許映龍，黃奕武

(1. 國(guó)家氣象中心，北京 100081; 2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

2015年西北太平洋和南海臺(tái)風(fēng)活動(dòng)特征及主要預(yù)報(bào)技術(shù)難點(diǎn)

許映龍1,2，黃奕武1

(1. 國(guó)家氣象中心，北京 100081; 2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

利用常規(guī)氣象觀測(cè)資料、1949—2015年中國(guó)氣象局臺(tái)風(fēng)最佳路徑資料、2015年中日美臺(tái)風(fēng)實(shí)時(shí)定位資料、1°×1°的NOAA/OISST月平均海溫資料和NCEP/FNL再分析資料以及0.5°×0.5°的NCEP-RTG實(shí)時(shí)海溫等資料，對(duì)2015年西北太平洋和南海臺(tái)風(fēng)活動(dòng)的主要特征、厄爾尼諾對(duì)該年臺(tái)風(fēng)整體活動(dòng)的影響、1508號(hào)臺(tái)風(fēng)“鯨魚(yú)”實(shí)時(shí)定位、1522號(hào)臺(tái)風(fēng)“彩虹”近海急劇加強(qiáng)預(yù)報(bào)、1510號(hào)臺(tái)風(fēng)“蓮花”和1521號(hào)臺(tái)風(fēng)“杜鵑”長(zhǎng)時(shí)效路徑預(yù)報(bào)以及地面觀測(cè)系統(tǒng)存在的薄弱環(huán)節(jié)等主要業(yè)務(wù)技術(shù)難點(diǎn)和問(wèn)題進(jìn)行了初步分析。結(jié)果表明： 1)2015年臺(tái)風(fēng)活動(dòng)活躍期不明顯，呈現(xiàn)生成總數(shù)與多年平均持平、南海臺(tái)風(fēng)偏少、生成源地偏東、強(qiáng)度強(qiáng)、超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)異常偏多、登陸個(gè)數(shù)及頻次偏少等特征。2)2015年臺(tái)風(fēng)主要活動(dòng)特征與極強(qiáng)厄爾尼諾事件關(guān)系密切，但厄爾尼諾對(duì)臺(tái)風(fēng)的影響不是單一的，其影響物理機(jī)制尚待深入研究。3)臺(tái)風(fēng)“鯨魚(yú)”實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)定位的精度直接影響其登陸預(yù)報(bào)的精度，綜合應(yīng)用多源觀測(cè)資料、規(guī)范臺(tái)風(fēng)定位業(yè)務(wù)流程，有利于臺(tái)風(fēng)定位和路徑預(yù)報(bào)精度的提高。4)臺(tái)風(fēng)快速增強(qiáng)和路徑長(zhǎng)時(shí)效預(yù)報(bào)仍是臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)的主要技術(shù)瓶頸，高分辨率臺(tái)風(fēng)-海-氣-浪耦合模式、集合預(yù)報(bào)及相關(guān)動(dòng)力統(tǒng)計(jì)模式和天氣物理概念模型的研發(fā)改進(jìn)將是未來(lái)的主要解決技術(shù)途徑。5)中國(guó)地面觀測(cè)系統(tǒng)尚不具備對(duì)極端臺(tái)風(fēng)的監(jiān)測(cè)能力，在沿海受臺(tái)風(fēng)影響的重點(diǎn)區(qū)域(包括海島)布設(shè)先進(jìn)的重型機(jī)械式強(qiáng)風(fēng)儀，將有助于提高對(duì)極端臺(tái)風(fēng)事件的監(jiān)測(cè)能力。

臺(tái)風(fēng); 活動(dòng)特征; 預(yù)報(bào)技術(shù)難點(diǎn); 快速增強(qiáng); 高層流出氣流; 集合預(yù)報(bào)

引言

中國(guó)地處西北太平洋西岸，大陸海岸線(xiàn)長(zhǎng)達(dá)18 800多千米，特殊的地理位置和漫長(zhǎng)的海岸線(xiàn)，決定了沿海各省自南向北均可能受到臺(tái)風(fēng)活動(dòng)的影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，平均每年約有7個(gè)臺(tái)風(fēng)在沿海地區(qū)登陸，居世界首位。臺(tái)風(fēng)登陸時(shí)所伴隨的狂風(fēng)、暴雨和風(fēng)暴潮常常給沿海及內(nèi)陸地區(qū)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，因此臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)及相關(guān)理論技術(shù)研究一直是中國(guó)氣象部門(mén)及相關(guān)研究部門(mén)最為重要課題之一。

近20多年來(lái)，隨著氣象探測(cè)體系、數(shù)值模式和集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)以及資料同化技術(shù)的發(fā)展和業(yè)務(wù)應(yīng)用，中國(guó)臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，在國(guó)家防臺(tái)減災(zāi)中的重要作用日益顯現(xiàn)。但隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，目前臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)預(yù)警水平尚遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足各行業(yè)對(duì)臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)的精細(xì)化服務(wù)需求，如對(duì)于臺(tái)風(fēng)異常路徑、臺(tái)風(fēng)近?？焖僭鰪?qiáng)以及臺(tái)風(fēng)長(zhǎng)時(shí)效路徑預(yù)報(bào)等方面預(yù)報(bào)誤差還較大。臺(tái)風(fēng)路徑和強(qiáng)度預(yù)報(bào)的偏差，常導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)登陸地點(diǎn)預(yù)報(bào)范圍過(guò)大、風(fēng)雨影響出現(xiàn)偏差，成為制約防臺(tái)工作的重大瓶頸，限制了臺(tái)風(fēng)防御工作的精細(xì)化、科學(xué)化水平。

