許映龍 張玲 向純怡

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

臺風(fēng)定強技術(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 國家氣象中心，北京 100081）

回顧了臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強Dvorak技術(shù)的發(fā)展歷程，分析了我國臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強技術(shù)流程改進(jìn)的必要性，簡要介紹了世界氣象組織推薦使用的1984年版本的基于BD增強紅外云圖的Dvorak臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強分析技術(shù)流程以及中央氣象臺在2012—2013年開展的業(yè)務(wù)試驗及應(yīng)用情況，最后對Dvorak技術(shù)本身的局限性及業(yè)務(wù)分析中存在的問題進(jìn)行了討論。業(yè)務(wù)試驗及應(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臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強的精度和客觀技術(shù)支撐能力，而且也增強了我國臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強數(shù)據(jù)與國際上其他臺風(fēng)業(yè)務(wù)中心的可比性。與中國氣象局臺風(fēng)最佳路徑資料對比檢驗表明，中央氣象臺臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強平均精度由2011年的1.9m/s 優(yōu)化至2013年的1.3m/s，提高近32%；針對2013年中央氣象臺和日本氣象廳所確定的共511個臺風(fēng)現(xiàn)時強度指數(shù)（CI）對比樣本的檢驗結(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)分析時所使用的衛(wèi)星資料（MTSAT或FY2系列）不一致有關(guān)，同時也與預(yù)報員的實際分析經(jīng)驗有關(guān)。

臺風(fēng)，強度估計，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

臺風(fēng)生成于熱帶或副熱帶洋面，而海洋是常規(guī)觀測的盲區(qū)，地面雷達(dá)探測距離有限，氣象衛(wèi)星則具有觀測范圍廣、觀測時次多等特點，因此自20世紀(jì)60年代氣象衛(wèi)星投入業(yè)務(wù)運行以來，衛(wèi)星云圖就成為對臺風(fēng)進(jìn)行全天候監(jiān)測的主要手段，尤其是對遠(yuǎn)海臺風(fēng)的監(jiān)測。在臺風(fēng)業(yè)務(wù)預(yù)報實踐中，臺風(fēng)定位定強是制作臺風(fēng)預(yù)報和發(fā)布預(yù)警的第一步，定位定強精度不僅會影響臺風(fēng)路徑和強度預(yù)報的質(zhì)量，而且也會影響到其所帶來的狂風(fēng)、暴雨和風(fēng)暴潮預(yù)報的質(zhì)量[1]。衛(wèi)星圖像作為臺風(fēng)定位定強最常用的資料，在臺風(fēng)業(yè)務(wù)預(yù)報實踐中的應(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)星云圖估計臺風(fēng)強度的初步嘗試，但由于當(dāng)時衛(wèi)星探測技術(shù)的局限，并沒有取得實質(zhì)性的突破[6]。直到20世紀(jì)70年代，美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的Dvorak在多年預(yù)報經(jīng)驗及氣象偵察飛機觀測資料的基礎(chǔ)上，建立了一種基于當(dāng)時可見光（VIS）和紅外（IR）云圖的臺風(fēng)云型特征與臺風(fēng)強度的統(tǒng)計關(guān)系，并逐漸發(fā)展出一套基于衛(wèi)星圖像臺風(fēng)云型特征的臺風(fēng)強度估計技術(shù)[7-12]。經(jīng)過多年業(yè)務(wù)實踐，該技術(shù)已成為世界上最成熟的利用衛(wèi)星云圖確定臺風(fēng)強度的方法，是缺少飛機探測條件下確定臺風(fēng)強度的世界通用標(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)通過對可見光云圖的識別和實際預(yù)報經(jīng)驗，總結(jié)出臺風(fēng)強度與其云型變化之間的關(guān)系，并重點關(guān)注臺風(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)之和定義為臺風(fēng)現(xiàn)時強度指數(shù)（CI），用于描述臺風(fēng)強度，CI指數(shù)變化范圍從1～8，以0.5為變化單位，CI越大，表示臺風(fēng)強度越強。但初始版本的Dvorak技術(shù)只依賴于可見光云圖，因此無法實現(xiàn)全天候監(jiān)測，而且估測精度也不高[17-18]。此后，隨著氣象衛(wèi)星探測技術(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)用于夜間臺風(fēng)的監(jiān)測。期間，Dvorak技術(shù)經(jīng)歷了幾次重要的改進(jìn)。1984年，Dvorak從強調(diào)臺風(fēng)云型結(jié)構(gòu)匹配與簡單的發(fā)展和衰減模型轉(zhuǎn)為注重分析臺風(fēng)云型特征，如彎曲云帶螺旋度、低層環(huán)流中心與深對流之間的距離、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，并對一個熱帶對流云團(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)化了最終強度指數(shù)在臺風(fēng)發(fā)展和消亡階段的限定規(guī)則和約束條件，并對具體應(yīng)用做了詳細(xì)解釋[12]。

Dvorak技術(shù)設(shè)計的初衷是針對北大西洋颶風(fēng)。在西北太平洋和南海，青藏高原和西太平洋暖池使得臺風(fēng)強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，臺風(fēng)云頂亮溫相對較低，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)報員經(jīng)驗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Dvorak技術(shù)進(jìn)行了簡化，總結(jié)出與西北太平洋和南海臺風(fēng)強度變化相關(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，臺風(fēng)總強度指數(shù)定義為環(huán)流中心特征數(shù)、中心強對流密閉云區(qū)特征數(shù)與螺旋云帶帶狀特征數(shù)之和。在此基礎(chǔ)上，中央氣象臺建立起了西北太平洋和南海臺風(fēng)定強分析流程，在臺風(fēng)業(yè)務(wù)中發(fā)揮了積極作用[1,22-23]。簡化后的方法操作簡單，但主要適用于40m/s以下的臺風(fēng)，40m/s以上的臺風(fēng)只能定性地判定為40～60m/s，且分析精度取決于預(yù)報員的經(jīng)驗[24-26]。為了解決上述問題，江吉喜[27]、范蕙君等[26,28]又先后對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BD增強（白、淺灰、深灰和黑）紅外圖像對Dvorak技術(shù)進(jìn)行了簡化，并將同心雙眼墻臺風(fēng)納入分析流程。范蕙君等[26,28]則針對衛(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)緊密度等與臺風(fēng)強度變化相關(guān)的因子，使之適用于各種不同強度的臺風(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)，并實現(xiàn)了人機交互，但對55m/s以上的臺風(fēng)分析誤差仍較大，且易低估臺風(fēng)強度[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的臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強分析流程中。直到2012年之前，中央氣象臺的臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強流程仍然采用衛(wèi)星云圖聯(lián)合分析組和方宗義等[21]簡化后的方法[1,22-23]。

