王鳳，瓦力江·瓦黑提，胡亮，黃曉瑩

（廣東省氣象臺(tái)，廣東廣州 510640）

自2012年以來(lái)，中國(guó)氣象局與廣東省政府先后簽署落實(shí)了兩輪氣象現(xiàn)代化建設(shè)合作備忘錄，分別為2012—2015和2016—2019年，期間廣東省氣象部門(mén)在氣象現(xiàn)代化、深化氣象改革、完善氣象事業(yè)發(fā)展保障機(jī)制等方面獲得豐碩成果，廣東氣象科技創(chuàng)新和綜合氣象監(jiān)測(cè)能力、區(qū)域數(shù) 值 天 氣 預(yù) 報(bào) 模 式 水 平 大 幅 提 高［1－3］。2012—2019年廣東每年氣象災(zāi)害損失占GDP的比重由0.65%下降為0.23%，每年因氣象災(zāi)害死亡人數(shù)從3位數(shù)降至2位數(shù)［4］。

臺(tái)風(fēng)是影響廣東最嚴(yán)重的強(qiáng)烈災(zāi)害性天氣之一，臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)準(zhǔn)確與否對(duì)做好防災(zāi)減災(zāi)、保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全息息相關(guān)。臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)精確度是兩輪省部合作的重要內(nèi)容之一。省部合作以來(lái)，廣東氣象部門(mén)在臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)技術(shù)和研究方面取得了長(zhǎng)足進(jìn)展［5－7］。本研究通過(guò)計(jì)算兩輪省部合作期間（2012—2019年）廣東省氣象臺(tái)的臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)誤差（簡(jiǎn)稱“誤差”），首先分析其變化趨勢(shì)；其次對(duì)比第1輪和第2輪省部合以來(lái)臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)能力的變化；最后評(píng)估當(dāng)前臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)能力。對(duì)當(dāng)前臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)能力的了解有助于在制作風(fēng)雨預(yù)報(bào)時(shí)充分考慮路徑預(yù)報(bào)誤差對(duì)大風(fēng)和降雨預(yù)報(bào)的影響，同時(shí)也為決策者在防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)部署中充分考慮預(yù)報(bào)不確定性帶來(lái)的影響提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)于預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)和決策氣象服務(wù)都具有參考意義。

1 數(shù)據(jù)和方法

本研究評(píng)定的臺(tái)風(fēng)為2012—2109年期間廣東省氣象臺(tái)發(fā)布預(yù)報(bào)且在預(yù)報(bào)責(zé)任區(qū)（130°E以西，25°N以南）活動(dòng)過(guò)的命名臺(tái)風(fēng)。檢驗(yàn)數(shù)據(jù)為廣東省氣象臺(tái)于02：00（北京時(shí)，下同）、08：00、14：00和20：00發(fā)布的主觀預(yù)報(bào)和中央氣象臺(tái)發(fā)布的臺(tái)風(fēng)實(shí)況。檢驗(yàn)的預(yù)報(bào)時(shí)效為6、12、24、36、48、60、72、96和120 h，由于各臺(tái)風(fēng)生命史長(zhǎng)短不一，各預(yù)報(bào)時(shí)效參與檢驗(yàn)的臺(tái)風(fēng)數(shù)量不同（表1），當(dāng)某個(gè)臺(tái)風(fēng)所有起報(bào)時(shí)次發(fā)布的預(yù)報(bào)中至少一次出現(xiàn)上述各預(yù)報(bào)時(shí)效的預(yù)報(bào)時(shí)，該臺(tái)風(fēng)就被計(jì)作相應(yīng)預(yù)報(bào)時(shí)效的有效樣本，其中6和60 h的預(yù)報(bào)從2015年底開(kāi)始納入臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)，因此本研究部分分析不包含6和60 h的預(yù)報(bào)誤差。

根據(jù)臺(tái)風(fēng)實(shí)況位置，計(jì)算每個(gè)位置上的球面距離，采用平均絕對(duì)誤差進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式為｜，其中MAE為平均絕對(duì)誤差，F(xiàn)為預(yù)報(bào)值，O為實(shí)況值，i為第i個(gè)樣本，N為樣本數(shù)。單個(gè)臺(tái)風(fēng)平均誤差為生命過(guò)程誤差中所有預(yù)報(bào)時(shí)次的平均值，年度誤差則為該年度所有符合條件臺(tái)風(fēng)過(guò)程誤差的平均值。另外，臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)誤差包括距離誤差和移向誤差，本研究?jī)H針對(duì)距離誤差進(jìn)行分析，簡(jiǎn)稱的誤差、路徑誤差、預(yù)報(bào)誤差等均指距離誤差，登陸臺(tái)風(fēng)均指登陸廣東省的臺(tái)風(fēng)。