2015年，中央氣象臺(tái)24 h、48 h、72 h、96 h和120 h臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)誤差分別為66 km、120 km、176 km、244 km和329 km[1]，整體上均優(yōu)于2014年(84 km、146 km、205 km、280 km和415 km)[2]和過(guò)去5年(2010—2014年)平均的預(yù)報(bào)水平(100 km、173 km、260 km、333 km和501 km)[2-6]，達(dá)到歷史最好，且整體上與日本氣象廳(68 km、118 km、171 km、255 km和359 km)和美國(guó)聯(lián)合臺(tái)風(fēng)警報(bào)中心(72 km、113 km、171 km、242 km和343 km)的預(yù)報(bào)水平相當(dāng)或略?xún)?yōu)一些[1]，其中，24 h臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)誤差首次低于70 km。在臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報(bào)方面，中央氣象臺(tái)24 h、48 h和72 h臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報(bào)誤差分別為4.3 m·s-1、6.4 m·s-1和7.6 m·s-1[1]，除72 h較2014年(5.1 m·s-1、7.5 m·s-1和7.4 m·s-1)[2]和過(guò)去5年(4.6 m·s-1、6.7 m·s-1和7.3 m·s-1)[2-6]的平均誤差水平有所增大外，24 h和48 h時(shí)效均較2014年和近5年平均水平有所降低，且好于日本氣象廳(5.1 m·s-1、8.0 m·s-1和9.4 m·s-1)和美國(guó)聯(lián)合臺(tái)風(fēng)警報(bào)中心(4.9 m·s-1、7.1 m·s-1和8.1 m·s-1)的預(yù)報(bào)水平[1]。

2015年，中央氣象臺(tái)臺(tái)風(fēng)路徑強(qiáng)度預(yù)報(bào)整體上均較為準(zhǔn)確，但對(duì)個(gè)別臺(tái)風(fēng)的預(yù)報(bào)則不盡人意，如1508號(hào)臺(tái)風(fēng)“鯨魚(yú)”在登陸前不到1 h發(fā)布的臺(tái)風(fēng)黃色預(yù)警中報(bào)錯(cuò)了登陸地段，其原因是業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)定位出現(xiàn)較大的偏差；又如1510號(hào)臺(tái)風(fēng)“蓮花”和1521號(hào)臺(tái)風(fēng)“杜鵑”的120 h長(zhǎng)時(shí)效路徑預(yù)報(bào)以及1522號(hào)臺(tái)風(fēng)“彩虹”近海急劇加強(qiáng)的預(yù)報(bào)均出現(xiàn)了較大的偏差。此外，“彩虹”登陸導(dǎo)致登陸點(diǎn)附近幾乎所有地面觀測(cè)系統(tǒng)毀損或癱瘓，使得臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)服務(wù)工作一度出現(xiàn)被動(dòng)局面。

此文將利用常規(guī)氣象觀測(cè)資料、1949—2015年中國(guó)氣象局臺(tái)風(fēng)最佳路徑資料、2015年中日美臺(tái)風(fēng)實(shí)時(shí)定位資料、NOAA/OISST(V2)月平均海溫資料(1°×1°)、NCEP/FNL再分析資料(1°×1°)以及NCEP-RTG實(shí)時(shí)海溫資料(0.5°×0.5°)等，首先對(duì)2015年西北太平洋和南海臺(tái)風(fēng)活動(dòng)的主要特征進(jìn)行簡(jiǎn)單回顧，然后對(duì)該年度臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)中的主要業(yè)務(wù)技術(shù)難點(diǎn)和問(wèn)題進(jìn)行討論，以期為未來(lái)臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)提供參考。

1 2015年臺(tái)風(fēng)活動(dòng)特征

1.1 生成數(shù)與多年平均持平和登陸數(shù)偏少特征

2015年，西北太平洋和南海海域共有27個(gè)臺(tái)風(fēng)生成(圖1a)，與多年平均值(約27.0個(gè))持平(圖2a)。其中，有5個(gè)臺(tái)風(fēng)先后登陸中國(guó)沿海地區(qū)(圖1b)，登陸數(shù)較多年平均值(約7.0個(gè))偏少2個(gè)(圖2b)，登陸比例為18.5%，低于多年平均值(25.8%)。此外，還有9個(gè)雖未登陸中國(guó)，但仍對(duì)中國(guó)海域或沿海地區(qū)帶來(lái)一定影響(圖1a)。

圖1 2015年西北太平洋和南海(a)和登陸中國(guó)(b)臺(tái)風(fēng)路徑圖Fig.1 The tracks of TCs over Western North Pacific and South China Sea (a) and those made landfall over China coastal areas (b) in 2015

圖2 1949—2015年西北太平洋和南海逐年生成臺(tái)風(fēng)頻數(shù)(a)和逐年登陸中國(guó)臺(tái)風(fēng)頻數(shù)(b)變化曲線(xiàn)Fig.2 The change curves of the annual TC formation frequency over Western North Pacific and South China Sea (a) and the annual frequency of TC landing on China (b) from 1949 to 2015

1.2 臺(tái)風(fēng)活躍期不明顯特征

2015年，逐月均有臺(tái)風(fēng)發(fā)生。其中，1—6月的臺(tái)風(fēng)非活躍期中共有9個(gè)臺(tái)風(fēng)形成，比多年平均值(4.7個(gè))約多1倍；而在7—10月的臺(tái)風(fēng)活躍期，共有16個(gè)臺(tái)風(fēng)生成，較多年平均值(18.6個(gè))偏少2.6個(gè)。此年度臺(tái)風(fēng)非活躍期主要集中在盛夏(8月)、秋末及初冬(11—12月)，期間共有5個(gè)臺(tái)風(fēng)生成，較多年平均值(9.3個(gè))偏少4.3個(gè)(圖3)。

