許映龍 張玲 向純怡

（1 中國(guó)氣象科學(xué)研究院，北京 100081；2 南京信息工程大學(xué)，南京 210044；3 國(guó)家氣象中心，北京 100081）

臺(tái)風(fēng)定強(qiáng)技術(shù)及業(yè)務(wù)應(yīng)用
—— 以Dvorak技術(shù)為例

許映龍1,2,3 張玲3 向純怡3

（1 中國(guó)氣象科學(xué)研究院，北京 100081；2 南京信息工程大學(xué)，南京 210044；3 國(guó)家氣象中心，北京 100081）

回顧了臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)Dvorak技術(shù)的發(fā)展歷程，分析了我國(guó)臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)技術(shù)流程改進(jìn)的必要性，簡(jiǎn)要介紹了世界氣象組織推薦使用的1984年版本的基于BD增強(qiáng)紅外云圖的Dvorak臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析技術(shù)流程以及中央氣象臺(tái)在2012—2013年開展的業(yè)務(wù)試驗(yàn)及應(yīng)用情況，最后對(duì)Dvorak技術(shù)本身的局限性及業(yè)務(wù)分析中存在的問(wèn)題進(jìn)行了討論。業(yè)務(wù)試驗(yàn)及應(yīng)用的結(jié)果表明：Dvorak技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了中央氣象臺(tái)臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)的精度和客觀技術(shù)支撐能力，而且也增強(qiáng)了我國(guó)臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)數(shù)據(jù)與國(guó)際上其他臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)中心的可比性。與中國(guó)氣象局臺(tái)風(fēng)最佳路徑資料對(duì)比檢驗(yàn)表明，中央氣象臺(tái)臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)平均精度由2011年的1.9m/s 優(yōu)化至2013年的1.3m/s，提高近32%；針對(duì)2013年中央氣象臺(tái)和日本氣象廳所確定的共511個(gè)臺(tái)風(fēng)現(xiàn)時(shí)強(qiáng)度指數(shù)（CI）對(duì)比樣本的檢驗(yàn)結(jié)果表明，兩者確定的CI指數(shù)基本一致，總體相差在±1.0之間，這種差異與兩者進(jìn)行Dvorak技術(shù)分析時(shí)所使用的衛(wèi)星資料（MTSAT或FY2系列）不一致有關(guān)，同時(shí)也與預(yù)報(bào)員的實(shí)際分析經(jīng)驗(yàn)有關(guān)。

臺(tái)風(fēng)，強(qiáng)度估計(jì)，Dvorak技術(shù)，業(yè)務(wù)應(yīng)用，局限性

Keywrds:typhoon, intensity estimation, Dvorak technique, operational application, limitation

0 引言

臺(tái)風(fēng)生成于熱帶或副熱帶洋面，而海洋是常規(guī)觀測(cè)的盲區(qū)，地面雷達(dá)探測(cè)距離有限，氣象衛(wèi)星則具有觀測(cè)范圍廣、觀測(cè)時(shí)次多等特點(diǎn)，因此自20世紀(jì)60年代氣象衛(wèi)星投入業(yè)務(wù)運(yùn)行以來(lái)，衛(wèi)星云圖就成為對(duì)臺(tái)風(fēng)進(jìn)行全天候監(jiān)測(cè)的主要手段，尤其是對(duì)遠(yuǎn)海臺(tái)風(fēng)的監(jiān)測(cè)。在臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)實(shí)踐中，臺(tái)風(fēng)定位定強(qiáng)是制作臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)和發(fā)布預(yù)警的第一步，定位定強(qiáng)精度不僅會(huì)影響臺(tái)風(fēng)路徑和強(qiáng)度預(yù)報(bào)的質(zhì)量，而且也會(huì)影響到其所帶來(lái)的狂風(fēng)、暴雨和風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)的質(zhì)量[1]。衛(wèi)星圖像作為臺(tái)風(fēng)定位定強(qiáng)最常用的資料，在臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)實(shí)踐中的應(yīng)用一直是廣大業(yè)務(wù)科研工作人員所關(guān)注的重要課題之一。這方面早期的研究工作包括20世紀(jì)60年代Sadler[2]、Fett[3]、Fritz等[4]和Hubert等[5]利用衛(wèi)星云圖估計(jì)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的初步嘗試，但由于當(dāng)時(shí)衛(wèi)星探測(cè)技術(shù)的局限，并沒有取得實(shí)質(zhì)性的突破[6]。直到20世紀(jì)70年代，美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（NOAA）的Dvorak在多年預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)及氣象偵察飛機(jī)觀測(cè)資料的基礎(chǔ)上，建立了一種基于當(dāng)時(shí)可見光（VIS）和紅外（IR）云圖的臺(tái)風(fēng)云型特征與臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，并逐漸發(fā)展出一套基于衛(wèi)星圖像臺(tái)風(fēng)云型特征的臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度估計(jì)技術(shù)[7-12]。經(jīng)過(guò)多年業(yè)務(wù)實(shí)踐，該技術(shù)已成為世界上最成熟的利用衛(wèi)星云圖確定臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的方法，是缺少飛機(jī)探測(cè)條件下確定臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的世界通用標(biāo)準(zhǔn)[6,13-16]，并于1987年為世界氣象組織推薦使用[1,14]。

初始版本的Dvorak技術(shù)通過(guò)對(duì)可見光云圖的識(shí)別和實(shí)際預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度與其云型變化之間的關(guān)系，并重點(diǎn)關(guān)注臺(tái)風(fēng)云型本身（包括眼區(qū)和眼壁）特征和外圍螺旋云帶特征，將上述兩部分云系特征分析得到的T指數(shù)之和定義為臺(tái)風(fēng)現(xiàn)時(shí)強(qiáng)度指數(shù)（CI），用于描述臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度，CI指數(shù)變化范圍從1～8，以0.5為變化單位，CI越大，表示臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度越強(qiáng)。但初始版本的Dvorak技術(shù)只依賴于可見光云圖，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)全天候監(jiān)測(cè)，而且估測(cè)精度也不高[17-18]。此后，隨著氣象衛(wèi)星探測(cè)技術(shù)的發(fā)展，特別是衛(wèi)星紅外成像技術(shù)的發(fā)展，Dvorak技術(shù)開始引入紅外云圖分析，以使該技術(shù)應(yīng)用于夜間臺(tái)風(fēng)的監(jiān)測(cè)。期間，Dvorak技術(shù)經(jīng)歷了幾次重要的改進(jìn)。1984年，Dvorak從強(qiáng)調(diào)臺(tái)風(fēng)云型結(jié)構(gòu)匹配與簡(jiǎn)單的發(fā)展和衰減模型轉(zhuǎn)為注重分析臺(tái)風(fēng)云型特征，如彎曲云帶螺旋度、低層環(huán)流中心與深對(duì)流之間的距離、中心密閉云區(qū)云頂亮溫和范圍、眼區(qū)及周圍環(huán)境的亮溫等，并對(duì)一個(gè)熱帶對(duì)流云團(tuán)在什么情況開始進(jìn)行Dvorak分析做了明確的規(guī)定[11]；1995年，Dvorak細(xì)化了最終強(qiáng)度指數(shù)在臺(tái)風(fēng)發(fā)展和消亡階段的限定規(guī)則和約束條件，并對(duì)具體應(yīng)用做了詳細(xì)解釋[12]。

