣本X(t)0,k.l=H(t)0,k.l，由式3—8計算預(yù)測時刻后24 h、48 h、72 h、96 h的相似系數(shù)Sh(t)j，則500 hPa高度場動態(tài)相似系數(shù)Shj由前后4個時段的相似系數(shù)Sh(t)j綜合而成：

熱帶氣旋路徑相似預(yù)測的判據(jù)7由500hPa高度場動態(tài)相似系數(shù)Shj和其界限值C(7)構(gòu)成：

5.7 500 hPa高度場距離相似判據(jù)

高度場空間點的高度值是該點性質(zhì)的表征，高度場距離相似反映了兩個熱帶氣旋在熱力背景上的相似，因而是登陸后熱帶氣旋路徑預(yù)測的重要判據(jù)之一。取與5.7相同的區(qū)域、網(wǎng)格點和樣本，由式9計算預(yù)報24—96 h歷史樣本與預(yù)報樣本之間的歐氏距離，500 hPa高度場動態(tài)距離系數(shù)Dhj由前后4個時段的相似系數(shù)Dh(t)j綜合而成：

則登陸后熱帶氣旋路徑相似預(yù)測的判據(jù)8由500 hPa高度場動態(tài)距離系數(shù)和其界限值構(gòu)成：

5.8 850 hPa溫度場分布相似判據(jù)

取與5.6相同的區(qū)域、網(wǎng)格點、樣本和方法，構(gòu)造850 hPa溫度場分布相似判據(jù)。

5.9 850 hPa溫度場距離相似判據(jù)

取與5.7相同的區(qū)域、網(wǎng)格點、樣本和方法，構(gòu)造850 hPa溫度場距離相似判據(jù)。

5.10 200 hPa風(fēng)場分布相似判據(jù)

取與5.6相同的區(qū)域、網(wǎng)格點、樣本和方法，構(gòu)造200 hPa風(fēng)場分布相似判據(jù)。

5.11 200hPa風(fēng)場距離相似判據(jù)

取與5.7相同的區(qū)域、網(wǎng)格點、樣本和方法，構(gòu)造200 hPa風(fēng)場距離相似判據(jù)。

5.12 海平面氣壓場分布相似判據(jù)

以臺風(fēng)中心為中心，取南北距中心10個緯度，東西距中心10個經(jīng)度范圍的準(zhǔn)正方形區(qū)域，該相似區(qū)域隨臺風(fēng)移動而移動。用與5.6同的樣本和方法，構(gòu)造在移動區(qū)域海平面氣壓場分布相似判據(jù)。

5.13 海平面氣壓場距離相似判據(jù)

以臺風(fēng)中心為中心，取南北距中心10個緯度，東西距中心10個經(jīng)度范圍的準(zhǔn)正方形區(qū)域，該相似區(qū)域隨臺風(fēng)移動而移動。用與5.7相同的樣本和方法，構(gòu)造在移動區(qū)域海平面氣壓場距離相似判據(jù)。

5.14 700 hPa濕度場分布相似判據(jù)

取與5.12相同的區(qū)域、網(wǎng)格點和樣本，用與5.6相同的方法，構(gòu)造700 hPa濕度場分布相似判據(jù)。

5.15 700 hPa濕度場距離相似判據(jù)

取與5.13相同的區(qū)域、網(wǎng)格點和樣本，用與5.7相同的方法，構(gòu)造700 hPa濕度場分布相似判據(jù)。

5.16 中層水平引導(dǎo)流場分布相似判據(jù)

熱帶氣旋與環(huán)境流場之間相互作用對熱帶氣旋移動有顯著影響，引導(dǎo)氣流在很大程度上左右了熱帶氣旋的運動。所以引導(dǎo)流場是熱帶氣旋相似預(yù)測的重要判據(jù)之一。由于較一致的觀測結(jié)果認(rèn)為700 hPa或500 hPa的中層氣流是最為接近的引導(dǎo)氣流[6-8]，而用平均層氣流作為引導(dǎo)氣流有更為一致和更為穩(wěn)定的關(guān)系[15-16]。為此，本文以中層500 hPa和700 hPa的平均流場作為引導(dǎo)流場，則中層水平引導(dǎo)流場的預(yù)報樣本與歷史樣本：