1.3 生成源地偏東和南海臺(tái)風(fēng)活動(dòng)偏少特征

2015年，在150°E以東海域有多達(dá)14個(gè)臺(tái)風(fēng)生成(圖4)，占生成總數(shù)的51.85%，遠(yuǎn)高于多年平均值(20.15%)。作為臺(tái)風(fēng)生成多發(fā)區(qū)的菲律賓以東洋面(150°E以西)及南海僅有13個(gè)臺(tái)風(fēng)發(fā)生，占生成總數(shù)的48.15%，遠(yuǎn)低于多年平均值(79.85%)。特別是南海海域(120°E以西海域)只有2個(gè)臺(tái)風(fēng)生成，僅占總數(shù)的7.41%，還不到多年平均值(4.6個(gè)和16.89%)的一半。

1.4 臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度偏強(qiáng)和超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)異常偏多特征

2015年，臺(tái)風(fēng)的平均極值強(qiáng)度為46.3 m·s-1(15級(jí))，高于多年平均值(40.3 m·s-1，13級(jí))。其中，中心最大風(fēng)速極值為17.2～32.6 m·s-1(8～11級(jí))的臺(tái)風(fēng)出現(xiàn)頻率為22.2%，低于多年平均值(38.7%)；而中心最大風(fēng)速極值大于等于32.7 m·s-1(12級(jí)以上)的臺(tái)風(fēng)出現(xiàn)頻率為77.8%，高于多年平均值(61.3%)。尤其是中心最大風(fēng)速極值大于等于41.5 m·s-1(14級(jí)及以上)的臺(tái)風(fēng)出現(xiàn)頻率為70.4%，遠(yuǎn)高于多年平均值(39.3%)。中心最大風(fēng)速極值大于等于51.0 m·s-1(16級(jí)及以上)的超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)異常偏多，高達(dá)15個(gè)，占該年臺(tái)風(fēng)總數(shù)的55.6%，比多年平均值(6個(gè)，22.1%)多出1倍以上(表1)。

表1 2015年臺(tái)風(fēng)極值強(qiáng)度分布與歷史多年(1949—2015年)情況對(duì)比

Table 1 The comparison of TCs’ extreme intensity distribution between 2015 and 1949—2015

臺(tái)風(fēng)中心風(fēng)速/(m·s-1)17 2～24 424 5～32 632 7～41 441 5～50 9≥51 0合計(jì)1949—2015年生成數(shù)/個(gè)2764233973113991806多年平均生成數(shù)(1949—2015年)/個(gè)4 126 315 934 645 9626 962015年生成數(shù)/個(gè)422415272015年百分比/%14 817 417 4114 8155 56100 00多年平均百分比(1949—2015年)/%15 2823 4221 9817 2222 09100 00

1.5 登陸頻次偏少和登陸強(qiáng)度偏強(qiáng)特征

2015年，共有5個(gè)臺(tái)風(fēng)7次登陸中國(guó)沿海地區(qū)(表2)。其中，廣東和臺(tái)灣各2個(gè)(不含二次登陸)、海南1個(gè)。登陸中國(guó)的臺(tái)風(fēng)個(gè)數(shù)和頻次均較多年平均值偏少(圖5)。

此外，5個(gè)登陸中國(guó)臺(tái)風(fēng)的平均登陸強(qiáng)度為38.4 m·s-1(13級(jí))，明顯強(qiáng)于多年平均登陸強(qiáng)度值(31.8 m·s-1，11級(jí))。其中，1522號(hào)臺(tái)風(fēng)“彩虹”登陸廣東湛江時(shí)中心風(fēng)速達(dá)52 m·s-1(16級(jí))，為1949年以來(lái)10月登陸中國(guó)最強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。

表2 2015年登陸中國(guó)臺(tái)風(fēng)一覽表

Table 2 The list of TCs made landfall over China in 2015

臺(tái)風(fēng)編號(hào)中英文名稱(chēng)極值強(qiáng)度登陸地點(diǎn)登陸時(shí)間登陸強(qiáng)度風(fēng)力/級(jí)風(fēng)速/(m·s-1)中心氣壓/hPa1508鯨魚(yú)(Kujira)強(qiáng)熱帶風(fēng)暴海南萬(wàn)寧6月22日18：2010259821510蓮花(Linfa)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)廣東陸豐7月9日12：0513389651513蘇迪羅(Soudelor)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)臺(tái)灣花蓮福建莆田8月8日04：408月8日22：10151148309409801521杜鵑(Dujuan)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)臺(tái)灣宜蘭福建莆田9月28日17：509月29日08：50151048289459851522彩虹(Mujigae)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)廣東湛江10月4日14：101652935

圖5 多年(1949—2015年)與2015年登陸臺(tái)風(fēng)在中國(guó)各省市區(qū)的分布對(duì)比Fig.5 The comparison of the provincial distribution of TCs made landfall over China between 2015 and 1949—2015

2 主要業(yè)務(wù)技術(shù)難點(diǎn)和問(wèn)題

2.1 厄爾尼諾對(duì)臺(tái)風(fēng)活動(dòng)的影響

根據(jù)美國(guó)NOAA/OISST(1°×1°)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，2015年，赤道中東太平洋表層海水持續(xù)偏暖，厄爾尼諾事件持續(xù)發(fā)展，尤其自夏季開(kāi)始，異常高海溫距平區(qū)向西擴(kuò)展(圖6a-c)，并在10月達(dá)到最強(qiáng)(圖6d)，其后中心強(qiáng)度有所減弱(圖6e)。12月，大于3.2 ℃距平的暖海溫區(qū)位于165°W以東的赤道東太平洋廣闊海域(圖6f)，中心位于107°W附近，強(qiáng)度達(dá)到4.0 ℃。截止12月底，厄爾尼諾海溫距平指數(shù)累計(jì)達(dá)到28.0 ℃，達(dá)到極強(qiáng)厄爾尼諾事件標(biāo)準(zhǔn)(海溫距平累計(jì)指數(shù)大于等于16.6 ℃)[7]。