Dvorak技術(shù)設(shè)計(jì)的初衷是針對(duì)北大西洋颶風(fēng)。在西北太平洋和南海，青藏高原和西太平洋暖池使得臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化不同于北大西洋，且西北太平洋和南海季風(fēng)氣候特征明顯，臺(tái)風(fēng)云頂亮溫相對(duì)較低，直接應(yīng)用Dvorak技術(shù)將產(chǎn)生一定偏差[17-19]；另外，Dvorak分析流程較為復(fù)雜，預(yù)報(bào)員經(jīng)驗(yàn)豐富與否決定著最后的分析精度。因此1980年衛(wèi)星云圖聯(lián)合分析組[20]和方宗義等[21]對(duì)Dvorak技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)化，總結(jié)出與西北太平洋和南海臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化相關(guān)的云型特征，包括：環(huán)流中心與密蔽云區(qū)的相對(duì)位置、眼的形狀、大小和清晰度、中心密蔽云區(qū)范圍大小和螺旋云帶特征等，臺(tái)風(fēng)總強(qiáng)度指數(shù)定義為環(huán)流中心特征數(shù)、中心強(qiáng)對(duì)流密閉云區(qū)特征數(shù)與螺旋云帶帶狀特征數(shù)之和。在此基礎(chǔ)上，中央氣象臺(tái)建立起了西北太平洋和南海臺(tái)風(fēng)定強(qiáng)分析流程，在臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)中發(fā)揮了積極作用[1,22-23]。簡(jiǎn)化后的方法操作簡(jiǎn)單，但主要適用于40m/s以下的臺(tái)風(fēng)，40m/s以上的臺(tái)風(fēng)只能定性地判定為40～60m/s，且分析精度取決于預(yù)報(bào)員的經(jīng)驗(yàn)[24-26]。為了解決上述問(wèn)題，江吉喜[27]、范蕙君等[26,28]又先后對(duì)Dvorak方法進(jìn)行了不同程度的改進(jìn)。江吉喜[27]基本沿用了Dvorak分析的基本思路，采用4級(jí)BD增強(qiáng)（白、淺灰、深灰和黑）紅外圖像對(duì)Dvorak技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)化，并將同心雙眼墻臺(tái)風(fēng)納入分析流程。范蕙君等[26,28]則針對(duì)衛(wèi)星云圖聯(lián)合分析組和方宗義等[21]的方法進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化，增加了眼的形狀、直徑和亮溫、中心密蔽云區(qū)最低云頂亮溫和面積、螺旋云帶最低云頂亮溫和條數(shù)以及結(jié)構(gòu)緊密度等與臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化相關(guān)的因子，使之適用于各種不同強(qiáng)度的臺(tái)風(fēng)，較衛(wèi)星云圖聯(lián)合分析組和方宗義等[21]的方法有了較明顯的改進(jìn)，并實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互，但對(duì)55m/s以上的臺(tái)風(fēng)分析誤差仍較大，且易低估臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度[24-26,28-29]。由于種種原因，江吉喜[27]、范蕙君等[26,28]的改進(jìn)工作并沒有真正納入中央氣象臺(tái)的臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析流程中。直到2012年之前，中央氣象臺(tái)的臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)流程仍然采用衛(wèi)星云圖聯(lián)合分析組和方宗義等[21]簡(jiǎn)化后的方法[1,22-23]。

2011年4月11—16日在美國(guó)夏威夷召開了世界氣象組織第二屆國(guó)際臺(tái)風(fēng)最佳路徑資料氣候管理會(huì)議（International Best Track Archive for Climate Stewardship Meeting，IBTrACS）和臺(tái)風(fēng)衛(wèi)星分析國(guó)際研討會(huì)（International Workshop Satellite Analysis of Tropical Cyclones），中央氣象臺(tái)和上海臺(tái)風(fēng)研究所的相關(guān)業(yè)務(wù)研究人員參加了該次會(huì)議。會(huì)上包括中央氣象臺(tái)在內(nèi)的世界各大臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)中心分別展示了Dvorak技術(shù)在臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)中的應(yīng)用情況，除中國(guó)以外的業(yè)務(wù)中心均采用1984年版的Dvorak技術(shù)流程，而中央氣象臺(tái)的臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)流程則采用衛(wèi)星云圖聯(lián)合分析組和方宗義等[21]簡(jiǎn)化后的方法，與國(guó)際上通行的Dvorak技術(shù)分析流程存在較大的差異[30-31]。這種差異主要表現(xiàn)為分析流程過(guò)于簡(jiǎn)化，且沒有采用紅外BD增強(qiáng)衛(wèi)星云圖進(jìn)行分析，分析流程僅宏觀地考慮了臺(tái)風(fēng)云型特征，而沒有細(xì)致考慮臺(tái)風(fēng)眼區(qū)周圍云頂亮溫、眼區(qū)亮溫等與臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化相關(guān)的因子，也沒有考慮Dvorak分析的一系列限制規(guī)則和約束條件，分析隨意性較大、精度低，與國(guó)際上其他業(yè)務(wù)中心定強(qiáng)結(jié)果的可比性差。

因此，無(wú)論從參與國(guó)際交流的角度，還是從提高我國(guó)臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)的精度以及為臺(tái)風(fēng)氣候變化趨勢(shì)研究提供可靠數(shù)據(jù)來(lái)看，均有必要對(duì)我國(guó)目前的臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)流程進(jìn)行規(guī)范和完善，以實(shí)現(xiàn)我國(guó)臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)流程與國(guó)際其他業(yè)務(wù)中心的接軌，增加我國(guó)臺(tái)風(fēng)定強(qiáng)數(shù)據(jù)與國(guó)際其他業(yè)務(wù)中心的可比性，提升我國(guó)在國(guó)際臺(tái)風(fēng)界的地位以及我國(guó)臺(tái)風(fēng)最佳路徑數(shù)據(jù)在國(guó)際上的認(rèn)可度。為了使業(yè)務(wù)人員盡快掌握世界氣象組織推薦使用的1984年版Dvorak臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析流程，中央氣象臺(tái)于2012年2月22—29日和2013年8月4—17日分別邀請(qǐng)了香港天文臺(tái)的陳世倜和美國(guó)關(guān)島大學(xué)的Mark Lander進(jìn)行了專題培訓(xùn)和現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，培訓(xùn)內(nèi)容包括：臺(tái)風(fēng)衛(wèi)星SWAP分析平臺(tái)的功能和操作，業(yè)務(wù)定位所用資料、技術(shù)流程規(guī)范及Dvorak業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析流程等，為中央氣象臺(tái)臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)流程改進(jìn)提供了充分的技術(shù)準(zhǔn)備。

1 Dvorak技術(shù)分析的基本方法

在衛(wèi)星云圖上，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度是臺(tái)風(fēng)云型結(jié)構(gòu)多種特征的綜合反映[6]。這些特征包括：臺(tái)風(fēng)環(huán)流中心與強(qiáng)對(duì)流云區(qū)的距離、中心強(qiáng)對(duì)流云區(qū)范圍、外圍螺旋云帶以及臺(tái)風(fēng)眼區(qū)周圍云頂亮溫、眼區(qū)亮溫等方面。Dvorak技術(shù)是在假定臺(tái)風(fēng)云型特征變化與臺(tái)風(fēng)某一發(fā)展階段和一定強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)衛(wèi)星云圖上的臺(tái)風(fēng)云型特征進(jìn)行提取和分析，得到用于表征臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的臺(tái)風(fēng)現(xiàn)時(shí)強(qiáng)度指數(shù)（CI），然后由觀測(cè)統(tǒng)計(jì)得到的CI與臺(tái)風(fēng)中心最大風(fēng)速的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，得到臺(tái)風(fēng)近中心最大風(fēng)速，再由臺(tái)風(fēng)中心最低海平面氣壓與臺(tái)風(fēng)中心最大風(fēng)速的風(fēng)壓統(tǒng)計(jì)關(guān)系來(lái)確定臺(tái)風(fēng)中心最低海平面氣壓。Dvorak技術(shù)能夠反映臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化的關(guān)鍵在于其包含了影響臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化的動(dòng)力和熱力因子[6]，動(dòng)力因子包括：臺(tái)風(fēng)云系的組織程度和深對(duì)流偏離臺(tái)風(fēng)中心的距離等，它們分別反映了臺(tái)風(fēng)渦度的大小和高低空環(huán)境風(fēng)場(chǎng)水平風(fēng)速垂直切變的大小；熱力因子則包括：不同的臺(tái)風(fēng)云型分類和臺(tái)風(fēng)眼區(qū)亮溫等方面，它們分別反映了臺(tái)風(fēng)對(duì)流發(fā)展的強(qiáng)度和臺(tái)風(fēng)內(nèi)核發(fā)展的強(qiáng)度。Dvorak技術(shù)分析流程如圖1所示[11,16,32-33]。