2011年4月11—16日在美國夏威夷召開了世界氣象組織第二屆國際臺風(fēng)最佳路徑資料氣候管理會議（International Best Track Archive for Climate Stewardship Meeting，IBTrACS）和臺風(fēng)衛(wèi)星分析國際研討會（International Workshop Satellite Analysis of Tropical Cyclones），中央氣象臺和上海臺風(fēng)研究所的相關(guān)業(yè)務(wù)研究人員參加了該次會議。會上包括中央氣象臺在內(nèi)的世界各大臺風(fēng)業(yè)務(wù)中心分別展示了Dvorak技術(shù)在臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強中的應(yīng)用情況，除中國以外的業(yè)務(wù)中心均采用1984年版的Dvorak技術(shù)流程，而中央氣象臺的臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強流程則采用衛(wèi)星云圖聯(lián)合分析組和方宗義等[21]簡化后的方法，與國際上通行的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)為分析流程過于簡化，且沒有采用紅外BD增強衛(wèi)星云圖進(jìn)行分析，分析流程僅宏觀地考慮了臺風(fēng)云型特征，而沒有細(xì)致考慮臺風(fēng)眼區(qū)周圍云頂亮溫、眼區(qū)亮溫等與臺風(fēng)強度變化相關(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，與國際上其他業(yè)務(wù)中心定強結(jié)果的可比性差。

因此，無論從參與國際交流的角度，還是從提高我國臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強的精度以及為臺風(fēng)氣候變化趨勢研究提供可靠數(shù)據(jù)來看，均有必要對我國目前的臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強流程進(jìn)行規(guī)范和完善，以實現(xiàn)我國臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強流程與國際其他業(yè)務(wù)中心的接軌，增加我國臺風(fēng)定強數(shù)據(jù)與國際其他業(yè)務(wù)中心的可比性，提升我國在國際臺風(fēng)界的地位以及我國臺風(fēng)最佳路徑數(shù)據(jù)在國際上的認(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臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強分析流程，中央氣象臺于2012年2月22—29日和2013年8月4—17日分別邀請了香港天文臺的陳世倜和美國關(guān)島大學(xué)的Mark Lander進(jìn)行了專題培訓(xùn)和現(xiàn)場指導(dǎo)，培訓(xùn)內(nèi)容包括：臺風(fēng)衛(wèi)星SWAP分析平臺的功能和操作，業(yè)務(wù)定位所用資料、技術(shù)流程規(guī)范及Dvorak業(yè)務(wù)定強分析流程等，為中央氣象臺臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強流程改進(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，臺風(fēng)強度是臺風(fēng)云型結(jié)構(gòu)多種特征的綜合反映[6]。這些特征包括：臺風(fēng)環(huán)流中心與強對流云區(qū)的距離、中心強對流云區(qū)范圍、外圍螺旋云帶以及臺風(fēng)眼區(qū)周圍云頂亮溫、眼區(qū)亮溫等方面。Dvorak技術(shù)是在假定臺風(fēng)云型特征變化與臺風(fēng)某一發(fā)展階段和一定強度相對應(yīng)的基礎(chǔ)上，通過對衛(wèi)星云圖上的臺風(fēng)云型特征進(jìn)行提取和分析，得到用于表征臺風(fēng)強度的臺風(fēng)現(xiàn)時強度指數(shù)（CI），然后由觀測統(tǒng)計得到的CI與臺風(fēng)中心最大風(fēng)速的經(jīng)驗關(guān)系，得到臺風(fēng)近中心最大風(fēng)速，再由臺風(fēng)中心最低海平面氣壓與臺風(fēng)中心最大風(fēng)速的風(fēng)壓統(tǒng)計關(guān)系來確定臺風(fēng)中心最低海平面氣壓。Dvorak技術(shù)能夠反映臺風(fēng)強度變化的關(guān)鍵在于其包含了影響臺風(fēng)強度變化的動力和熱力因子[6]，動力因子包括：臺風(fēng)云系的組織程度和深對流偏離臺風(fēng)中心的距離等，它們分別反映了臺風(fēng)渦度的大小和高低空環(huán)境風(fēng)場水平風(fēng)速垂直切變的大小；熱力因子則包括：不同的臺風(fēng)云型分類和臺風(fēng)眼區(qū)亮溫等方面，它們分別反映了臺風(fēng)對流發(fā)展的強度和臺風(fēng)內(nèi)核發(fā)展的強度。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)定了臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強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。下面僅介紹目前國際上最通行的基于該版本的采用BD增強紅外云圖的臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強分析技術(shù)流程，具體分析流程和步驟如下。

1.1 熱帶擾動分析啟動條件

確定一個熱帶擾動系統(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有一個寬度大于1.5個緯距的濃密而冷的（BD增強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2個緯距。對于同時滿足上述條件的熱帶擾動的初始T指數(shù)定義為1.0或1.5。上述條件將保證一個初始熱帶擾動在未來有足夠且穩(wěn)定發(fā)展的深對流云團(tuán)，在合適的環(huán)境場條件下，可預(yù)報該系統(tǒng)在未來24～36h發(fā)展為臺風(fēng)（即最終強度指數(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)號表示。

1.2 確定臺風(fēng)云系中心

確定臺風(fēng)云系中心（Cloud System Center，CSC），對分析臺風(fēng)云型特征，特別是對切變型和嵌入中心型是非常重要的。在確定臺風(fēng)云系中心時要考慮云型的整體結(jié)構(gòu)，在有可見光時應(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，同時要考慮系統(tǒng)移動的連續(xù)性及與預(yù)報的一致性。對切變型云系，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（圖2a的A點）與少云區(qū)契形的極點（圖2a的B點）的連線中點作為系統(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)報員可根據(jù)當(dāng)前臺風(fēng)的云型特征，選擇對應(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)臺風(fēng)云型特征將臺風(fēng)云型分為六類：①彎曲云帶型（Curved 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)臺風(fēng)強度的發(fā)展規(guī)律和實際預(yù)報經(jīng)驗，針對臺風(fēng)不同云型類型給出了相對應(yīng)的強度指數(shù)模型（圖3），同時針對臺風(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)定強分析中，預(yù)報員可以根據(jù)當(dāng)前臺風(fēng)的云型特征，采用對應(yīng)云型特征的分析流程，得到適合當(dāng)前臺風(fēng)云型特征的臺風(fēng)資料T指數(shù)（Data T Number，DT）。