圖6 2015年入夏以后海表溫度(OISST)距平分布(單位：℃)(a. 7月，b. 8月，c. 9月，d. 10月，e. 11月，f. 12月)Fig.6 The sea surface temperature (OISST) anomaly distribution after the summer in 2015(unit:℃)(a.July, b. August, c. September, d. October, e. November, f. December)

過(guò)去大量研究指出[8-10]，厄爾尼諾年，赤道東太平洋變暖時(shí)，熱帶西北太平洋變冷、大氣穩(wěn)定度增加，不利于積云對(duì)流在熱帶西太平洋發(fā)展，臺(tái)風(fēng)生成數(shù)相應(yīng)會(huì)減少，登陸中國(guó)的數(shù)量也會(huì)較常年偏少。2015年，赤道中東太平洋表層海水持續(xù)偏暖，強(qiáng)度異常偏強(qiáng)，導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)生成源地偏東、南海臺(tái)風(fēng)偏少、臺(tái)風(fēng)活躍期不明顯，而源地偏東則有利于臺(tái)風(fēng)在海上發(fā)展。但生成總數(shù)卻與多年平均持平，較30 a(1981—2010年)氣候平均值(25.5個(gè))則偏多。表明厄爾尼諾對(duì)臺(tái)風(fēng)活動(dòng)的影響并不是單一的，其中所涉及的對(duì)海洋、大氣以及天氣氣候影響的物理機(jī)制仍有待進(jìn)一步深入研究。

2.2 “鯨魚(yú)”業(yè)務(wù)定位問(wèn)題

在臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)中，臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)的質(zhì)量依賴(lài)于臺(tái)風(fēng)初始定位和定強(qiáng)的精度，尤其是當(dāng)臺(tái)風(fēng)即將登陸時(shí)，高精度的臺(tái)風(fēng)定位和定強(qiáng)對(duì)短期預(yù)報(bào)至關(guān)重要[11]。較大的定位和定強(qiáng)誤差往往會(huì)導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)出現(xiàn)重大偏差或失誤，如當(dāng)臺(tái)風(fēng)初始定位誤差為25 km時(shí)，48 h路徑預(yù)報(bào)的誤差可達(dá)300 km以上[12]，且初始定位偏差可影響所有時(shí)效的路徑預(yù)報(bào)結(jié)果，而一些大的、近乎災(zāi)難性的預(yù)報(bào)誤差是由于使用衛(wèi)星資料定位分析時(shí)追蹤了不正確的特征或局部環(huán)流中心所致[12]。

在1508號(hào)臺(tái)風(fēng)“鯨魚(yú)”預(yù)報(bào)服務(wù)過(guò)程中，“鯨魚(yú)”強(qiáng)度較弱，從衛(wèi)星云圖(圖略)上很難確定其中心位置，因此包括中央氣象臺(tái)、日本氣象廳和美國(guó)聯(lián)合臺(tái)風(fēng)警報(bào)中心等國(guó)內(nèi)外業(yè)務(wù)中心所確定的“鯨魚(yú)”中心位置均存在較大的差異，三家業(yè)務(wù)中心之間的定位差異達(dá)60～100 km(圖7a)。由于臺(tái)風(fēng)定位存在困難，國(guó)內(nèi)外各業(yè)務(wù)中心的定位差異較大，中央氣象臺(tái)自6月22日13時(shí)后的逐小時(shí)定位出現(xiàn)較大偏差，“鯨魚(yú)”本應(yīng)是向西北移動(dòng)，而逐小時(shí)實(shí)時(shí)定位則顯示是先向東北、后向偏北移動(dòng)，并移過(guò)海南萬(wàn)寧所在緯度，因此中央氣象臺(tái)22日18時(shí)發(fā)布的臺(tái)風(fēng)黃色預(yù)警預(yù)報(bào)“鯨魚(yú)”將于22日夜間在海南瓊海到文昌一帶沿海登陸，而50 min后卻發(fā)現(xiàn)“鯨魚(yú)”已在萬(wàn)寧登陸，出現(xiàn)奇異的西南折路徑(圖7b)。正是實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)定位出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致“鯨魚(yú)”登陸地點(diǎn)預(yù)報(bào)錯(cuò)誤，預(yù)報(bào)服務(wù)效果受到較大影響。

圖7 1508號(hào)臺(tái)風(fēng)“鯨魚(yú)”(KUJIRA)中日美6 h(a)和中央氣象臺(tái)1 h(b)間隔實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)路徑(青、黃和紅色分別表示中日美路徑，數(shù)字表示日期)Fig.7 The real time operational tracks of Typhoon Kujira (1508) at 6-hour (a) and 1-hour (b, CMA) interval(cyan, yellow and red lines indicate CMA, JMA and JTWC respectively; the number implies date)

因此，為了提高臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定位的精度，特別是臺(tái)風(fēng)登陸前的關(guān)鍵服務(wù)階段的定位精度，在實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)定位過(guò)程中，必須綜合應(yīng)用包括地面加密自動(dòng)站、浮標(biāo)、船舶以及衛(wèi)星、雷達(dá)等各種觀測(cè)資料，一旦出現(xiàn)定位不連續(xù)時(shí)必須密切關(guān)注、嚴(yán)密監(jiān)視，而規(guī)范化的臺(tái)風(fēng)定位業(yè)務(wù)流程則十分注重臺(tái)風(fēng)定位的連續(xù)性[13]。此外，為進(jìn)一步加強(qiáng)臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定位的客觀技術(shù)支撐，必須重視和加強(qiáng)基于多源觀測(cè)資料的臺(tái)風(fēng)精細(xì)化定位技術(shù)的研發(fā)。