在1984年版的Dvorak技術(shù)分析流程中，Dvorak規(guī)定了臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)的具體分析流程及分析中必須遵守的一系列限定規(guī)則和約束條件。下面僅介紹目前國(guó)際上最通行的基于該版本的采用BD增強(qiáng)紅外云圖的臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析技術(shù)流程，具體分析流程和步驟如下。

1.1 熱帶擾動(dòng)分析啟動(dòng)條件

確定一個(gè)熱帶擾動(dòng)系統(tǒng)是否可以開始進(jìn)行Dvorak技術(shù)分析，一般需要滿足以下三個(gè)條件：①該系統(tǒng)持續(xù)了12h以上；②該系統(tǒng)在直徑小于等于2.5個(gè)緯距范圍內(nèi)的云系中心（Cloud System Center）已經(jīng)持續(xù)了6h以上；③有一個(gè)寬度大于1.5個(gè)緯距的濃密而冷的（BD增強(qiáng)紅外云圖上的亮溫值低于－31℃）密閉云區(qū)，該密閉云區(qū)與系統(tǒng)中心的距離不超過(guò)2個(gè)緯距。對(duì)于同時(shí)滿足上述條件的熱帶擾動(dòng)的初始T指數(shù)定義為1.0或1.5。上述條件將保證一個(gè)初始熱帶擾動(dòng)在未來(lái)有足夠且穩(wěn)定發(fā)展的深對(duì)流云團(tuán)，在合適的環(huán)境場(chǎng)條件下，可預(yù)報(bào)該系統(tǒng)在未來(lái)24～36h發(fā)展為臺(tái)風(fēng)（即最終強(qiáng)度指數(shù)FT達(dá)到2.5以上）；若初始渦旋沒有發(fā)展，則在初始的T指數(shù)后面加負(fù)號(hào)表示。

1.2 確定臺(tái)風(fēng)云系中心

確定臺(tái)風(fēng)云系中心（Cloud System Center，CSC），對(duì)分析臺(tái)風(fēng)云型特征，特別是對(duì)切變型和嵌入中心型是非常重要的。在確定臺(tái)風(fēng)云系中心時(shí)要考慮云型的整體結(jié)構(gòu)，在有可見光時(shí)應(yīng)注意分析云頂?shù)闹行〕叨忍卣?，如上沖云頂；紅外圖像上應(yīng)注意分析冷云區(qū)中明顯的暖點(diǎn)，同時(shí)要考慮系統(tǒng)移動(dòng)的連續(xù)性及與預(yù)報(bào)的一致性。對(duì)切變型云系，除了確定系統(tǒng)中心外，還應(yīng)盡可能找到其低層環(huán)流中心；對(duì)彎曲云帶型云系，有兩種確定云系中心的方法：①先確定彎曲云帶的軸線，將軸線的終點(diǎn)（圖2a的A點(diǎn)）與少云區(qū)契形的極點(diǎn)（圖2a的B點(diǎn)）的連線中點(diǎn)作為系統(tǒng)中心；②將幾條螺旋云帶的共同曲率中心作為系統(tǒng)中心（圖2b）[33]。確定系統(tǒng)中心位置后，預(yù)報(bào)員可根據(jù)當(dāng)前臺(tái)風(fēng)的云型特征，選擇對(duì)應(yīng)的云型特征分析方法，進(jìn)行資料T指數(shù)分析。

1.3 確定資料T指數(shù)

Dvorak根據(jù)臺(tái)風(fēng)云型特征將臺(tái)風(fēng)云型分為六類：①?gòu)澢茙停–urved Band），適用于VIS和IR，包括適用于VIS的彎曲云帶眼型（Banding Eye）；②切變型（Shear），適用于VIS和IR；③眼型（Eye），適用于VIS和IR；④中心密閉云區(qū)型（Central Dense Overcast，CDO），僅適用于VIS；⑤嵌入中心型（Embedded Center），僅適用于IR；⑥中心冷云蓋型（Central Cold Cover, CCC），適用于VIS和IR。Dvorak根據(jù)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的發(fā)展規(guī)律和實(shí)際預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)臺(tái)風(fēng)不同云型類型給出了相對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度指數(shù)模型（圖3），同時(shí)針對(duì)臺(tái)風(fēng)不同云型類型給出了具體的分析流程和一系列分析調(diào)整和限制規(guī)則，包括眼和螺旋云帶帶狀特征調(diào)整規(guī)則以及眼型、嵌入中心型和中心冷云蓋型分析的限制規(guī)則等，具體分析流程如圖1所示。在業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析中，預(yù)報(bào)員可以根據(jù)當(dāng)前臺(tái)風(fēng)的云型特征，采用對(duì)應(yīng)云型特征的分析流程，得到適合當(dāng)前臺(tái)風(fēng)云型特征的臺(tái)風(fēng)資料T指數(shù)（Data T Number，DT）。

1.4 確定模式期望指數(shù)

臺(tái)風(fēng)模式期望指數(shù)（Model Expected T- Number，MET）定義為臺(tái)風(fēng)過(guò)云24h強(qiáng)度變化趨勢(shì)與該臺(tái)風(fēng)24h前的最終強(qiáng)度指數(shù)（FT）之和。在Dvorak分析流程中，Dvorak將臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化趨勢(shì)分為發(fā)展（D）、減弱（W）和無(wú)明顯變化（S）三類，臺(tái)風(fēng)過(guò)云24h的強(qiáng)度變化趨勢(shì)可通過(guò)將當(dāng)前衛(wèi)星圖像與24h前的圖像相比較而獲得。若與24h前的情況相比，圍繞臺(tái)風(fēng)中心的密閉云區(qū)增多增厚、云系結(jié)構(gòu)更為密實(shí)，或者眼區(qū)更為清晰，則表示臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度處在發(fā)展中，相反則表示臺(tái)風(fēng)處于減弱中；若云系結(jié)構(gòu)沒有太大變化，則表示臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度無(wú)明顯變化。

此外，Dvorak還根據(jù)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化的劇烈程度將發(fā)展和減弱趨勢(shì)再分為快速發(fā)展/減弱（D+/W+）、正常發(fā)展/減弱（D/W）和緩慢發(fā)展/減弱（D－/W－）等六類，并給出了臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度發(fā)展的模式期望指數(shù)變化曲線（圖4）[9]。在Dvorak業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析中，預(yù)報(bào)員可根據(jù)臺(tái)風(fēng)24h的強(qiáng)度變化趨勢(shì)分析結(jié)果，結(jié)合該臺(tái)風(fēng)24h前的FT，確定臺(tái)風(fēng)當(dāng)前的MET。具體的確定規(guī)則為：①若為快速發(fā)展（減弱），以24h前的FT加上（減云）1.5作為當(dāng)前的MET；②若為正常發(fā)展（減弱），則在24h前的FT加上（減云）1.0作為當(dāng)前的MET；③若為緩慢發(fā)展（減弱），則在24h前的FT加上（減云）0.5作為當(dāng)前的MET；④若強(qiáng)度無(wú)明顯變化時(shí)，則以24h前的FT作為當(dāng)前的MET（表1）。

表1 MET指數(shù)的確定規(guī)則

1.5 確定云型指數(shù)