1.4 確定模式期望指數(shù)

臺風(fēng)模式期望指數(shù)（Model Expected T- Number，MET）定義為臺風(fēng)過云24h強度變化趨勢與該臺風(fēng)24h前的最終強度指數(shù)（FT）之和。在Dvorak分析流程中，Dvorak將臺風(fēng)強度變化趨勢分為發(fā)展（D）、減弱（W）和無明顯變化（S）三類，臺風(fēng)過云24h的強度變化趨勢可通過將當(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，圍繞臺風(fēng)中心的密閉云區(qū)增多增厚、云系結(jié)構(gòu)更為密實，或者眼區(qū)更為清晰，則表示臺風(fēng)強度處在發(fā)展中，相反則表示臺風(fēng)處于減弱中；若云系結(jié)構(gòu)沒有太大變化，則表示臺風(fēng)強度無明顯變化。

此外，Dvorak還根據(jù)臺風(fēng)強度變化的劇烈程度將發(fā)展和減弱趨勢再分為快速發(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，并給出了臺風(fēng)強度發(fā)展的模式期望指數(shù)變化曲線（圖4）[9]。在Dvorak業(yè)務(wù)定強分析中，預(yù)報員可根據(jù)臺風(fēng)24h的強度變化趨勢分析結(jié)果，結(jié)合該臺風(fēng)24h前的FT，確定臺風(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若強度無明顯變化時，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)

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

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

表2 紅外BD增強云圖上不同云型指數(shù)對應(yīng)的臺風(fēng)云系型態(tài)

1.6 確定最終強度指數(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，確定臺風(fēng)FT。具體的限定規(guī)則和約束條件包括：①臺風(fēng)云型特征清晰時，直接使用DT作為FT；②臺風(fēng)云型特征不清晰，但云型可識別時，使用PT作為FT；③當(dāng)臺風(fēng)云型特征不清晰且云型難識別時，使用MET作為FT；④熱帶云團(tuán)首次定強分析時的FT必須為1.0或者1.5；⑤臺風(fēng)最初發(fā)展的48h內(nèi)，由于對流云團(tuán)存在日變化，F(xiàn)T不能在晚上減弱，在實際分析中規(guī)定為20時至次日05時，也即可看到可見光云圖之前，但白天分析時，F(xiàn)T可以出現(xiàn)減弱的情況；⑥熱帶云團(tuán)首次定強分析FT為1.0以后的24h內(nèi)，F(xiàn)T必須≤2.5；⑦當(dāng)FT＜4.0時，6h的變化量不能超過0.5；⑧當(dāng)FT≥4.0時，6h變化不能超過1.0，12h變化不能超過1.5，18h變化不能超過2.0，24h變化不能超過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)是假定臺風(fēng)特定的云型特征與臺風(fēng)強度發(fā)展的特定階段存在對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)典型臺風(fēng)的統(tǒng)計關(guān)系而建立的，因此有時并不能完全反映所有臺風(fēng)強度變化的真實情況。對一些快速增強的臺風(fēng)，有時其強度變化往往超過上述限定，嚴(yán)格使用Dvorak限定規(guī)則和約束條件可能導(dǎo)致對其強度突變的誤判，低估其強度，這時可以打破Dvorak規(guī)則的限定，但打破Dvorak規(guī)則需慎之又慎，且只有在臺風(fēng)云型結(jié)構(gòu)特征清晰、變化特別明顯時才能使用。

1.7 確定現(xiàn)時強度指數(shù)

臺風(fēng)現(xiàn)時強度指數(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)的最終強度分析產(chǎn)品，直接與臺風(fēng)當(dāng)前的強度狀況相對應(yīng)。給定的限定規(guī)則和約束條件是為了保證CI不會因為云型結(jié)構(gòu)指數(shù)虛高而定得過強；而在減弱階段，臺風(fēng)低層風(fēng)場往往會維持一段時間，因此CI也應(yīng)保持相應(yīng)的時間。具體的限定規(guī)則和約束條件包括：①臺風(fēng)發(fā)展階段，CI應(yīng)與FT一致；②臺風(fēng)減弱階段，CI應(yīng)高于FT，實際分析時，臺風(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臺風(fēng)再次發(fā)展時，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)定強分析后，需根據(jù)衛(wèi)星圖像演變對先前分析結(jié)果進(jìn)行檢查。當(dāng)先前分析出現(xiàn)誤差時，需及時修正先前的CI，以保證為后續(xù)分析提供可靠的MET，且這種修正有時可能會改變業(yè)務(wù)定強分析的結(jié)果。

1.8 確定臺風(fēng)中心風(fēng)速和氣壓

Dvorak技術(shù)并不是對臺風(fēng)風(fēng)場和氣壓場的直接觀測，它僅給出了用于表征臺風(fēng)強度的CI。為了直觀地了解臺風(fēng)的強度狀況，還需將反映臺風(fēng)強度的CI指數(shù)與臺風(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。在實際業(yè)務(wù)定強分析中，通常是由CI指數(shù)與臺風(fēng)中心最大風(fēng)速的經(jīng)驗關(guān)系來確定臺風(fēng)中心附近最大風(fēng)速，而中心最低海平面氣壓則是通過應(yīng)用臺風(fēng)風(fēng)壓關(guān)系得到的。

臺風(fēng)風(fēng)壓關(guān)系是一種基于歷史觀測資料得到的臺風(fēng)中心風(fēng)速與氣壓之間的統(tǒng)計關(guān)系，就西北太平洋和南海而言，我國和美國聯(lián)合臺風(fēng)警報中心一直沿用Atkinson等在20世紀(jì)70年代末根據(jù)1947—1974年76個西北太平洋臺風(fēng)實測的平均風(fēng)速和海平面氣壓資料建立的風(fēng)壓統(tǒng)計關(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個西北太平洋臺風(fēng)實測資料所建立的風(fēng)壓統(tǒng)計關(guān)系，兩者在對臺風(fēng)以上強度的風(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)合國亞太經(jīng)社會（ESCAP）和世界氣象組織臺風(fēng)委員會的臺風(fēng)業(yè)務(wù)手冊中[16]與我國的臺風(fēng)業(yè)務(wù)與服務(wù)規(guī)定和氣象衛(wèi)星業(yè)務(wù)產(chǎn)品釋用手冊中[23,34]（表3）。然而，在不同海域，臺風(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年美國飛機觀測資料對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的臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強流程分析中[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。