2.3 “彩虹”近海急劇加強(qiáng)問(wèn)題

自20世紀(jì)90年代以來(lái)，各國(guó)臺(tái)風(fēng)路徑業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)進(jìn)步明顯，強(qiáng)度預(yù)報(bào)卻進(jìn)展緩慢[14]。然而近幾年來(lái)，借助飛機(jī)觀測(cè)對(duì)臺(tái)風(fēng)初始場(chǎng)的改進(jìn)以及高分辨率數(shù)值模式發(fā)展和強(qiáng)度動(dòng)力統(tǒng)計(jì)模型改進(jìn)，美國(guó)國(guó)家颶風(fēng)中心颶風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報(bào)取得了顯著的進(jìn)步[15-16]。研究表明，臺(tái)風(fēng)發(fā)展及其強(qiáng)度變化是多種尺度系統(tǒng)相互作用的結(jié)果，主要包括：下墊面與臺(tái)風(fēng)的相互作用、環(huán)境大氣與臺(tái)風(fēng)的相互作用和臺(tái)風(fēng)與中尺度系統(tǒng)的相互作用等[17-21]。在環(huán)境大氣與臺(tái)風(fēng)的相互作用方面，一些研究認(rèn)為，高層流出是影響臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度及其結(jié)構(gòu)變化的重要關(guān)鍵因子[22-25]，美國(guó)海軍研究院(ONR)為此將高層流出理論研究及其業(yè)務(wù)應(yīng)用列入其2014—2018年度研究計(jì)劃的重要工作，并開(kāi)展相關(guān)外場(chǎng)觀測(cè)試驗(yàn)，目的是了解高層流出對(duì)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)變化及其預(yù)報(bào)的影響[25]。

2015年，中心最大風(fēng)速極值大于等于41.5 m·s-1(14級(jí)及以上)的臺(tái)風(fēng)高達(dá)18個(gè)，接近多年平均值(10.6個(gè))的一倍，其中1522號(hào)臺(tái)風(fēng)“彩虹”移入南海后，強(qiáng)度急劇加強(qiáng)，登陸廣東湛江，登陸時(shí)中心風(fēng)力達(dá)16級(jí)(52 m·s-1)，為1949年以來(lái)10月登陸中國(guó)最強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。

仔細(xì)分析“彩虹”移入南海時(shí)的海洋大氣狀況，可以發(fā)現(xiàn)“彩虹”近海急劇加強(qiáng)與下墊面和環(huán)境大氣的相互作用關(guān)系密切。由NCEP全球?qū)崟r(shí)海溫資料(RTG-SST，0.5°×0.5°)分析可知，“彩虹”移入南海時(shí)，南海中北部海表溫度普遍在29 ℃以上(圖8a)，較常年平均海溫偏高0.8～2.4 ℃，尤其是粵西和瓊東海面偏高達(dá)1.6～2.0 ℃(圖8b)，因此當(dāng)“彩虹”移至粵西異常高海溫海面時(shí)，潛熱釋放加強(qiáng)、對(duì)流加劇，強(qiáng)度急劇加強(qiáng)。而在200 hPa流場(chǎng)圖上則可以看到，“彩虹”進(jìn)入南海時(shí)高層僅為向赤道的單流出氣流(圖9a)，但隨著向粵西沿?？拷?，其高層逐漸建立起雙流出氣流結(jié)構(gòu)，且“彩虹”高層流出氣流逐漸與副熱帶西風(fēng)急流相連(圖9b)，導(dǎo)致其高層輻散流出氣流急劇加強(qiáng)，高低空環(huán)境風(fēng)垂直切變也隨之減小，“彩虹”急劇發(fā)展。此外，在850 hPa低層，“彩虹”移入南海后，還伴隨著來(lái)自南半球越赤道氣流和副熱帶高壓西側(cè)東南風(fēng)流入的增強(qiáng)(圖略)。

圖8 2015年10月2日NCEP-RTG實(shí)時(shí)海表溫度(a)和距平(b)分析(單位：℃)Fig.8 The analysis of real time NCEP-RTG sea surface temperature (a) and anomaly (b) on 2 October 2015(unit: ℃)

由上述分析可知，“彩虹”具備了臺(tái)風(fēng)加強(qiáng)發(fā)展所需要的各種有利的海洋和大氣環(huán)境條件，但在實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)過(guò)程中，國(guó)內(nèi)外各種主客觀預(yù)報(bào)均未能準(zhǔn)確預(yù)報(bào)出其近海急劇加強(qiáng)的過(guò)程，中央氣象臺(tái)雖然預(yù)報(bào)出“彩虹”在近海將有可能加強(qiáng)為臺(tái)風(fēng)或強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，但存在較大預(yù)報(bào)偏差，24 h和48 h強(qiáng)度預(yù)報(bào)誤差分別達(dá)5.0 m·s-1和11.5 m·s-1?？紤]到現(xiàn)有業(yè)務(wù)模式(尤其是全球模式)分辨率不高，臺(tái)風(fēng)快速增強(qiáng)預(yù)報(bào)仍將是未來(lái)臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)中的主要技術(shù)難點(diǎn)，高分辨率臺(tái)風(fēng)區(qū)域海氣浪耦合模式、相關(guān)動(dòng)力統(tǒng)計(jì)模式和天氣物理概念模型的研發(fā)和改進(jìn)仍將是未來(lái)解決臺(tái)風(fēng)快速增強(qiáng)預(yù)報(bào)的主要技術(shù)途徑，如美國(guó)國(guó)家颶風(fēng)中心(NHC/NOAA)和美國(guó)聯(lián)合臺(tái)風(fēng)警報(bào)中心(JTWC)先后發(fā)展并應(yīng)用于業(yè)務(wù)的基于模式輸出的臺(tái)風(fēng)快速增強(qiáng)指數(shù)(The Rapid Intensification Index，RII)動(dòng)力統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方法等[26-30]。