臺(tái)風(fēng)云型指數(shù)（Pattern T Number, PT）主要是在需要對(duì)MET進(jìn)行調(diào)整時(shí)使用的，它將當(dāng)前臺(tái)風(fēng)的云型特征與Dvorak事先給定的臺(tái)風(fēng)云系型態(tài)（表2）比對(duì)而得。在比對(duì)前，需根據(jù)1.4節(jié)中分析的MET，選擇與MET數(shù)值對(duì)應(yīng)的一欄或左右相鄰的兩欄與當(dāng)前臺(tái)風(fēng)的云型特征比對(duì)，然后選擇與其匹配最好的云系型態(tài)對(duì)應(yīng)的云型指數(shù)作為當(dāng)前臺(tái)風(fēng)的PT。即，若當(dāng)前臺(tái)風(fēng)云型特征與MET數(shù)值對(duì)應(yīng)一欄相鄰的右（左）欄的云系型態(tài)更為匹配時(shí)，則在MET數(shù)值上加上（減云）0.5作為當(dāng)前臺(tái)風(fēng)的PT。此外，在進(jìn)行比對(duì)時(shí)，若匹配的云系型態(tài)的陰影部分為白色或更冷時(shí)，可再加上0.5作為當(dāng)前臺(tái)風(fēng)的PT。

值得注意的是，只有當(dāng)臺(tái)風(fēng)云型特征明顯地強(qiáng)于或弱于MET數(shù)值所對(duì)應(yīng)的云系型態(tài)時(shí)，PT才可以與MET取不同的數(shù)值。

表2 紅外BD增強(qiáng)云圖上不同云型指數(shù)對(duì)應(yīng)的臺(tái)風(fēng)云系型態(tài)

1.6 確定最終強(qiáng)度指數(shù)（Final T Number，F(xiàn)T）

在第1.3～1.5小節(jié)中分析的DT、MET和PT的基礎(chǔ)上，應(yīng)用給定的限定規(guī)則和約束條件，確定臺(tái)風(fēng)FT。具體的限定規(guī)則和約束條件包括：①臺(tái)風(fēng)云型特征清晰時(shí)，直接使用DT作為FT；②臺(tái)風(fēng)云型特征不清晰，但云型可識(shí)別時(shí)，使用PT作為FT；③當(dāng)臺(tái)風(fēng)云型特征不清晰且云型難識(shí)別時(shí)，使用MET作為FT；④熱帶云團(tuán)首次定強(qiáng)分析時(shí)的FT必須為1.0或者1.5；⑤臺(tái)風(fēng)最初發(fā)展的48h內(nèi)，由于對(duì)流云團(tuán)存在日變化，F(xiàn)T不能在晚上減弱，在實(shí)際分析中規(guī)定為20時(shí)至次日05時(shí)，也即可看到可見光云圖之前，但白天分析時(shí)，F(xiàn)T可以出現(xiàn)減弱的情況；⑥熱帶云團(tuán)首次定強(qiáng)分析FT為1.0以后的24h內(nèi)，F(xiàn)T必須≤2.5；⑦當(dāng)FT＜4.0時(shí)，6h的變化量不能超過(guò)0.5；⑧當(dāng)FT≥4.0時(shí)，6h變化不能超過(guò)1.0，12h變化不能超過(guò)1.5，18h變化不能超過(guò)2.0，24h變化不能超過(guò)2.5；⑨FT必須在（MET－1.0）到（MET+1.0）之間變化。

值得注意的是，Dvorak技術(shù)是假定臺(tái)風(fēng)特定的云型特征與臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度發(fā)展的特定階段存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)典型臺(tái)風(fēng)的統(tǒng)計(jì)關(guān)系而建立的，因此有時(shí)并不能完全反映所有臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化的真實(shí)情況。對(duì)一些快速增強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)，有時(shí)其強(qiáng)度變化往往超過(guò)上述限定，嚴(yán)格使用Dvorak限定規(guī)則和約束條件可能導(dǎo)致對(duì)其強(qiáng)度突變的誤判，低估其強(qiáng)度，這時(shí)可以打破Dvorak規(guī)則的限定，但打破Dvorak規(guī)則需慎之又慎，且只有在臺(tái)風(fēng)云型結(jié)構(gòu)特征清晰、變化特別明顯時(shí)才能使用。

1.7 確定現(xiàn)時(shí)強(qiáng)度指數(shù)

臺(tái)風(fēng)現(xiàn)時(shí)強(qiáng)度指數(shù)（Current Intensity Number, CI）是基于第1.6小節(jié)中分析的FT，根據(jù)給定的限定規(guī)則和約束條件而確定的指數(shù)，它是Dvorak技術(shù)的最終強(qiáng)度分析產(chǎn)品，直接與臺(tái)風(fēng)當(dāng)前的強(qiáng)度狀況相對(duì)應(yīng)。給定的限定規(guī)則和約束條件是為了保證CI不會(huì)因?yàn)樵菩徒Y(jié)構(gòu)指數(shù)虛高而定得過(guò)強(qiáng)；而在減弱階段，臺(tái)風(fēng)低層風(fēng)場(chǎng)往往會(huì)維持一段時(shí)間，因此CI也應(yīng)保持相應(yīng)的時(shí)間。具體的限定規(guī)則和約束條件包括：①臺(tái)風(fēng)發(fā)展階段，CI應(yīng)與FT一致；②臺(tái)風(fēng)減弱階段，CI應(yīng)高于FT，實(shí)際分析時(shí)，臺(tái)風(fēng)減弱的最初12h內(nèi)，CI保持不變，之后保持較FT高0.5或1.0；③臺(tái)風(fēng)再次發(fā)展時(shí)，F(xiàn)T未增至CI前，CI應(yīng)保持不變。

需要指出的是，每次業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析后，需根據(jù)衛(wèi)星圖像演變對(duì)先前分析結(jié)果進(jìn)行檢查。當(dāng)先前分析出現(xiàn)誤差時(shí)，需及時(shí)修正先前的CI，以保證為后續(xù)分析提供可靠的MET，且這種修正有時(shí)可能會(huì)改變業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析的結(jié)果。

1.8 確定臺(tái)風(fēng)中心風(fēng)速和氣壓

Dvorak技術(shù)并不是對(duì)臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)和氣壓場(chǎng)的直接觀測(cè)，它僅給出了用于表征臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的CI。為了直觀地了解臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度狀況，還需將反映臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的CI指數(shù)與臺(tái)風(fēng)中心附近最大風(fēng)速和中心最低海平面氣壓聯(lián)系起來(lái)。在實(shí)際業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析中，通常是由CI指數(shù)與臺(tái)風(fēng)中心最大風(fēng)速的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系來(lái)確定臺(tái)風(fēng)中心附近最大風(fēng)速，而中心最低海平面氣壓則是通過(guò)應(yīng)用臺(tái)風(fēng)風(fēng)壓關(guān)系得到的。