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

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

這里，需要特別指出的是，Dvorak臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強分析時所采用的臺風(fēng)風(fēng)壓關(guān)系，不僅是影響其分析精度和可信性的一個重要因素[42,45-55]，而且也是進(jìn)行全球臺風(fēng)強度長期趨勢變化評估時，影響臺風(fēng)強度氣候資料均一性的一個關(guān)鍵因素[56-64]。然而，國際上不同臺風(fēng)業(yè)務(wù)中心用來定義臺風(fēng)強度的平均風(fēng)速存在著較大的差異，如我國臺灣、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)受臺風(fēng)影響的國家或地區(qū)采用的是10min平均風(fēng)速，美國采用的是1min平均風(fēng)速，印度采用的是3min平均風(fēng)速，我國采用的則是2min平均風(fēng)速[39-42,44,65]，因此，國際上不同臺風(fēng)業(yè)務(wù)中心進(jìn)行Dvorak臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強分析時所采用的風(fēng)壓關(guān)系也存在較大的差異，從而導(dǎo)致不同臺風(fēng)業(yè)務(wù)中心針對同一臺風(fēng)的強度估計分析結(jié)果也會出現(xiàn)較大的差異，這需要在臺風(fēng)實際業(yè)務(wù)預(yù)報中加以考慮。

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）的臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強分析流程，并開展了業(yè)務(wù)試驗，包括CSC、DT、MET、PT、FT和CI以及臺風(fēng)未來24h強度趨勢預(yù)報等具體分析流程（圖5）。為方便預(yù)報員分析使用，還將Dvorak臺風(fēng)定強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)試驗后，中央氣象臺于2013年正式開展了基于Dvorak技術(shù)的臺風(fēng)定強業(yè)務(wù)應(yīng)用，期間還邀請了美國關(guān)島大學(xué)的Mark Lander教授再次就Dvorak業(yè)務(wù)定強分析技術(shù)進(jìn)行專題培訓(xùn)和現(xiàn)場業(yè)務(wù)指導(dǎo)。在業(yè)務(wù)試驗及應(yīng)用中，中央氣象臺對滿足Dvorak分析條件的熱帶擾動云團(tuán)及編號臺風(fēng)，在進(jìn)入48h警戒線[34]之前每天進(jìn)行4次定強業(yè)務(wù)分析，進(jìn)入48h警戒線后每天進(jìn)行8次定強業(yè)務(wù)分析，具體操作時間參見表4。

表4 中央氣象臺Dvorak實時業(yè)務(wù)操作時間

臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強流程的改進(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臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強的精度和客觀技術(shù)支撐能力，而且對深入認(rèn)識臺風(fēng)的結(jié)構(gòu)變化也起到了較好的促進(jìn)作用，特別是對年輕預(yù)報員把握臺風(fēng)強度發(fā)展變化和提高衛(wèi)星云圖的綜合應(yīng)用能力作用明顯。通過與中國氣象局年度臺風(fēng)最佳路徑的強度資料對比檢驗表明，2013年中央氣象臺臺風(fēng)平均業(yè)務(wù)定強精度由2011年的1.9m/s優(yōu)化至1.3m/s，提高了近32%。同時，Dvorak技術(shù)的業(yè)務(wù)應(yīng)用還增強了我國臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強數(shù)據(jù)與國際上其他臺風(fēng)業(yè)務(wù)中心的可比性，具體從2013年共511個樣本的檢驗情況來看，中央氣象臺確定的CI指數(shù)與日本氣象廳基本一致，但對臺風(fēng)以下強度的CI指數(shù)分析結(jié)果，中央氣象臺較日本氣象廳偏大的樣本偏多明顯，而對臺風(fēng)以上強度，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)分析時所使用的衛(wèi)星資料（MTSAT或FY2系列）不一致有關(guān)，同時也與預(yù)報員的實際分析經(jīng)驗有關(guān)（圖6）。

下面結(jié)合2012—2013年業(yè)務(wù)試驗及應(yīng)用中的具體臺風(fēng)個例，簡要介紹應(yīng)用Dvorak業(yè)務(wù)定強技術(shù)的具體情況及效果。

2.1 Dvorak技術(shù)可為臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強提供技術(shù)支撐

由于缺乏海洋觀測資料，在實際臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強分析中，往往很難準(zhǔn)確地給出臺風(fēng)的實際強度。Dvorak技術(shù)將臺風(fēng)云型結(jié)構(gòu)特征變化與臺風(fēng)一定發(fā)展階段的強度聯(lián)系起來，提供了一種由衛(wèi)星云圖結(jié)構(gòu)特征分析臺風(fēng)的動力和熱力結(jié)構(gòu)、定量給出表征臺風(fēng)強度的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)已成為中央氣象臺臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強分析的主要技術(shù)參考指標(biāo)，尤其在臺風(fēng)快速增強階段。