圖9 NCEP/FNL再分析資料200 hPa流線(xiàn)和等風(fēng)速區(qū)(填色)分析(單位：m·s-1)(a.2015年10月2日20時(shí)，b.2015年10月4日14時(shí))Fig.9 The analysis of NCEP/FNL 200 hPa stream line and isotach region (shadings) (unit: m·s-1) (a.20:00 BST 2 October 2015, b.14:00 BST 4 October 2015)

圖10 1510號(hào)臺(tái)風(fēng)“蓮花”(a，預(yù)報(bào)時(shí)間為2015年7月5日02時(shí))和1521號(hào)臺(tái)風(fēng)“杜鵑”(b，預(yù)報(bào)時(shí)間為2015年9月23日02時(shí))主客觀預(yù)報(bào)路徑與實(shí)況路徑對(duì)比(白色實(shí)線(xiàn)為中央氣象臺(tái)實(shí)時(shí)觀測(cè)路徑、黃色虛線(xiàn)為中央氣象臺(tái)主觀預(yù)報(bào)路徑、紅色虛線(xiàn)為多模式集合預(yù)報(bào)訂正方法(TYTEC)預(yù)報(bào)路徑，數(shù)字表示日期)Fig.10 The comparison of the subjective forecasting tracks, objective forecasting tracks and real time observed tracks of Typhoon Linfa (1510, initial time: 02:00 BST July 5, 2015) (a) and Typhoon Dujuan (1521 initial time: 02:00 BST September 23, 2015) (b) (The white solid line is CMA real time observed track; the yellow dashed line is CMA subjective forecasting track; the red dashed line is TYTEC forecasting track; the number indicates date)

2.4 臺(tái)風(fēng)長(zhǎng)時(shí)效路徑預(yù)報(bào)

2012年中央氣象臺(tái)建立了基于ECMWF單一集合預(yù)報(bào)產(chǎn)品的臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)訂正方法及相應(yīng)的臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)流程，該方法的基本原理為：通過(guò)最新臺(tái)風(fēng)實(shí)況定位在集合預(yù)報(bào)中優(yōu)選一定數(shù)目(8個(gè))的好成員，然后利用優(yōu)選成員的平均值作臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)。2013年進(jìn)一步優(yōu)化了ECMWF集合預(yù)報(bào)優(yōu)選成員數(shù)的選取，發(fā)現(xiàn)優(yōu)選成員在12～17個(gè)之間可使臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)誤差達(dá)到最小[31]。在此基礎(chǔ)上，2014年進(jìn)一步發(fā)展了基于ECMWF和NCEP多集合預(yù)報(bào)模式產(chǎn)品的臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)訂正方法(Typhoon Track Ensemble Correction Method，簡(jiǎn)稱(chēng)TYTEC方法)。

業(yè)務(wù)實(shí)踐表明，基于集合預(yù)報(bào)產(chǎn)品的臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)訂正方法的業(yè)務(wù)應(yīng)用，使得中央氣象臺(tái)2012年以來(lái)的臺(tái)風(fēng)路徑業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)誤差呈明顯減小的趨勢(shì)，2012—2015年24 h臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)誤差分別為103 km、84 km、84 km和66 km[1-2，5-6]，而2011年24 h誤差則為122 km[4]。2015年24 h、48 h、72 h、96 h和120 h臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)誤差分別達(dá)到66 km、120 km、176 km、244 km和329 km，整體上與日本氣象廳(68 km、118 km、171 km、255 km和359 km)和美國(guó)聯(lián)合臺(tái)風(fēng)警報(bào)中心(72 km、113 km、171 km、242 km和343 km)的誤差水平相當(dāng)[1]。

雖然臺(tái)風(fēng)集合預(yù)報(bào)產(chǎn)品的業(yè)務(wù)應(yīng)用大大提高了中國(guó)臺(tái)風(fēng)路徑業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率，但對(duì)一些臺(tái)風(fēng)的長(zhǎng)時(shí)效(5 d)路徑預(yù)報(bào)，仍然存在較大的預(yù)報(bào)偏差或預(yù)報(bào)不確定性，尤其是對(duì)臺(tái)風(fēng)初始時(shí)期或多臺(tái)風(fēng)活動(dòng)期間的長(zhǎng)時(shí)效路徑業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)誤差仍然較大。如對(duì)1510號(hào)臺(tái)風(fēng)“蓮花”7月5日02時(shí)和1521號(hào)臺(tái)風(fēng)“杜鵑”9月23日02時(shí)的120 h路徑預(yù)報(bào)誤差分別達(dá)995 km和2 530 km。中央氣象臺(tái)主觀預(yù)報(bào)“蓮花”登陸菲律賓后，將沿臺(tái)灣東部近海北上進(jìn)入東海南部。TYTEC方法則預(yù)報(bào)“蓮花”登陸菲律賓后，將在福建再次登陸，深入內(nèi)陸。而實(shí)況則是“蓮花”登陸菲律賓后，移入南海北部，以北偏西轉(zhuǎn)偏西路徑登陸廣東(圖10a)。中央氣象臺(tái)主觀預(yù)報(bào)和TYTEC方法均預(yù)報(bào)“杜鵑”將以偏北轉(zhuǎn)東北路徑趨向日本東南洋面，而實(shí)況則是“杜鵑”以西北轉(zhuǎn)偏西路徑趨向臺(tái)灣東部，先后登陸臺(tái)灣和福建(圖10b)?！吧徎ā陛^大的預(yù)報(bào)偏差主要與1509號(hào)臺(tái)風(fēng)“燦鴻”的雙臺(tái)風(fēng)作用導(dǎo)致數(shù)值模式出現(xiàn)較大偏差有關(guān)。“杜鵑”則是與臺(tái)風(fēng)初始生成時(shí)數(shù)值模式對(duì)形勢(shì)場(chǎng)預(yù)報(bào)的重大偏差有關(guān)，模式?jīng)]有預(yù)報(bào)出西太平洋副熱帶高壓的西伸加強(qiáng)過(guò)程，而是預(yù)報(bào)副熱帶高壓將減弱東退。這種情況通常出現(xiàn)在秋季的9月下旬—10月上旬，如2013年臺(tái)風(fēng)“菲特”的預(yù)報(bào)也是這樣的[32]。