取與取與5.12相同的區(qū)域、網(wǎng)格點和樣本，用5.6同的樣本和方法，在移動區(qū)域構(gòu)造中層水平引導(dǎo)流場分布相似判據(jù)。

5.17 中層水平引導(dǎo)流場距離相似判據(jù)

取與5.13相同的區(qū)域、網(wǎng)格點和樣本，用與5.7相同的方法，構(gòu)造中層水平引導(dǎo)流場距離相似判據(jù)。

5.18 850 hPa風(fēng)場分布相似判據(jù)

取與5.12相同的區(qū)域、網(wǎng)格點和樣本，用與5.6相同的方法，構(gòu)造850 hPa風(fēng)場分布相似判據(jù)。

5.19 850 hPa風(fēng)場距離相似判據(jù)

取與5.13相同的區(qū)域、網(wǎng)格點和樣本，用與5.7相同的方法，構(gòu)造850 hPa風(fēng)場距離相似判據(jù)。

表1 “鳳凰”（0808號）預(yù)測試驗的預(yù)測距離誤差

表2 “鸚鵡”（0812號）預(yù)測試驗的預(yù)測距離誤差

5.20 200 hPa垂直速度分布相似判據(jù)

取與5.12相同的區(qū)域、網(wǎng)格點和樣本，用與5.6相同的方法，構(gòu)造200 hPa垂直速度分布相似判據(jù)。

5.21 200 hPa垂直速度距離相似判據(jù)

取與5.13相同的區(qū)域、網(wǎng)格點和樣本，用與5.7相同的方法，構(gòu)造200 hPa垂直速度距離相似判據(jù)。

5.22 500 hPa垂直速度分布相似判據(jù)

取與5.12相同的區(qū)域、網(wǎng)格點和樣本，用與5.6相同的方法，構(gòu)造500 hPa垂直速度分布相似判據(jù)。

5.23 500 hPa垂直速度距離相似判據(jù)

取與5.13相同的區(qū)域、網(wǎng)格點和樣本，用與5.7相同的方法，構(gòu)造500 hPa垂直速度距離相似判據(jù)。

5.24 850 hPa垂直速度分布相似判據(jù)

取與5.12相同的區(qū)域、網(wǎng)格點和樣本，用與5.6相同的方法，構(gòu)造850 hPa垂直速度分布相似判據(jù)。

5.25 850 hPa垂直速度距離相似判據(jù)

取與5.13相同的區(qū)域、網(wǎng)格點和樣本，用與5.7相同的方法，構(gòu)造850 hPa垂直速度距離相似判據(jù)。

6 相似預(yù)測

6.1 多元客觀相似判據(jù)的綜合評估

進(jìn)行相似程度的總評估時，先對所有28個相似判據(jù)由（12）式估算相似指數(shù)SI(i)j，然后對所有相似判據(jù)的相似指數(shù)序列進(jìn)行綜合，綜合相似指數(shù)SIj為：

式中Wi為每個相似判據(jù)SI(i)j的權(quán)重。在預(yù)測模式的初用階段，一般取Wi=1。只有經(jīng)過多次預(yù)測，積累了相當(dāng)多的預(yù)測樣本和預(yù)測結(jié)論后，才能從中分析得到每個相似判據(jù)在預(yù)測中權(quán)重的經(jīng)驗或半經(jīng)驗表達(dá)式。

6.2 相似樣本的確定

對所有J個歷史樣本序列按照SIj值重新排列，使新序列{Nm}的SIm值成單調(diào)遞減：

在此引入相似信度：

當(dāng)新序列{Nm}的第m相似樣本的綜合相似指數(shù)SIm的值大于或等于所有樣本綜合相似指數(shù)的平均值時，該樣本的相似信度較高，可判定該歷史相似樣本與預(yù)報樣本較相似，即：

凡滿足 SIn≥(n ∈1,2,···,J )的前N個樣本為相似樣本

6.3 熱帶氣旋登陸后路徑預(yù)測

當(dāng)預(yù)報樣本位置為(φ0,λ0)，對前N個路徑為(φn,t,λn,t)，初始位置為(φn,0,λn,0)的相似歷史樣本進(jìn)行坐標(biāo)變換，則相似熱帶氣旋t時刻的預(yù)報路徑為：