回顧中央氣象臺過云的臺風(fēng)定強分析業(yè)務(wù)工作，可以發(fā)現(xiàn)，由于當(dāng)時沒有采用BD增強紅外云圖，而采用普通紅外云圖（BW）和簡化分析流程，進(jìn)行臺風(fēng)強度分析。在BW紅外云圖上，預(yù)報員僅靠肉眼和主觀經(jīng)驗很難定量識別臺風(fēng)在不同時次云型特征的細(xì)致差別，因此當(dāng)時的業(yè)務(wù)定強分析流程和結(jié)果均存在著較大的問題，即對40m/s以上的臺風(fēng)只能定性地判定為40～60m/s[24-26]，且往往明顯低估臺風(fēng)的強度。如針對2008年0802號超強臺風(fēng)“威馬遜”的業(yè)務(wù)定強分析，中央氣象臺實時業(yè)務(wù)定強分析中僅將“威馬遜”確定為強臺風(fēng)，中心最大風(fēng)速為45m/s，直至年度臺風(fēng)最佳路徑審定后，才將其修訂為超強臺風(fēng)，中心最大風(fēng)速為55m/s（圖7）。從當(dāng)時的BD增強紅外云圖的演變看，“威馬遜”在2008年5月10日08時至12日02時云型特征變化明顯，中心密閉云區(qū)（圖8中白色區(qū)域）經(jīng)歷了由不規(guī)則—密實對稱—范圍縮小—最后消失的變化過程，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度也出現(xiàn)了明顯的變化，但當(dāng)時中央氣象臺僅從普通的BW紅外云圖進(jìn)行簡單分析（圖8e～8h），很難識別和捕捉到臺風(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、11日08和20時分析的CI指數(shù)一直維持5.0不變，業(yè)務(wù)定強則一直保持45m/s不變；而當(dāng)時日本氣象廳分析的CI指數(shù)則分別為6.0、7.0、7.0和5.5，美國聯(lián)合臺風(fēng)警報中心分別為6.5、7.0、7.0和5.0。其中10日20時和11日08時“威馬遜”眼區(qū)清晰、中心密閉云區(qū)密實對稱，日本和美國分析的CI指數(shù)均為7.0。由于日本的臺風(fēng)強度定義為10min平均風(fēng)速，美國為1min平均風(fēng)速[39-42,65]，所以雖然日本和美國的臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強結(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”強度出現(xiàn)的這種明顯變化，而中央氣象臺的業(yè)務(wù)定強結(jié)果則看不到“威馬遜”強度明顯變化的趨勢，只是在年度臺風(fēng)最佳路徑審定修訂后，才體現(xiàn)了“威馬遜”強度明顯變化的這種趨勢（圖7）。

在中央氣象臺采用1984年版Dvorak技術(shù)進(jìn)行臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強分析流程改進(jìn)之后，由于分析中采用了BD增強紅外圖像，并細(xì)致考慮了臺風(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)確及時把握臺風(fēng)強度的變化過程發(fā)揮了重要作用，尤其可為準(zhǔn)確把握臺風(fēng)的快速增強及強臺風(fēng)以上臺風(fēng)強度的準(zhǔn)確確定提供客觀參考依據(jù)。

下面給出中央氣象臺針對2012年1214號強臺風(fēng)“天秤”（圖9a）和1224號超強臺風(fēng)“寶霞”（圖9b）以及2013年1311號超強臺風(fēng)“尤特”（圖9c）和1330號超強臺風(fēng)“海燕”（圖9d）的業(yè)務(wù)定強結(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度變化趨勢，且CI指數(shù)的變化基本與中央氣象臺業(yè)務(wù)定強的變化趨勢相一致?！疤斐印毕蛭覈_灣東南部靠近時，Dvorak分析可見其中心附近深對流密閉云區(qū)明顯發(fā)展，且面積顯著增大，由部分白色的對流云區(qū)（圖10a）演變?yōu)槌虱h(huán)狀的白色對流云區(qū)，且出現(xiàn)了清晰的眼區(qū)（圖10e），CI指數(shù)由8月20日08時的4.0增至20時的5.5，業(yè)務(wù)定強也由33m/ s增強至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)強高層輻散流出氣流的影響，再次增強，中心附近深對流密閉云區(qū)再次出現(xiàn)清晰的眼區(qū)（圖10f），CI指數(shù)由12月7日08時的4.0增強至20時的6.0，業(yè)務(wù)定強則由33m/s增強至50m/s。在“尤特”快速增強階段，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時的2.5迅速增強至11日20時的7.0，業(yè)務(wù)定強則由18m/s增強至60m/s?！昂Ｑ唷痹谙蚍坡少e中部靠近時，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時的4.5增強至7日20時的8.0，業(yè)務(wù)定強也由35m/s增強至75m/s?？梢姡珼vorak技術(shù)確實可為臺風(fēng)實時定強業(yè)務(wù)提供較為客觀的技術(shù)支撐，尤其是在臺風(fēng)的快速增強階段。

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

這里需要指出的是，Dvorak技術(shù)雖然是一種相對客觀的臺風(fēng)強度估計技術(shù)，但該技術(shù)在臺風(fēng)云型特征的識別上仍具有一定的主觀性，主要表現(xiàn)在對弱臺風(fēng)的云型結(jié)構(gòu)特征識別上，不同的預(yù)報員針對同一臺風(fēng)同一時刻的業(yè)務(wù)定強分析可能會有不同的分析結(jié)果，但從業(yè)務(wù)試驗及應(yīng)用的實際效果來看，由于在弱臺風(fēng)期間，CI指數(shù)數(shù)值小，分析的差異不會太明顯，因此，這在總體上并不影響Dvorak業(yè)務(wù)定強分析的精度，而且隨著預(yù)報員對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)包含了與臺風(fēng)強度發(fā)展變化相關(guān)的環(huán)境動力和熱力兩類因子，但由于Dvorak技術(shù)是在假定臺風(fēng)特定的云型特征與臺風(fēng)強度變化發(fā)展的特定階段存在對應(yīng)關(guān)系的前提下，根據(jù)典型臺風(fēng)的統(tǒng)計關(guān)系而建立的，因此Dvorak技術(shù)并不能完全反映所有臺風(fēng)強度變化的真實情況，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）對一些小尺度的臺風(fēng)（Midget Typhoon），由于環(huán)繞臺風(fēng)中心的深對流冷云區(qū)最小寬度往往達(dá)不到Dvorak限定規(guī)則中對相應(yīng)色階的深對流冷云區(qū)的最小寬度要求，嚴(yán)格按照Dvorak限定規(guī)則進(jìn)行分析，常會產(chǎn)生一定的偏差，低估其強度。

2）Dvorak技術(shù)的一系列限制規(guī)則和約束條件對臺風(fēng)強度突變的考慮存在不足，Dvorak規(guī)定：當(dāng)FT＜4.0時，其6h的變化量不能超過0.5；當(dāng)FT≥4.0時，其6h變化量不能超過1.0，12h變化量不能超過1.5，18h變化量不能超過2.0，24h變化量不能超過2.5。但一些快速增強臺風(fēng)的強度變化往往超過上述限定，因此當(dāng)臺風(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）對于一些由季風(fēng)低壓發(fā)展而來的尺度較大的臺風(fēng)，其中心附近由于缺少深對流，Dvorak分析也常會低估其強度。

4）對于一些移速較快的臺風(fēng)，由于環(huán)境風(fēng)場的疊加和作用，常會造成臺風(fēng)破壞力的加強，而這時的Dvorak分析也常會低估其強度。