圖11 2014年“威馬遜”(1409)影響期間(2014年7月18日00時(shí)—19日00時(shí))海南七州列島(a)和2015年“彩虹”(1522)影響期間(2015年10月4日08—20時(shí))廣東湛江三嶺山(b)自動(dòng)站觀測(cè)風(fēng)速變化Fig.11 The change of observed wind speed at Qizhou Island, Hainan province from 00:00 BST July 18 to 00:00 BST July 19, 2014 during Typhoon Rammasun (1409) (a) and at Sanlingshan, Zhangjiang, Guangdong province from 08:00 to 20:00 BST October 4, 2015 during Typhoon Mujigae (1522) (b)

可見(jiàn)，臺(tái)風(fēng)長(zhǎng)時(shí)效路徑預(yù)報(bào)在目前的臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)服務(wù)中仍然存在巨大的挑戰(zhàn)，而為了提高臺(tái)風(fēng)長(zhǎng)時(shí)效路徑預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率，除了加強(qiáng)數(shù)值/集合預(yù)報(bào)模式的改進(jìn)研發(fā)外，還必須進(jìn)一步加強(qiáng)天氣物理概念模型和相關(guān)模式訂正技術(shù)以及客觀方法的研發(fā)，以便在實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)中及時(shí)對(duì)數(shù)值/集合預(yù)報(bào)模式結(jié)果做出正確合理的訂正。

2.5 地面觀測(cè)系統(tǒng)

近年來(lái)，通過(guò)沿海及海島強(qiáng)風(fēng)儀建設(shè)，中國(guó)沿海臺(tái)風(fēng)影響區(qū)強(qiáng)風(fēng)觀測(cè)能力得到了極大加強(qiáng)，提升了資料稀疏區(qū)和高影響天氣區(qū)觀測(cè)資料的獲取能力。但中國(guó)目前在沿海及海島布設(shè)的強(qiáng)風(fēng)儀，仍然不具備對(duì)極端臺(tái)風(fēng)的監(jiān)測(cè)能力，主要表現(xiàn)為：1)強(qiáng)風(fēng)儀風(fēng)速測(cè)量極限低。強(qiáng)風(fēng)儀基本為國(guó)內(nèi)組裝，測(cè)量極限僅能達(dá)到70 m·s-1左右，一旦實(shí)際風(fēng)速接近或超過(guò)70 m·s-1，登陸點(diǎn)附近強(qiáng)風(fēng)儀普遍被摧毀或嚴(yán)重受損，因此中國(guó)沿海強(qiáng)風(fēng)儀尚不具備獲取極端臺(tái)風(fēng)的實(shí)際風(fēng)速的能力。2)沿海及海島強(qiáng)風(fēng)儀抗風(fēng)抗腐蝕能力差。與內(nèi)陸不同，沿海及海島地區(qū)常年濕度大，且常受強(qiáng)烈海風(fēng)吹襲，易發(fā)生銹蝕、風(fēng)蝕和鹽蝕等腐蝕現(xiàn)象。但目前沿海及海島強(qiáng)風(fēng)儀仍按內(nèi)陸標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，抗鹽蝕和風(fēng)蝕能力差，導(dǎo)致強(qiáng)風(fēng)儀使用壽命低，強(qiáng)風(fēng)儀常在極端臺(tái)風(fēng)條件下受損或倒毀。

1522號(hào)臺(tái)風(fēng)“彩虹”登陸廣東湛江，創(chuàng)下了1949年以來(lái)10月登陸中國(guó)最強(qiáng)臺(tái)風(fēng)記錄?！安屎纭钡顷懫陂g，登陸點(diǎn)附近幾乎所有風(fēng)速儀均被強(qiáng)風(fēng)摧毀，而2014年超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“威馬遜”登陸瓊粵期間，登陸點(diǎn)附近的瓊粵沿海風(fēng)速儀也同樣均被強(qiáng)風(fēng)摧毀[33]，導(dǎo)致無(wú)法獲取極端臺(tái)風(fēng)條件下完整的風(fēng)速記錄(圖11a-b)，給確定臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度帶來(lái)了極大困難。因此，為了提高中國(guó)對(duì)極端臺(tái)風(fēng)事件的監(jiān)測(cè)能力，建議在沿海受臺(tái)風(fēng)影響的重點(diǎn)區(qū)域(包括海島)布設(shè)先進(jìn)的重型機(jī)械式強(qiáng)風(fēng)儀或超聲波脈沖式強(qiáng)風(fēng)儀、加強(qiáng)觀測(cè)場(chǎng)地及周?chē)O(shè)施建設(shè)，以便在極端臺(tái)風(fēng)影響下能夠真正地獲取實(shí)際風(fēng)力資料，為臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)定強(qiáng)、防臺(tái)減災(zāi)、災(zāi)后評(píng)估、基礎(chǔ)設(shè)施及重大工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供基礎(chǔ)性的觀測(cè)數(shù)據(jù)支持。

3 小結(jié)與討論

1)2015年，臺(tái)風(fēng)活動(dòng)呈現(xiàn)活躍期不明顯、生成總數(shù)與多年平均持平、南海臺(tái)風(fēng)偏少、生成源地偏東、強(qiáng)度強(qiáng)、超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)異常偏多、登陸個(gè)數(shù)及頻次偏少等特征，其中1522號(hào)臺(tái)風(fēng)“彩虹”為該年登陸我國(guó)最強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，創(chuàng)1949年以來(lái)10月登陸中國(guó)最強(qiáng)臺(tái)風(fēng)記錄。