臺(tái)風(fēng)風(fēng)壓關(guān)系是一種基于歷史觀測(cè)資料得到的臺(tái)風(fēng)中心風(fēng)速與氣壓之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，就西北太平洋和南海而言，我國(guó)和美國(guó)聯(lián)合臺(tái)風(fēng)警報(bào)中心一直沿用Atkinson等在20世紀(jì)70年代末根據(jù)1947—1974年76個(gè)西北太平洋臺(tái)風(fēng)實(shí)測(cè)的平均風(fēng)速和海平面氣壓資料建立的風(fēng)壓統(tǒng)計(jì)關(guān)系[34-35]，日本則采用Koba等[36-38]在20世紀(jì)80年代末90年代初根據(jù)1981—1986年50個(gè)西北太平洋臺(tái)風(fēng)實(shí)測(cè)資料所建立的風(fēng)壓統(tǒng)計(jì)關(guān)系，兩者在對(duì)臺(tái)風(fēng)以上強(qiáng)度的風(fēng)壓關(guān)系中存在較大的差異[39-42]。Atkinson等建立的風(fēng)壓關(guān)系至今仍被列入聯(lián)合國(guó)亞太經(jīng)社會(huì)（ESCAP）和世界氣象組織臺(tái)風(fēng)委員會(huì)的臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)手冊(cè)中[16]與我國(guó)的臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)與服務(wù)規(guī)定和氣象衛(wèi)星業(yè)務(wù)產(chǎn)品釋用手冊(cè)中[23,34]（表3）。然而，在不同海域，臺(tái)風(fēng)生成發(fā)展的地理區(qū)域和環(huán)境條件不同，Dvorak分析時(shí)所采用的風(fēng)壓關(guān)系存在明顯的差異[42]。為此，燕芳杰等[43]基于1975—1985年美國(guó)飛機(jī)觀測(cè)資料對(duì)Atkinson等建立的風(fēng)壓關(guān)系進(jìn)行了緯度和季節(jié)訂正，但訂正后的關(guān)系仍是1min平均持續(xù)風(fēng)速的風(fēng)壓關(guān)系，且由于種種原因，也未被納入中央氣象臺(tái)的臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)流程分析中[23,34]。Atkinson等建立的風(fēng)壓關(guān)系形式具體如下：

式中，Pc為中心海平面氣壓，單位為hPa；Vmax為中心1min平均風(fēng)速，單位為kt。

正是由于我國(guó)臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析中采用的風(fēng)壓關(guān)系為臺(tái)風(fēng)中心1min平均持續(xù)風(fēng)速的風(fēng)壓關(guān)系，這明顯與我國(guó)臺(tái)風(fēng)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T19201-2006）[44]的臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度定義不相一致，因此，在實(shí)際臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析中，最終確定的臺(tái)風(fēng)中心風(fēng)速和中心最低氣壓，還需根據(jù)預(yù)報(bào)員的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹饔^修訂。

表3 CI與臺(tái)風(fēng)中心最大風(fēng)速和海平面氣壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系[23,34]

這里，需要特別指出的是，Dvorak臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析時(shí)所采用的臺(tái)風(fēng)風(fēng)壓關(guān)系，不僅是影響其分析精度和可信性的一個(gè)重要因素[42,45-55]，而且也是進(jìn)行全球臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度長(zhǎng)期趨勢(shì)變化評(píng)估時(shí)，影響臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度氣候資料均一性的一個(gè)關(guān)鍵因素[56-64]。然而，國(guó)際上不同臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)中心用來(lái)定義臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的平均風(fēng)速存在著較大的差異，如我國(guó)臺(tái)灣、香港和澳門地區(qū)以及日本、菲律賓、越南和澳大利亞等大多數(shù)受臺(tái)風(fēng)影響的國(guó)家或地區(qū)采用的是10min平均風(fēng)速，美國(guó)采用的是1min平均風(fēng)速，印度采用的是3min平均風(fēng)速，我國(guó)采用的則是2min平均風(fēng)速[39-42,44,65]，因此，國(guó)際上不同臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)中心進(jìn)行Dvorak臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析時(shí)所采用的風(fēng)壓關(guān)系也存在較大的差異，從而導(dǎo)致不同臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)中心針對(duì)同一臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度估計(jì)分析結(jié)果也會(huì)出現(xiàn)較大的差異，這需要在臺(tái)風(fēng)實(shí)際業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)中加以考慮。

2 Dvorak分析技術(shù)的業(yè)務(wù)應(yīng)用

根據(jù)Dvorak分析流程和技術(shù)規(guī)范的要求（圖1），中央氣象臺(tái)于2012年3月建立了基于世界氣象組織推薦使用的Dvorak技術(shù)（1984年版）的臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析流程，并開展了業(yè)務(wù)試驗(yàn)，包括CSC、DT、MET、PT、FT和CI以及臺(tái)風(fēng)未來(lái)24h強(qiáng)度趨勢(shì)預(yù)報(bào)等具體分析流程（圖5）。為方便預(yù)報(bào)員分析使用，還將Dvorak臺(tái)風(fēng)定強(qiáng)分析流程制作成工作卡片（表略）。在開展了近1年的業(yè)務(wù)試驗(yàn)后，中央氣象臺(tái)于2013年正式開展了基于Dvorak技術(shù)的臺(tái)風(fēng)定強(qiáng)業(yè)務(wù)應(yīng)用，期間還邀請(qǐng)了美國(guó)關(guān)島大學(xué)的Mark Lander教授再次就Dvorak業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析技術(shù)進(jìn)行專題培訓(xùn)和現(xiàn)場(chǎng)業(yè)務(wù)指導(dǎo)。在業(yè)務(wù)試驗(yàn)及應(yīng)用中，中央氣象臺(tái)對(duì)滿足Dvorak分析條件的熱帶擾動(dòng)云團(tuán)及編號(hào)臺(tái)風(fēng)，在進(jìn)入48h警戒線[34]之前每天進(jìn)行4次定強(qiáng)業(yè)務(wù)分析，進(jìn)入48h警戒線后每天進(jìn)行8次定強(qiáng)業(yè)務(wù)分析，具體操作時(shí)間參見表4。

表4 中央氣象臺(tái)Dvorak實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)操作時(shí)間

臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)流程的改進(jìn)及業(yè)務(wù)應(yīng)用的結(jié)果表明，Dvorak技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了中央氣象臺(tái)臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)的精度和客觀技術(shù)支撐能力，而且對(duì)深入認(rèn)識(shí)臺(tái)風(fēng)的結(jié)構(gòu)變化也起到了較好的促進(jìn)作用，特別是對(duì)年輕預(yù)報(bào)員把握臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度發(fā)展變化和提高衛(wèi)星云圖的綜合應(yīng)用能力作用明顯。通過(guò)與中國(guó)氣象局年度臺(tái)風(fēng)最佳路徑的強(qiáng)度資料對(duì)比檢驗(yàn)表明，2013年中央氣象臺(tái)臺(tái)風(fēng)平均業(yè)務(wù)定強(qiáng)精度由2011年的1.9m/s優(yōu)化至1.3m/s，提高了近32%。同時(shí)，Dvorak技術(shù)的業(yè)務(wù)應(yīng)用還增強(qiáng)了我國(guó)臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)數(shù)據(jù)與國(guó)際上其他臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)中心的可比性，具體從2013年共511個(gè)樣本的檢驗(yàn)情況來(lái)看，中央氣象臺(tái)確定的CI指數(shù)與日本氣象廳基本一致，但對(duì)臺(tái)風(fēng)以下強(qiáng)度的CI指數(shù)分析結(jié)果，中央氣象臺(tái)較日本氣象廳偏大的樣本偏多明顯，而對(duì)臺(tái)風(fēng)以上強(qiáng)度，兩者CI基本一致，且樣本數(shù)相差不大。兩者CI總體相差在±1.0之間，這種差異與兩者進(jìn)行Dvorak技術(shù)分析時(shí)所使用的衛(wèi)星資料（MTSAT或FY2系列）不一致有關(guān)，同時(shí)也與預(yù)報(bào)員的實(shí)際分析經(jīng)驗(yàn)有關(guān)（圖6）。

下面結(jié)合2012—2013年業(yè)務(wù)試驗(yàn)及應(yīng)用中的具體臺(tái)風(fēng)個(gè)例，簡(jiǎn)要介紹應(yīng)用Dvorak業(yè)務(wù)定強(qiáng)技術(shù)的具體情況及效果。