5）對于同時具有斜壓性和正壓性特征的溫帶氣旋，特別是變性中（后）臺風(fēng)，Dvorak分析也會由于系統(tǒng)中心附近缺乏持續(xù)的深對流云區(qū)而造成對其強度的低估。

6）對一些臨近登陸的臺風(fēng)，由于臺風(fēng)中心附近對流云系較為松散，Dvorak分析也常會低估其強度，而這些臺風(fēng)往往在海岸地形向岸風(fēng)的作用下，觀測到的地面風(fēng)速卻會非常大。如2012年1211號強臺風(fēng)海葵”（圖11a）和2013年1323號強臺風(fēng)“菲特”在靠近華東沿海時（圖11b），在可見光云圖上，“?？焙汀胺铺亍本尸F(xiàn)典型的臺風(fēng)結(jié)構(gòu)（圖略），中心密閉云區(qū)完整，且在紅外BD增強云圖上，兩者也呈現(xiàn)出完整典型的臺風(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）的深對流云區(qū)未形成環(huán)狀，很難根據(jù)眼型來確定其DT指數(shù)，而即使根據(jù)眼型來確定其DT指數(shù)，也因為環(huán)繞臺風(fēng)中心的深對流冷云區(qū)的最小寬度達(dá)不到Dvorak對相應(yīng)色階的深對流冷云區(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)到臺風(fēng)強度的下限（33m/s）。而“?？焙汀胺铺亍痹诳拷A東期間，地面觀測的多個沿岸及海島測站地面風(fēng)速卻出現(xiàn)持續(xù)增大，并出現(xiàn)了14級以上的平均持續(xù)風(fēng)速。“?？逼陂g，浙江東磯和大陳觀測到的最大平均風(fēng)速分別達(dá)46.9m/s（15級）和39.4m/s（13級）；而在“菲特”期間，浙江石坪和南麂觀測到的最大平均風(fēng)速則分別達(dá)59.7m/s（17級）和50.7m/s（15級）。因此，中央氣象臺對“海葵”和“菲特”的實時業(yè)務(wù)定強一直維持著強臺風(fēng)強度，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鐵塔觀測資料的分析也證實了中央氣象臺對“?？钡膶崟r業(yè)務(wù)定強結(jié)果的合理性。以上分析表明，對一些中心附近云系較為松散、且臨近登陸的臺風(fēng)，Dvorak技術(shù)業(yè)務(wù)定強分析結(jié)果有時會出現(xiàn)較大的偏差，這時需綜合分析各種觀測資料，進(jìn)行及時訂正。

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風(fēng)業(yè)務(wù)定強分析技術(shù)手段，為世界各大臺風(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、簡要介紹了目前國際上最通行的1984年版本的基于BD增強紅外云圖的Dvorak臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強分析技術(shù)流程以及中央氣象臺在2012—2013年開展的業(yè)務(wù)試驗及應(yīng)用情況。業(yè)務(wù)試驗及應(yīng)用的結(jié)果表明：雖然Dvorak技術(shù)在臺風(fēng)云型特征的識別分析方面仍具有一定的主觀性，主要表現(xiàn)在弱臺風(fēng)的云型結(jié)構(gòu)特征識別上，但從業(yè)務(wù)實踐的實際效果來看，這在總體上并不影響Dvorak業(yè)務(wù)定強分析的精度，因此，Dvorak技術(shù)分析得到的臺風(fēng)現(xiàn)時強度指數(shù)（CI指數(shù)）可以作為中央氣象臺臺風(fēng)實時業(yè)務(wù)定強分析的主要技術(shù)參考指標(biāo)，為臺風(fēng)業(yè)務(wù)實時定強分析提供客觀技術(shù)依據(jù)，特別是對一些高影響的極端臺風(fēng)事件（如1013號超強臺風(fēng)“鲇魚”和1330號超強臺風(fēng)“海燕”）和快速增強臺風(fēng)的強度監(jiān)測分析。

2）Dvorak技術(shù)的業(yè)務(wù)應(yīng)用不僅提高了我國臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強分析的精度和客觀技術(shù)支撐能力，而且對深入認(rèn)識臺風(fēng)的結(jié)構(gòu)變化也起到了較好的促進(jìn)作用，特別是對年輕預(yù)報員把握臺風(fēng)強度發(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Dvorak技術(shù)的業(yè)務(wù)應(yīng)用還實現(xiàn)了我國臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強分析流程與國際其他臺風(fēng)業(yè)務(wù)中心分析流程的接軌，增強了我國臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強數(shù)據(jù)與國際上其他臺風(fēng)業(yè)務(wù)中心的可比性。與中國氣象局臺風(fēng)最佳路徑資料對比檢驗表明，中央氣象臺臺風(fēng)平均業(yè)務(wù)定強精度由2011年的1.9m/s優(yōu)化至2013年的1.3m/s，提高近32%；針對2013年中央氣象臺和日本氣象廳所確定的共511個CI指數(shù)對比樣本的檢驗結(jié)果表明，兩者確定的CI指數(shù)基本一致，但對臺風(fēng)以下強度的CI指數(shù)分析結(jié)果，中央氣象臺較日本氣象廳偏大的樣本偏多明顯，而對臺風(fēng)以上強度，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)分析時所使用的衛(wèi)星資料（MTSAT或FY2系列）不一致有關(guān)，同時也與預(yù)報員的實際分析經(jīng)驗有關(guān)。

3）Dvorak技術(shù)并不是對臺風(fēng)風(fēng)場和氣壓場的直接觀測，其本質(zhì)上是一種基于衛(wèi)星圖像估計臺風(fēng)強度的統(tǒng)計方法，并不能完全反映所有臺風(fēng)強度變化的真實情況，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)在實際臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強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站或飛機觀測等多種資料來對Dvorak分析結(jié)果進(jìn)行有益的補充分析是非常必要的，且綜合應(yīng)用各種探測資料得到的臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強分析結(jié)果往往更為合理，并更接近地面實際觀測的風(fēng)速。

4）Dvorak技術(shù)分析中采用的臺風(fēng)風(fēng)壓關(guān)系，是影響臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強分析精度和可信性以及臺風(fēng)強度氣候資料均一性的重要因素。在我國，由于目前還沒有建立適用于將臺風(fēng)強度定義為2min平均風(fēng)速的臺風(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，在臺風(fēng)實時業(yè)務(wù)定強分析中，仍需預(yù)報員對Dvorak定強分析結(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，這不僅將影響我國臺風(fēng)業(yè)務(wù)定強分析的精度，而且也將影響我國臺風(fēng)最佳路徑數(shù)據(jù)在國際上的認(rèn)知度和可信度。

[1]矯梅燕. 現(xiàn)代天氣業(yè)務(wù)（上）. 北京: 氣象出版社, 2010．

[2]Sadler J C. Tropical cyclones of the Eastern North Pacifc as revealed by TIROS observations. J Appl Meteor, 1964, 3: 347-366.