2) 2015年臺(tái)風(fēng)主要活動(dòng)特點(diǎn)與極強(qiáng)厄爾尼諾事件關(guān)系密切，但厄爾尼諾對(duì)臺(tái)風(fēng)的影響不是單一的，其影響物理機(jī)制尚待進(jìn)一步深入研究。

3) 臺(tái)風(fēng)“鯨魚(yú)”實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)定位的精度直接影響其登陸預(yù)報(bào)的精度，綜合應(yīng)用多源觀測(cè)資料、規(guī)范臺(tái)風(fēng)定位業(yè)務(wù)流程，有利于臺(tái)風(fēng)定位和路徑預(yù)報(bào)精度的提高，特別是針對(duì)弱臺(tái)風(fēng)的登陸預(yù)報(bào)服務(wù)。

4) 臺(tái)風(fēng)快速增強(qiáng)和路徑長(zhǎng)時(shí)效預(yù)報(bào)仍是臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)的主要技術(shù)瓶頸，高層流出氣流的增強(qiáng)和海溫異常與臺(tái)風(fēng)快速增強(qiáng)關(guān)系密切，長(zhǎng)時(shí)效臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)的較大偏差主要與多臺(tái)風(fēng)活動(dòng)和臺(tái)風(fēng)初始階段模式較大的預(yù)報(bào)偏差有關(guān)，高分辨率臺(tái)風(fēng)海氣浪耦合模式、集合預(yù)報(bào)及相關(guān)動(dòng)力統(tǒng)計(jì)模式和天氣物理概念模型的研發(fā)改進(jìn)將是未來(lái)的主要解決技術(shù)途徑。

5) 臺(tái)風(fēng)“彩虹”登陸期間，登陸點(diǎn)附近幾乎所有地面觀測(cè)設(shè)備損毀或癱瘓，表明中國(guó)地面觀測(cè)系統(tǒng)尚不具備對(duì)極端臺(tái)風(fēng)的監(jiān)測(cè)能力，沿海受臺(tái)風(fēng)影響的重點(diǎn)區(qū)域(包括海島)合理布設(shè)先進(jìn)的重型機(jī)械式強(qiáng)風(fēng)儀，將有助于提高中國(guó)對(duì)極端臺(tái)風(fēng)事件的監(jiān)測(cè)能力。

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The activity characteristics and forecasting difficulties of tropical cyclones over Western North Pacific and South China Sea in 2015

XU Yinglong1，2, HUANG Yiwu1

(1.NationalMeteorologicalCenter,Beijing100081,China; 2.UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China)

By using conventional observational data, CMA Tropical Cyclone Best Track Dataset from 1949 to 2015, real time track by CMA, Japan Meteorological Agency (JMA) and Joint Typhoon Warning Center (JTWC) , monthly NOAA optimum interpolation sea surface temperature data (1°×1°), NCEP FNL reanalysis data (1°×1°) and NCEP real-time global sea surface temperature data (0.5°×0.5°), some preliminary analyses are made about the main forecasting technical difficulties and problems for operational TC forecasting and warning in 2015, such as the main activity characteristics of TCs over Western North Pacific and South China Sea, the influence of El Nio on TC activity, the real time operational positioning for Typhoon Kujira (1508), the rapid intensification forecasting of Typhoon Mujigae (1522) over coastal waters,the long time track forecasting for Typhoon Linfa (1510) and Typhoon Dujuan (1521) and some weaknesses in surface observation system. The results show that: 1) There is not an obvious active stage during 2015 TC season,which is characterized by: almost same annual formation frequency as the long-time average, fewer TCs over South China Sea, more easterly TC origins, stronger intensity, abnormally more super typhoons, fewer landing number and lower landing frequency and so on. 2) The main TC activity characteristics in 2015 are closely related to the strong El Nio event, and its physical mechanism is still to be further studied. 3) The accuracy of real-time operational positioning of Typhoon Kujira (1508) directly affected its landing forecasting.The application of multi-source observation data and the standardized operational TC positioning flow is usefull for improving TC positioning and track forecasting. 4) The rapid intensification and long-term track forecasting are still major technical bottlenecks in operational TC forecasting and warning, and the development of TC high-resolution sea-air-wave coupling model, ensemble forecast, dynamic statistical model and synoptic physics concept model will be the main technical approach in future. 5) Current surface observation network in China does not have the ability to monitor extreme TCs, and it could be improved by deploying more advanced heavy-duty mechanical strong wind anemograph in key coastal areas (including islands) affected by TCs.

tropical cyclone; activity characteristics; forecast difficulties; rapid intensification; upper-level outflow; ensemble forecasting

10.19513/j.cnki.issn2096-3599.2017.01.004. (in Chinese)

2017-02-01；

2017-03-05

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41275066)

許映龍(1968—)，男，研究員級(jí)高級(jí)工程師，主要從事臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)及預(yù)報(bào)技術(shù)研究，xuyl@cma.gov.cn。

黃奕武(1983—)，男，碩士研究生，工程師，主要從事臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)及預(yù)報(bào)技術(shù)研究，huangyiwu@cma.gov.cn。

P457.8

A

2096-3599(2017)01-0031-11

10.19513/j.cnki.issn2096-3599.2017.01.004

許映龍，黃奕武.2015年西北太平洋和南海臺(tái)風(fēng)活動(dòng)特征及主要預(yù)報(bào)技術(shù)難點(diǎn)[J].海洋氣象學(xué)報(bào)，2017，37(1)：31-41.

Xu Yinglong, Huang Yiwu. The activity characteristics and forecasting difficulties of tropical cyclones over Western North Pacific and South China Sea in 2015[J].Journal of Marine Meteorology,2017,37(1):31-41.