2.1 Dvorak技術(shù)可為臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)提供技術(shù)支撐

由于缺乏海洋觀測(cè)資料，在實(shí)際臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析中，往往很難準(zhǔn)確地給出臺(tái)風(fēng)的實(shí)際強(qiáng)度。Dvorak技術(shù)將臺(tái)風(fēng)云型結(jié)構(gòu)特征變化與臺(tái)風(fēng)一定發(fā)展階段的強(qiáng)度聯(lián)系起來(lái)，提供了一種由衛(wèi)星云圖結(jié)構(gòu)特征分析臺(tái)風(fēng)的動(dòng)力和熱力結(jié)構(gòu)、定量給出表征臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的CI指數(shù)的技術(shù)手段。目前，Dvorak技術(shù)分析得到的CI指數(shù)已成為中央氣象臺(tái)臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析的主要技術(shù)參考指標(biāo)，尤其在臺(tái)風(fēng)快速增強(qiáng)階段。

回顧中央氣象臺(tái)過(guò)云的臺(tái)風(fēng)定強(qiáng)分析業(yè)務(wù)工作，可以發(fā)現(xiàn)，由于當(dāng)時(shí)沒有采用BD增強(qiáng)紅外云圖，而采用普通紅外云圖（BW）和簡(jiǎn)化分析流程，進(jìn)行臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度分析。在BW紅外云圖上，預(yù)報(bào)員僅靠肉眼和主觀經(jīng)驗(yàn)很難定量識(shí)別臺(tái)風(fēng)在不同時(shí)次云型特征的細(xì)致差別，因此當(dāng)時(shí)的業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析流程和結(jié)果均存在著較大的問(wèn)題，即對(duì)40m/s以上的臺(tái)風(fēng)只能定性地判定為40～60m/s[24-26]，且往往明顯低估臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度。如針對(duì)2008年0802號(hào)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“威馬遜”的業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析，中央氣象臺(tái)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析中僅將“威馬遜”確定為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，中心最大風(fēng)速為45m/s，直至年度臺(tái)風(fēng)最佳路徑審定后，才將其修訂為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，中心最大風(fēng)速為55m/s（圖7）。從當(dāng)時(shí)的BD增強(qiáng)紅外云圖的演變看，“威馬遜”在2008年5月10日08時(shí)至12日02時(shí)云型特征變化明顯，中心密閉云區(qū)（圖8中白色區(qū)域）經(jīng)歷了由不規(guī)則—密實(shí)對(duì)稱—范圍縮小—最后消失的變化過(guò)程，眼區(qū)則經(jīng)歷了由模糊不規(guī)則—清晰規(guī)則—眼區(qū)放大—眼區(qū)減弱的變化過(guò)程（圖8a～8d），“威馬遜”云型結(jié)構(gòu)特征的明顯變化反映了在此期間其強(qiáng)度也出現(xiàn)了明顯的變化，但當(dāng)時(shí)中央氣象臺(tái)僅從普通的BW紅外云圖進(jìn)行簡(jiǎn)單分析（圖8e～8h），很難識(shí)別和捕捉到臺(tái)風(fēng)云型結(jié)構(gòu)特征的這種細(xì)致差別和變化，10日08和20時(shí)、11日08和20時(shí)分析的CI指數(shù)一直維持5.0不變，業(yè)務(wù)定強(qiáng)則一直保持45m/s不變；而當(dāng)時(shí)日本氣象廳分析的CI指數(shù)則分別為6.0、7.0、7.0和5.5，美國(guó)聯(lián)合臺(tái)風(fēng)警報(bào)中心分別為6.5、7.0、7.0和5.0。其中10日20時(shí)和11日08時(shí)“威馬遜”眼區(qū)清晰、中心密閉云區(qū)密實(shí)對(duì)稱，日本和美國(guó)分析的CI指數(shù)均為7.0。由于日本的臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度定義為10min平均風(fēng)速，美國(guó)為1min平均風(fēng)速[39-42,65]，所以雖然日本和美國(guó)的臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)結(jié)果在數(shù)值上存在一定的差異，但均很好地反映了“威馬遜”強(qiáng)度出現(xiàn)的這種明顯變化，而中央氣象臺(tái)的業(yè)務(wù)定強(qiáng)結(jié)果則看不到“威馬遜”強(qiáng)度明顯變化的趨勢(shì)，只是在年度臺(tái)風(fēng)最佳路徑審定修訂后，才體現(xiàn)了“威馬遜”強(qiáng)度明顯變化的這種趨勢(shì)（圖7）。

在中央氣象臺(tái)采用1984年版Dvorak技術(shù)進(jìn)行臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析流程改進(jìn)之后，由于分析中采用了BD增強(qiáng)紅外圖像，并細(xì)致考慮了臺(tái)風(fēng)不同云型特征的分析標(biāo)準(zhǔn)及一系列限定規(guī)則和約束條件，規(guī)范化的Dvorak分析在準(zhǔn)確及時(shí)把握臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的變化過(guò)程發(fā)揮了重要作用，尤其可為準(zhǔn)確把握臺(tái)風(fēng)的快速增強(qiáng)及強(qiáng)臺(tái)風(fēng)以上臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的準(zhǔn)確確定提供客觀參考依據(jù)。

下面給出中央氣象臺(tái)針對(duì)2012年1214號(hào)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“天秤”（圖9a）和1224號(hào)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“寶霞”（圖9b）以及2013年1311號(hào)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“尤特”（圖9c）和1330號(hào)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“海燕”（圖9d）的業(yè)務(wù)定強(qiáng)結(jié)果與CI指數(shù)的比較，可以看出Dvorak分析結(jié)果較好地反映了它們的強(qiáng)度變化趨勢(shì)，且CI指數(shù)的變化基本與中央氣象臺(tái)業(yè)務(wù)定強(qiáng)的變化趨勢(shì)相一致?！疤斐印毕蛭覈?guó)臺(tái)灣東南部靠近時(shí)，Dvorak分析可見其中心附近深對(duì)流密閉云區(qū)明顯發(fā)展，且面積顯著增大，由部分白色的對(duì)流云區(qū)（圖10a）演變?yōu)槌虱h(huán)狀的白色對(duì)流云區(qū)，且出現(xiàn)了清晰的眼區(qū)（圖10e），CI指數(shù)由8月20日08時(shí)的4.0增至20時(shí)的5.5，業(yè)務(wù)定強(qiáng)也由33m/ s增強(qiáng)至45m/s?！皩毾肌痹诘顷懛坡少e南部后，眼區(qū)填塞（圖10b），進(jìn)入南海后，受其北側(cè)強(qiáng)高層輻散流出氣流的影響，再次增強(qiáng)，中心附近深對(duì)流密閉云區(qū)再次出現(xiàn)清晰的眼區(qū)（圖10f），CI指數(shù)由12月7日08時(shí)的4.0增強(qiáng)至20時(shí)的6.0，業(yè)務(wù)定強(qiáng)則由33m/s增強(qiáng)至50m/s。在“尤特”快速增強(qiáng)階段，Dvorak分析可見其中心密閉云區(qū)迅速發(fā)展增厚、范圍擴(kuò)大的過(guò)程，且出現(xiàn)清晰的眼區(qū)（圖10c和10g），CI指數(shù)由8月10日02時(shí)的2.5迅速增強(qiáng)至11日20時(shí)的7.0，業(yè)務(wù)定強(qiáng)則由18m/s增強(qiáng)至60m/s?！昂Ｑ唷痹谙蚍坡少e中部靠近時(shí)，Dvorak分析可見其云型結(jié)構(gòu)特征的迅速變化，具體表現(xiàn)為中心密閉云區(qū)迅速發(fā)展增厚、面積顯著增大，且在密閉云區(qū)之外還表現(xiàn)出較強(qiáng)的螺旋云帶特征（Banding Feature）（圖10d和10h），眼區(qū)亮溫高達(dá)18.3℃，眼區(qū)周圍呈現(xiàn)為冷黑灰（Cold Dark Grey, CDG）的環(huán)狀，平均亮溫低達(dá)－82.9℃，而冷中灰（Cold Medium Grey, CMG）的環(huán)狀最小寬度也達(dá)150km，CI指數(shù)則由11月5日20時(shí)的4.5增強(qiáng)至7日20時(shí)的8.0，業(yè)務(wù)定強(qiáng)也由35m/s增強(qiáng)至75m/s。可見，Dvorak技術(shù)確實(shí)可為臺(tái)風(fēng)實(shí)時(shí)定強(qiáng)業(yè)務(wù)提供較為客觀的技術(shù)支撐，尤其是在臺(tái)風(fēng)的快速增強(qiáng)階段。