式中下標(biāo) n為相似樣本序，下標(biāo)t為時刻，每隔6 h預(yù)測一次。

由此得到熱帶氣旋預(yù)測路徑（中心位置）：

6.4 慣性動力修訂

考慮到48 h內(nèi)熱帶氣旋的慣性對路徑有較大的影響,進(jìn)行如下修訂：假設(shè)慣性動力在48 h內(nèi)勻速地減小，每6 h減少1/9，在48 h后消失殆盡，熱帶氣旋路徑完全由合成的路徑支配。即：

圖2 預(yù)報樣本（0808）與第一相似樣本（6208）的500 hPa高度場

圖3 預(yù)報樣本（0808）與第一相似樣本（6208）的中層引導(dǎo)場

圖4 預(yù)報樣本（0812）與第一相似樣本（9309）的500 hPa高度場

圖5 預(yù)報樣本（0812）與第一相似樣本（9309）的中層引導(dǎo)場

6.5 預(yù)測試驗

應(yīng)用熱帶氣旋路徑相似預(yù)測方案(ANA)對2008年的2個熱帶氣旋進(jìn)行預(yù)測試驗，其一為在東海沿岸登陸的“鳳凰”（Fung-wong）0808號熱帶氣旋，其二為在南海沿岸登陸的“鸚鵡”（Nuri）0812號熱帶氣旋。對0808號熱帶氣旋進(jìn)行了10次預(yù)測試驗，對0812號熱帶氣旋進(jìn)行了10次預(yù)測試驗，其預(yù)測結(jié)果與作為評估預(yù)報技巧基準(zhǔn)的CLIPER（CLP）方案比較見表1。

預(yù)測試驗結(jié)果表明，ANA方案的預(yù)報距離誤差比CLP方案小24—170 km。對于熱帶氣旋登陸后移動趨勢是在內(nèi)陸消亡，還是轉(zhuǎn)向重新入海，ANA方案的預(yù)報準(zhǔn)確率為83%，CLP方案為50%。這說明主要應(yīng)用熱帶氣旋歷史資料構(gòu)造的CLIPER方案對熱帶氣旋路徑預(yù)報技巧較低，而應(yīng)用熱帶氣旋預(yù)測時刻前后資料，特別應(yīng)用了數(shù)值預(yù)報的環(huán)境場構(gòu)造的ANA方案則顯示了較高的預(yù)報技巧。

預(yù)報樣本0808號臺風(fēng)“鳳凰”2008年7月27日20時在22.7°N，123.0°E，中心氣壓960 hPa，近中心最大風(fēng)力40 m/s，找到的第1相似歷史樣本為6208號臺風(fēng)Nadine。預(yù)報樣本與第1相似歷史樣本的預(yù)測時刻后24 h、48 h、72 h、96 h 500 hPa高度場比較見圖2，中層引導(dǎo)場的比較見圖3。

從圖2可以看出，第一相似樣本與預(yù)報樣本的500 hPa形勢場很相似，中低緯帶為熱帶氣旋環(huán)流和西太平洋副熱帶高壓系統(tǒng)。中高緯帶西北太平洋有低壓伸向副高北部。24—72 h，西太平洋副熱帶高壓減弱東退，熱帶氣旋環(huán)流逐漸減弱。

圖6 預(yù)報方案的預(yù)報結(jié)果

圖3為中層引導(dǎo)氣流隨熱帶氣旋移動而在移動區(qū)域內(nèi)的表現(xiàn)。24 h，兩樣本均受到偏南偏東氣流的引導(dǎo)，向西北方向移動。48 h，預(yù)報樣本受偏南氣流引導(dǎo)，向北移動；而相似樣本受偏南偏西氣流引導(dǎo)，開始向東北方向轉(zhuǎn)向。72 h，預(yù)報樣本受減弱的偏南氣流引導(dǎo)，向北緩慢移動；而相似樣本受偏南偏西氣流引導(dǎo)，向東北方向移行。96 h，預(yù)報樣本轉(zhuǎn)受西北氣流影響，熱帶氣旋向北移動受阻，將停滯減弱；而相似樣本轉(zhuǎn)受偏西氣流影響，加速向東移行。