表1 檢驗(yàn)臺(tái)風(fēng)樣本數(shù)量

2 兩輪省部合作期間臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)能力評(píng)估

2.1 24 h路徑預(yù)報(bào)質(zhì)量對(duì)比

兩輪省部合作中，對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑精確度進(jìn)行評(píng)價(jià)的指標(biāo)為24 h路徑預(yù)報(bào)偏差，首先通過(guò)對(duì)比該指標(biāo)評(píng)估兩輪現(xiàn)代化建設(shè)以來(lái)廣東臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)能力的變化。分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)第1輪氣象現(xiàn)代化的建設(shè)，在第2輪氣象現(xiàn)代化建設(shè)期間臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)精確度有所提升，命名臺(tái)風(fēng)的24 h路徑預(yù)報(bào)誤差從第1輪的98 km（2012—2015年平均）減小到81 km（2016—2019年平均）；在登陸廣東的臺(tái)風(fēng)中體現(xiàn)更為明顯，登陸臺(tái)風(fēng)24 h路徑預(yù)報(bào)誤差從100 km下降到66 km（圖1），準(zhǔn)確率提升了30%以上；對(duì)登陸廣東的12級(jí)以上強(qiáng)度臺(tái)風(fēng)的預(yù)報(bào)能力也明顯提升，將預(yù)報(bào)誤差從97 km縮減到了55 km，準(zhǔn)確度提升了40%以上。

兩輪合作中，登陸臺(tái)風(fēng)的平均預(yù)誤差略小于全部命名臺(tái)風(fēng)的平均誤差，由圖1可見(jiàn)誤差最小的為1707號(hào)臺(tái)風(fēng)“洛克”24 km，最大的為1208號(hào)臺(tái)風(fēng)“韋森特”179 km。平均誤差為82 km，80%的臺(tái)風(fēng)誤差在100 km以下，超50%的臺(tái)風(fēng)誤差在80 km以下，而這些誤差在80 km以下的臺(tái)風(fēng)絕大多數(shù)是2016年以后的登陸臺(tái)風(fēng)，也就是第2輪省部合作期間。

圖1 2012—2019年登陸廣東的命名臺(tái)風(fēng)24 h路徑預(yù)報(bào)誤差

2.2 命名臺(tái)風(fēng)各時(shí)效路徑預(yù)報(bào)誤差分析

雖然防災(zāi)減災(zāi)最關(guān)心的是24 h的臺(tái)風(fēng)路徑誤差，但對(duì)各預(yù)報(bào)時(shí)效的預(yù)報(bào)能力進(jìn)行了解，有助于預(yù)報(bào)員在制作風(fēng)雨預(yù)報(bào)時(shí)充分考慮路徑預(yù)報(bào)誤差對(duì)大風(fēng)和降雨預(yù)報(bào)的影響，同時(shí)也能夠讓決策者在防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)的部署中充分考慮到不同時(shí)效預(yù)報(bào)不確定性帶來(lái)的影響［8－9］。

近8年廣東省氣象臺(tái)的臺(tái)風(fēng)路徑平均誤差：24 h為89 km、48 h為158 km、72 h為231 km、96 h為345 km、120 h誤差已增大到468 km，臺(tái)風(fēng)路徑距離誤差隨著預(yù)報(bào)時(shí)效的延長(zhǎng)迅速加大，72 h及以內(nèi)的誤差增幅平均每24 h增長(zhǎng)38%，從96 h開(kāi)始預(yù)報(bào)時(shí)效每24 h預(yù)報(bào)誤差增加49%。

分析年度平均路徑誤差（圖2）發(fā)現(xiàn)，近8年臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)誤差在12至72 h內(nèi)總體呈下降趨勢(shì)，廣東省氣象臺(tái)的臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)能力從2014年以來(lái)有了明顯提升，隨后逐年小幅波動(dòng)。2014年第1次24 h路徑預(yù)報(bào)誤差小于100 km，并維持至今，最好的年份是2016年的64 km。48 h誤差從200 km以上降到了最低116 km（2016年），72 h誤差則從281 km降到了200 km以下，其中最好的年份為2014年187 km。而96和120 h的誤差從2010年到2014年逐年下降，2015年之后則呈現(xiàn)劇烈波動(dòng)，年度差異相對(duì)較大。