[3]Fett R W. Life cycle of Tropical Cyclone Judy as revealed by ESSA II and NIMBUS II. Mon Wea Rev, 1966, 94: 605–610.

[4]Fritz S, Hubert L F, Timchalk A. Some inferences from satellite pictures of tropical disturbances. Mon Wea Rev, 1966, 94: 231–236.

[5]Hubert L F, Timchalk A. Estimating hurricane wind speeds from satellite pictures. Mon Wea Rev, 1969, 97: 382–383.

[6]Velden C, Harper B, Wells F, et al. The Dvorak tropical cyclone intensity estimation technique: A satellite-based method that has endured for over 30 years. Bull Amer Meteor Soc, 2006, 87: 1195–1210.

[7]Dvorak V F. A technique for the analysis and forecasting of tropical cyclone intensities from satellite pictures. NOAA Tech Memo NESS 36, 1972.

[8]Dvorak V F. A technique for the analysis and forecasting of tropical cyclone intensities from satellite pictures. NOAA Tech Memo NESS 45, 1973.

[9]Dvorak V F. Tropical cyclone intensity analysis and forecasting from satellite imagery. Mon Wea Rev, 1975, 103: 420–462.

[10]Dvorak V F. Tropical cyclone intensity analysis and forecasting from satellite visible or enhanced infrared imagery. NOAA National Environmental Satellite Service, Applications Laboratory Training Notes, 1982.

[11]Dvorak V F. Tropical cyclone intensity analysis using satellite data. NOAA Tech Report NESDIS 11, 1984.

[12]Dvorak V F. Tropical clouds and cloud systems observed in satellite imagery: Tropical cyclones. Workbook Vol.2, 1995.

[13]McBride J L, Holland G J. Tropical cyclone forecasting: A worldwide summary of techniques and verifcation statistics. Bull Amer Met Soc, 1987, 68: 1230-1238.

[14]世界氣象組織（WMO）. 全球熱帶氣旋預(yù)報指南. 裘國慶, 方維模, 等譯. 北京: 氣象出版社, 1995．

[15]John A. Knaff, Daniel P B, Courtney J, et al. An evaluation of Dvorak technique-based tropical cyclone intensity estimates. Wea Forecasting, 2010, 25: 1362-1379.

[16]World Meteorological Organization. Tropical Cyclone Programme Report No. TCP-23: Typhoon Committee Operational Manual: Meteorological Component 2014 Edition, WMO/TD-No.196, 2014.

[17] 劉喆, 朱元競, 李萬彪, 等. 氣象衛(wèi)星資料在估測熱帶氣旋強度方向的應(yīng)用進(jìn)展．熱帶氣象學(xué)報, 2008, 24(5): 550-556.

[18] 劉喆, 王新, 李萬彪, 等. Dvorak技術(shù)估測熱帶氣旋強度研究進(jìn)展.氣象科技, 2007, 35(4): 453-457.

[19]Guard C P, Carr L E, Wells F H, et al. Joint Typhoon Warning Center and the challenges of multibasin tropical cyclone forecasting. Wea Forecasting, 1995, 7: 328–352.

[20]衛(wèi)星云圖聯(lián)合分析組. 用衛(wèi)星云圖分析預(yù)報臺風(fēng)的方法(上). 氣象, 1980, 6(9): 24-26.

[21]方宗義, 周連翔. 用地球同步氣象衛(wèi)星紅外云圖估計熱帶氣旋的強度. 氣象學(xué)報, 1980, 38(2): 150-159.

[22]王志烈, 費亮編. 臺風(fēng)預(yù)報手冊. 北京: 氣象出版社, 1987．

[23]董超華. 氣象衛(wèi)星業(yè)務(wù)產(chǎn)品釋用手冊. 北京: 氣象出版社, 1999.

[24]范蕙君, 李修芳, 燕芳杰, 等. 確定臺風(fēng)強度方法的改進(jìn). 氣象, 1990, 16(8): 10-14.

[25]李修芳, 范蕙君, 燕芳杰, 等. 用增強顯示云圖確定熱帶氣旋強度的方法. 應(yīng)用氣象學(xué)報, 1993, 4(3): 10-14.

[26]范蕙君, 李修芳, 燕芳杰, 等. 用數(shù)字云圖確定熱帶氣旋強度的原理和方法. 大氣科學(xué), 1996, 20(4): 439-444.

[27]江吉喜. 增強顯示紅外衛(wèi)星云圖在熱帶氣旋分析中的應(yīng)用. 氣象學(xué)報, 1986, 44(4): 482-487.

[28]范蕙君, 李修芳, 燕芳杰, 等. 用數(shù)字云圖確定熱帶氣旋強度方法的檢驗和應(yīng)用. 應(yīng)用氣象學(xué)報, 1996, 7(1): 113-117.

[29]燕芳杰, 范蕙君, 李修芳, 等. 用數(shù)字云圖確定熱帶氣旋強度的人機對話系統(tǒng). 氣象, 1995, 21(11): 30-32.

[30]World Meteorological Organization. The Final Report of International Workshop on Satellite Analysis of Tropical Cyclones, 2011.

[31]World Meteorological Organization. Tropical Cyclone Programme Report No. TCP-52: Proceedings of the International Workshop on Satellite Analysis of Tropical Cyclones, 2011.

[32]Paul McCrone. Dvorak Guide [Online]. Available: http://www. mccrones.com/tropical/dvorak/.

[33]郭煒, 盧乃錳, 孫冬聯(lián), 等譯．美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）培訓(xùn)教材: 衛(wèi)星觀測的熱帶云和云系. 北京: 氣象出版社, 1996.

[34]中國氣象局. 臺風(fēng)業(yè)務(wù)和服務(wù)規(guī)定（第四次修訂版）. 北京: 氣象出版社, 2012.