此外，在Dvorak業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析過(guò)程中，預(yù)報(bào)員可以通過(guò)臺(tái)風(fēng)在衛(wèi)星云圖上的云型特征變化來(lái)直觀地了解和把握臺(tái)風(fēng)當(dāng)前的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)狀況。同時(shí)，通過(guò)對(duì)比連續(xù)若干時(shí)次的臺(tái)風(fēng)云型結(jié)構(gòu)，預(yù)報(bào)員還可以把握臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化過(guò)程中其結(jié)構(gòu)演變的特征和變化，從而有助于預(yù)報(bào)員對(duì)由臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致的強(qiáng)度變化有更為直觀和深刻的認(rèn)識(shí)，特別是對(duì)年輕預(yù)報(bào)員建立臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化概念模型、積累預(yù)報(bào)分析經(jīng)驗(yàn)很有幫助。

這里需要指出的是，Dvorak技術(shù)雖然是一種相對(duì)客觀的臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度估計(jì)技術(shù)，但該技術(shù)在臺(tái)風(fēng)云型特征的識(shí)別上仍具有一定的主觀性，主要表現(xiàn)在對(duì)弱臺(tái)風(fēng)的云型結(jié)構(gòu)特征識(shí)別上，不同的預(yù)報(bào)員針對(duì)同一臺(tái)風(fēng)同一時(shí)刻的業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析可能會(huì)有不同的分析結(jié)果，但從業(yè)務(wù)試驗(yàn)及應(yīng)用的實(shí)際效果來(lái)看，由于在弱臺(tái)風(fēng)期間，CI指數(shù)數(shù)值小，分析的差異不會(huì)太明顯，因此，這在總體上并不影響Dvorak業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析的精度，而且隨著預(yù)報(bào)員對(duì)Dvorak技術(shù)的理解和應(yīng)用熟練程度的提高，這種分析的差異將會(huì)逐漸減小。

2.2 Dvorak技術(shù)的局限性

雖然Dvorak技術(shù)包含了與臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度發(fā)展變化相關(guān)的環(huán)境動(dòng)力和熱力兩類因子，但由于Dvorak技術(shù)是在假定臺(tái)風(fēng)特定的云型特征與臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化發(fā)展的特定階段存在對(duì)應(yīng)關(guān)系的前提下，根據(jù)典型臺(tái)風(fēng)的統(tǒng)計(jì)關(guān)系而建立的，因此Dvorak技術(shù)并不能完全反映所有臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化的真實(shí)情況，其技術(shù)本身也存在一定的局限性[6]。這種局限性主要表現(xiàn)在以下方面：

1）對(duì)一些小尺度的臺(tái)風(fēng)（Midget Typhoon），由于環(huán)繞臺(tái)風(fēng)中心的深對(duì)流冷云區(qū)最小寬度往往達(dá)不到Dvorak限定規(guī)則中對(duì)相應(yīng)色階的深對(duì)流冷云區(qū)的最小寬度要求，嚴(yán)格按照Dvorak限定規(guī)則進(jìn)行分析，常會(huì)產(chǎn)生一定的偏差，低估其強(qiáng)度。

2）Dvorak技術(shù)的一系列限制規(guī)則和約束條件對(duì)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度突變的考慮存在不足，Dvorak規(guī)定：當(dāng)FT＜4.0時(shí)，其6h的變化量不能超過(guò)0.5；當(dāng)FT≥4.0時(shí)，其6h變化量不能超過(guò)1.0，12h變化量不能超過(guò)1.5，18h變化量不能超過(guò)2.0，24h變化量不能超過(guò)2.5。但一些快速增強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度變化往往超過(guò)上述限定，因此當(dāng)臺(tái)風(fēng)云型結(jié)構(gòu)特征清晰、變化特征特別明顯，可打破Dvorak規(guī)則和約束的限制，但需審慎為之。

3）對(duì)于一些由季風(fēng)低壓發(fā)展而來(lái)的尺度較大的臺(tái)風(fēng)，其中心附近由于缺少深對(duì)流，Dvorak分析也常會(huì)低估其強(qiáng)度。

4）對(duì)于一些移速較快的臺(tái)風(fēng)，由于環(huán)境風(fēng)場(chǎng)的疊加和作用，常會(huì)造成臺(tái)風(fēng)破壞力的加強(qiáng)，而這時(shí)的Dvorak分析也常會(huì)低估其強(qiáng)度。

5）對(duì)于同時(shí)具有斜壓性和正壓性特征的溫帶氣旋，特別是變性中（后）臺(tái)風(fēng)，Dvorak分析也會(huì)由于系統(tǒng)中心附近缺乏持續(xù)的深對(duì)流云區(qū)而造成對(duì)其強(qiáng)度的低估。

6）對(duì)一些臨近登陸的臺(tái)風(fēng)，由于臺(tái)風(fēng)中心附近對(duì)流云系較為松散，Dvorak分析也常會(huì)低估其強(qiáng)度，而這些臺(tái)風(fēng)往往在海岸地形向岸風(fēng)的作用下，觀測(cè)到的地面風(fēng)速卻會(huì)非常大。如2012年1211號(hào)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)?？保▓D11a）和2013年1323號(hào)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“菲特”在靠近華東沿海時(shí)（圖11b），在可見光云圖上，“?？焙汀胺铺亍本尸F(xiàn)典型的臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)（圖略），中心密閉云區(qū)完整，且在紅外BD增強(qiáng)云圖上，兩者也呈現(xiàn)出完整典型的臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)，但眼區(qū)模糊，眼區(qū)邊界也不清楚，黑色（Black）或白色（White）的深對(duì)流云區(qū)未形成環(huán)狀，很難根據(jù)眼型來(lái)確定其DT指數(shù)，而即使根據(jù)眼型來(lái)確定其DT指數(shù)，也因?yàn)榄h(huán)繞臺(tái)風(fēng)中心的深對(duì)流冷云區(qū)的最小寬度達(dá)不到Dvorak對(duì)相應(yīng)色階的深對(duì)流冷云區(qū)的最小寬度要求，因此Dvorak分析的“?？焙汀胺铺亍钡腄T指數(shù)均較小，CI指數(shù)只能定到4.0，也即只能達(dá)到臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的下限（33m/s）。而“?？焙汀胺铺亍痹诳拷A東期間，地面觀測(cè)的多個(gè)沿岸及海島測(cè)站地面風(fēng)速卻出現(xiàn)持續(xù)增大，并出現(xiàn)了14級(jí)以上的平均持續(xù)風(fēng)速?！昂？逼陂g，浙江東磯和大陳觀測(cè)到的最大平均風(fēng)速分別達(dá)46.9m/s（15級(jí)）和39.4m/s（13級(jí)）；而在“菲特”期間，浙江石坪和南麂觀測(cè)到的最大平均風(fēng)速則分別達(dá)59.7m/s（17級(jí)）和50.7m/s（15級(jí)）。因此，中央氣象臺(tái)對(duì)“?？焙汀胺铺亍钡膶?shí)時(shí)業(yè)務(wù)定強(qiáng)一直維持著強(qiáng)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度，直至其分別登陸浙江象山和福建沙埕。Tang等[66]根據(jù)浙江寧波涼帽山370m鐵塔觀測(cè)資料的分析也證實(shí)了中央氣象臺(tái)對(duì)“?？钡膶?shí)時(shí)業(yè)務(wù)定強(qiáng)結(jié)果的合理性。以上分析表明，對(duì)一些中心附近云系較為松散、且臨近登陸的臺(tái)風(fēng)，Dvorak技術(shù)業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析結(jié)果有時(shí)會(huì)出現(xiàn)較大的偏差，這時(shí)需綜合分析各種觀測(cè)資料，進(jìn)行及時(shí)訂正。