預(yù)報樣本0812號臺風(fēng)“鸚鵡”（Nuri）2008年8月 18日20時在16.2°N，130.1°E，中心氣壓985 hPa，近中心最大風(fēng)力28 m/s，找到的第1相似歷史樣本為9309號臺風(fēng)Tasha。預(yù)報樣本與第1相似歷史樣本的預(yù)測時刻后24 h、48 h、72 h、96 h 500 hPa高度場比較見圖4，中層引導(dǎo)場引導(dǎo)場的比較見圖5。

圖4表明，從24—96 h，預(yù)報樣本（0812）與第一相似樣本（9309）的500 hPa形勢場都很相似，尤其是中低緯帶，熱帶氣旋和副高及其北側(cè)的西風(fēng)環(huán)流非常相似。24—72 h，兩樣本在熱帶氣旋北面均有強大的西太平洋副熱帶高壓脊西伸至大陸，形成高壓壩，阻擋了熱帶氣旋向北移動，只能向西移行。

圖5表明，從24—96 h，預(yù)報樣本（0812）與第一相似樣本（9309）的中層引導(dǎo)場都很相似。24 h，兩樣本受到東南氣流引導(dǎo)，熱帶氣旋向西北移行。48 h，兩樣本受東南偏東氣流引導(dǎo)，熱帶氣旋向西北偏西方向移動。72—96 h，兩樣本受偏東氣流引導(dǎo)，熱帶氣旋向西移動。

動力相似集成預(yù)報、第一相似預(yù)報及0808，0812的實況路徑見圖6。

0808號熱帶氣旋的預(yù)報時刻為2008年7月27日20時，0812號熱帶氣旋的預(yù)報時刻為2008年8月18日20時。

圖中實線為實況路徑，虛線為集成預(yù)報結(jié)果，點劃線為第1相似預(yù)報結(jié)果。實心與空心圓圈為熱帶氣旋每隔6 h的中心位置。

從圖6可見，0808號熱帶氣旋的集成預(yù)報與實況路徑較接近，96 h后，熱帶氣旋受西北氣流影響，轉(zhuǎn)為停滯，并逐漸消亡，因而預(yù)報與實況有差距。而第1相似預(yù)報與實況路徑有較大差距。0812號熱帶氣旋的集成預(yù)報與第1相似預(yù)報始終與實況路徑很接近，表現(xiàn)了很好的預(yù)報效果。

7 結(jié)論

（1）在預(yù)測方案中引入熱帶氣旋未來的形勢場是解決預(yù)報路徑的關(guān)鍵。本方案應(yīng)用數(shù)值天氣預(yù)報的輸出產(chǎn)品作為未來環(huán)境場的相似，同時考慮初始和未來環(huán)境場變化的連續(xù)動態(tài)相似，使相似建立在動力學(xué)基礎(chǔ)之上，較為合理可靠，并有利于提高預(yù)報準(zhǔn)確率，但由此方案的預(yù)測結(jié)果將不可避免受到數(shù)值預(yù)報誤差的影響；

（3）本方案定義的相似指數(shù)使得在諸多不同判據(jù)下的相似程度具有一致性，它的非線性分布增大了相似樣本的權(quán)重，減小了不相似樣本的權(quán)重，有利于歷史樣本在相似程度上的分離和進(jìn)行較佳相似樣本的選擇；

（4）相似判據(jù)直接影響方案的預(yù)報效果，在選取相似判據(jù)時，應(yīng)注意選取對熱帶氣旋移動有作用或有影響的因子。熱帶氣旋初始參數(shù)構(gòu)成的判據(jù)在相似預(yù)測中貢獻(xiàn)較小，數(shù)值預(yù)報的未來環(huán)境場在相似預(yù)測中是起關(guān)鍵作用的判據(jù)；

（5）動力相似預(yù)測方案比較全面地評估了熱帶氣旋與環(huán)境場相互作用對熱帶氣旋路徑的影響，有利于找到較佳相似歷史熱帶氣旋。當(dāng)然，集成也可能淡化某個判據(jù)的特殊作用。預(yù)測試驗表明，本方案對熱帶氣旋中期路徑具有預(yù)報技巧。

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