[35]Atkinson G D, Holliday C R. Tropical cyclone minimum sea level pressure/maximum sustained wind relationship for the western north pacifc. Mon Wea Rev, 1977, 105: 421-427.

[36]Koba H, Osano S, Hagiwara T, et al. Determination of intensity of typhoons passing through the Philippine islands (in Japanese). J Meteor Res, 1989, 41: 157–162.

[37]Koba H, Hagiwara T, Osano S, et al. Relationships between CI Number from Dvorak's technique and minimum sea level pressure or maximum wind speed of tropical cyclones (in Japanese). J Meteor Res, 1990, 42(2): 59–67.

[38]Koba H, Hagiwara T, Osano S, et al. Akashi. Relationships between CI Number and minimum sea level pressure/maximum wind speed of tropical cyclones. Geophysical Magazine, 1991, 44(1): 15-25.

[39]Osano S. Improvement of tropical cyclone analysis with satellite data. The 22nd session of ESCAP/WMO Typhoon Committee, Japan, 1989.

[40]Kamahori H, Yamazaki N, Mannoji N, et al. Variability in intense tropical cyclone days in the Western North Pacifc. SOLA, 2006, 2: 104-107.

[41]Nakazawa T, Hoshino S. Intercomparison of Dvorak parameters in the tropical cyclone datasets over the Western North Pacific. SOLA, 2009, 5: 33-36.

[42]Harper B. A. Tropical cyclone parameter estimation in the Australian region: Wind–pressure relationships and related issues for engineering planning and design. A discussion paper. Systems Engineering Australia Pty Ltd (SEA) for Woodside Energy Ltd, 2002.

[43]燕方杰, 范永祥. 西北太平洋臺風(fēng)近中心最大風(fēng)速與中心最低海平面氣壓的統(tǒng)計相關(guān). 氣象科技, 1994, (1): 56-59．

[44]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局, 中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會. 臺風(fēng)等級GB/T19201-2006.北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2006.

[45]Guard C P, Lander M A. A wind–pressure relationship for midget TCs in the western North Pacifc. 1996 Annual Tropical Cyclone Report of Joint Typhoon Warning Center, 1996.

[46]Callaghan J, Smith R K. The relationship between surface wind speeds and central pressure in tropical cyclones. Aust Meteorological Magazine, 1998, 47: 191-202.

[47]許映龍. 重新審視臺風(fēng)業(yè)務(wù)中的風(fēng)壓關(guān)系. 第14屆全國熱帶氣旋科學(xué)討論會, 2007.

[48]Knaff J A, Zehr R M. Reexamination of tropical cyclone wind–pressure relationships. Wea Forecasting, 2007, 22: 71–88.

[49]Shyamnath V. Comments on “Reexamination of Tropical Cyclone Wind–Pressure Relationship”. Wea Forecasting, 2008, 23: 758–761.

[50]Harper B A, Stroud S A, McCormack M, et al. A review of historical tropical cyclone intensity in North-western Australia and implications for climate change trend analysis. Aust Meteor Mag, 2008, 57: 121-141.

[51]Greg H. A Revised Hurricane Pressure-Wind Model. Mon Wea Rev, 2008, 136: 3432–3445.

[52]Knaf J A, Zehr R M. Reply to Comments on "Reexamination of Tropical Cyclone Wind-Pressure Relationship". Wea Forecasting, 2008, 23: 762-770.

[53]Courtney J, Knaf JA. Adapting the Knaf and Zehr wind-pressure relationship for operational use in tropical cyclone warning centres. Aust Meteor Ocea J . 2009, 58(3): 167-179.

[54]Kieu C Q, Chen H, Zhang D L. An examination of the pressurewind relationship in intense tropical cyclones. Wea Forecasting, 2010, 25: 895-907.

[55]Knaf J A, Harper B A. Tropical cyclone surface wind structure and wind-pressure relationships. WMO 7th International Workshop on Tropical Cyclones, 2010.

[56]Knapp K R, Kruk M C,. Levinson D H, et al.The International Best Track Archive for Climate Stewardship (IBTrACS): Unifying tropical cyclone best track data. Bull Amer Meteor Soc, 2010, 91: 363-376.

[57]Landsea C W, Anderson C, Charles N, et al. The Atlantic hurricane database reanalysis project: Documentation for 1851–1910 alterations and additions to the HURDAT database. Hurricanes and Typhoons: Past, Present, and Future. Columbia: Columbia UnivPress, 2004.

[58]Webster P J, Holland G J, Curry J A, et al. Changes in tropical cyclone number, duration, and intensity in a warming environment. Science, 2005, 309: 1844–1846.

[59]Brown D P, Franklin J L, Landsea CW. A fresh look at tropical cyclone pressure-wind relationships using recent reconnaissancebased best track data (1998–2005). Preprints, 27th AMS Conference on Hurricanes and Tropical Meteorology, Monterey, CA, April 2006.

[60]Weber H C. On the pressure–wind relationship in tropical cyclones. Preprints, 27th Conf. on Hurricanes and Tropical Meteorology, Monterey, CA, 2007.

[61]Kossin J P, Knapp K R, Vimont D J, et al. A globally consistent reanalysis of hurricane variability and trends. Geophysical Research Letters, 2007, 34: p6.

[62]Kruk M C, Knapp K R, Levinson D H, et al. Data stewardship of global tropical cyclone best tracks. Preprints, 28th Conf on Hurricanes and Tropical Meteorology, Orlando, FL, 2008.

[63]Michael K C, Knapp K R, Levinson D H. A technique for combining global tropical cyclone best track data. J Atmos Oceanic Technol, 2010, 27: 680–692.

[64]Kenneth K R., Kruk M C. quantifying interagency diferences in tropical cyclone best-track wind speed estimates. Mon Wea Rev, 2010, 138: 1459–1473.

[65]Harper B A, Kepert J D, Ginger JD. Guidelines for converting between various wind averaging periods in tropical cyclone conditions. World Meteorological Organization,TCP Sub-Project Report, WMO/TD-No.1555, 2010.

[66]Tang Jie, Wu Dan. Intensity identifcation of typhoon haikui (1211) during the landing stage. Trop Cycl Res Rev, 2013, 2(1): 25-34.

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：國家自然科學(xué)基金項目（41275066和41175063）；公益性行業(yè)（氣象）科研專項（GYHY200906002和GYHY201106004）