3 小結(jié)與討論

1）Dvorak技術(shù)是目前世界上最為成熟和最具操作性的臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析技術(shù)手段，為世界各大臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)中心廣泛采用。本文回顧了Dvorak技術(shù)的發(fā)展歷程、簡(jiǎn)要介紹了目前國(guó)際上最通行的1984年版本的基于BD增強(qiáng)紅外云圖的Dvorak臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析技術(shù)流程以及中央氣象臺(tái)在2012—2013年開展的業(yè)務(wù)試驗(yàn)及應(yīng)用情況。業(yè)務(wù)試驗(yàn)及應(yīng)用的結(jié)果表明：雖然Dvorak技術(shù)在臺(tái)風(fēng)云型特征的識(shí)別分析方面仍具有一定的主觀性，主要表現(xiàn)在弱臺(tái)風(fēng)的云型結(jié)構(gòu)特征識(shí)別上，但從業(yè)務(wù)實(shí)踐的實(shí)際效果來(lái)看，這在總體上并不影響Dvorak業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析的精度，因此，Dvorak技術(shù)分析得到的臺(tái)風(fēng)現(xiàn)時(shí)強(qiáng)度指數(shù)（CI指數(shù)）可以作為中央氣象臺(tái)臺(tái)風(fēng)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析的主要技術(shù)參考指標(biāo)，為臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)定強(qiáng)分析提供客觀技術(shù)依據(jù)，特別是對(duì)一些高影響的極端臺(tái)風(fēng)事件（如1013號(hào)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“鲇魚”和1330號(hào)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“海燕”）和快速增強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度監(jiān)測(cè)分析。

2）Dvorak技術(shù)的業(yè)務(wù)應(yīng)用不僅提高了我國(guó)臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析的精度和客觀技術(shù)支撐能力，而且對(duì)深入認(rèn)識(shí)臺(tái)風(fēng)的結(jié)構(gòu)變化也起到了較好的促進(jìn)作用，特別是對(duì)年輕預(yù)報(bào)員把握臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度發(fā)展變化和提高衛(wèi)星云圖的綜合應(yīng)用能力作用明顯；同時(shí)Dvorak技術(shù)的業(yè)務(wù)應(yīng)用還實(shí)現(xiàn)了我國(guó)臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析流程與國(guó)際其他臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)中心分析流程的接軌，增強(qiáng)了我國(guó)臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)數(shù)據(jù)與國(guó)際上其他臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)中心的可比性。與中國(guó)氣象局臺(tái)風(fēng)最佳路徑資料對(duì)比檢驗(yàn)表明，中央氣象臺(tái)臺(tái)風(fēng)平均業(yè)務(wù)定強(qiáng)精度由2011年的1.9m/s優(yōu)化至2013年的1.3m/s，提高近32%；針對(duì)2013年中央氣象臺(tái)和日本氣象廳所確定的共511個(gè)CI指數(shù)對(duì)比樣本的檢驗(yàn)結(jié)果表明，兩者確定的CI指數(shù)基本一致，但對(duì)臺(tái)風(fēng)以下強(qiáng)度的CI指數(shù)分析結(jié)果，中央氣象臺(tái)較日本氣象廳偏大的樣本偏多明顯，而對(duì)臺(tái)風(fēng)以上強(qiáng)度，兩者CI基本一致，且樣本數(shù)相差不大。兩者總體相差在±1.0之間，這種差異與兩者進(jìn)行Dvorak技術(shù)分析時(shí)所使用的衛(wèi)星資料（MTSAT或FY2系列）不一致有關(guān)，同時(shí)也與預(yù)報(bào)員的實(shí)際分析經(jīng)驗(yàn)有關(guān)。

3）Dvorak技術(shù)并不是對(duì)臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)和氣壓場(chǎng)的直接觀測(cè)，其本質(zhì)上是一種基于衛(wèi)星圖像估計(jì)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)方法，并不能完全反映所有臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化的真實(shí)情況，因此其技術(shù)本身也存在一定的局限性。為了解決Dvorak技術(shù)在實(shí)際臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析中存在的局限性，綜合應(yīng)用極軌氣象衛(wèi)星微波遙感、雷達(dá)、沿岸及海島地面氣象觀測(cè)站或飛機(jī)觀測(cè)等多種資料來(lái)對(duì)Dvorak分析結(jié)果進(jìn)行有益的補(bǔ)充分析是非常必要的，且綜合應(yīng)用各種探測(cè)資料得到的臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析結(jié)果往往更為合理，并更接近地面實(shí)際觀測(cè)的風(fēng)速。

4）Dvorak技術(shù)分析中采用的臺(tái)風(fēng)風(fēng)壓關(guān)系，是影響臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析精度和可信性以及臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度氣候資料均一性的重要因素。在我國(guó)，由于目前還沒有建立適用于將臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度定義為2min平均風(fēng)速的臺(tái)風(fēng)風(fēng)壓關(guān)系，Dvorak分析中采用仍然是1min平均風(fēng)速的風(fēng)壓關(guān)系，因此，在臺(tái)風(fēng)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析中，仍需預(yù)報(bào)員對(duì)Dvorak定強(qiáng)分析結(jié)果做適當(dāng)?shù)闹饔^修訂。這里需要特別指出的是，臺(tái)風(fēng)風(fēng)壓關(guān)系的建立工作至今尚沒有受到足夠的重視，這不僅將影響我國(guó)臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)分析的精度，而且也將影響我國(guó)臺(tái)風(fēng)最佳路徑數(shù)據(jù)在國(guó)際上的認(rèn)知度和可信度。

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Typhoon Intensity Estimation Technique and Its Operational Application: With Example of Dvorak Technique

Xu Yinglong1,2,3, Zhang Ling3, Xiang Chunyi3

(1 Chinese Academy of Meteorological Sciences of CMA, Beijing 100081 2 Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044 3 National Meteorological Centre of CMA, Beijing 100081)

The history of operational typhoon intensity estimation based on Dvorak technique is reviewed and the necessity of improving the operational flow of typhoon intensity estimation in China is analyzed in this paper. Then this paper gives a brief introduction to the basic method and flow of Dvorak technique (1984 Edition) based on BD enhanced infrared satellite image and recommended by World Meteorological Organization (WMO) and the effect of its operational tests and application in Central Meteorological Office (CMO) of China Meteorological Administration (CMA) in 2012 and 2013. Finally, the limitation of Dvorak technique and some problems in operational analysis are discussed. The results of the operational tests and application show that Dvorak technique not only improves the accuracy of operational typhoon intensity estimation and the objective technical support capabilities in CMO/CMA, but also enhances the comparability of the operational typhoon intensity estimation data given by CMO/CMA and other international operational typhoon centers. And the comparative verification resutls, based on the CMA typhoon best track data, show that the average accuracy of operational typhoon intensity estimation of CMO increased to 1.3 m/s in 2013 from 1.9 m/s in 2011, increased by nearly 32%; the verification results of the total 511 comparative samples in 2013 indicate that the current typhoon intensity index (CI) given by CMO and Japan Meteorological Agency (JMA) are almost consistent, and there is an overall difference of ±1.0 between their CI indices.The difference is related to the satellite data (MTSAT or FY2 series) using in Dvorak analysis and the operational analysis experience of the forecasters.

10.3969/j.issn.2095-1973.2015.04.003

2013年12月3日；

2014年6月12日

許映龍（1968—），Email: xuyl@cma.gov.cn

資助信息：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41275066和41175063）；公益性行業(yè)（氣象）科研專項(xiàng)（GYHY200906002和GYHY201106004）