2.3 登陸臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)誤差及變化趨勢(shì)

過(guò)去8年與全體臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)相比，廣東省氣象臺(tái)對(duì)登陸本省的臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)質(zhì)量更高，所有預(yù)報(bào)時(shí)效的登陸臺(tái)風(fēng)平均路徑誤差均低于命名臺(tái)風(fēng)，其中72 h及以內(nèi)的誤差不超過(guò)10 km，從96 h差距增大到30 km以上，120 h差距近100 km，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。對(duì)比南海源地和西北太平源地的登陸臺(tái)風(fēng)，在24至96 h時(shí)段的南海源地的預(yù)報(bào)誤差相對(duì)更低，但120 h時(shí)效的南海源地登陸臺(tái)風(fēng)誤差較大（478 km）。

圖2 2012—2019年廣東省氣象臺(tái)命名臺(tái)風(fēng)的逐年路徑預(yù)報(bào)誤差

表2 2012—2019年各預(yù)報(bào)時(shí)效平均路徑預(yù)報(bào)誤差 km

南海臺(tái)風(fēng)路徑常常發(fā)生曲折和打轉(zhuǎn)現(xiàn)象，其路徑預(yù)報(bào)是熱帶氣旋預(yù)報(bào)的一大難點(diǎn)［10］；長(zhǎng)時(shí)效的南海臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)難度更大，南海臺(tái)風(fēng)的生命史平均為3～4 d，預(yù)報(bào)時(shí)效能夠達(dá)120 h的南海臺(tái)風(fēng)樣本數(shù)極少，且生命史超過(guò)5 d的南海登陸臺(tái)風(fēng)多為疑難路徑，例如檢驗(yàn)樣本中的1622“海馬”為曲折路徑、1804“艾云尼”為打轉(zhuǎn)路徑、1816“貝碧嘉”為多次打轉(zhuǎn)路徑，此類臺(tái)風(fēng)的路徑預(yù)報(bào)向來(lái)是業(yè)界難點(diǎn)［11－12］；在此120 h時(shí)效的南海臺(tái)風(fēng)路徑誤差不具有普遍代表性。

總體而言廣東氣象臺(tái)對(duì)登陸本省的南海臺(tái)風(fēng)有更好的預(yù)報(bào)能力，各時(shí)次平均差距比西太平洋的登陸臺(tái)風(fēng)低10 km左右。過(guò)去8年，廣東氣象部門(mén)在南海近海建立了海洋綜合觀測(cè)體系，包括沿海的8個(gè)海洋綜合觀測(cè)基地、6部S波段雷達(dá)、210個(gè)自動(dòng)觀測(cè)站和近海15個(gè)石油平臺(tái)自動(dòng)站、4個(gè)大型浮標(biāo)站，對(duì)臺(tái)風(fēng)實(shí)況的監(jiān)測(cè)范圍由50 km延伸到近300 km，南海臺(tái)風(fēng)在靠近廣東的過(guò)程中可用的觀測(cè)資料越來(lái)越多，對(duì)臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)能夠提供更多參考信息，如臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度、位置、風(fēng)圈等。

分析登陸臺(tái)風(fēng)的平均誤差（圖略）發(fā)現(xiàn)，2012—2019年登陸廣東臺(tái)風(fēng)的路徑預(yù)報(bào)誤差總體呈下降趨勢(shì)，其趨勢(shì)與命名臺(tái)風(fēng)相似，同樣也是2014年之后預(yù)報(bào)質(zhì)量明顯提升，自2014年12～72 h誤差明顯下降逐漸小幅波動(dòng)，96和120 h登陸臺(tái)風(fēng)的樣本相對(duì)較少，有的年份采集不到樣本，因此未做分析。登陸臺(tái)風(fēng)年度預(yù)報(bào)質(zhì)量最優(yōu)詳細(xì)見(jiàn)表2。

2.4 當(dāng)前廣東臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)能力評(píng)估

用近4年（第2輪省部合作期間）的平均預(yù)報(bào)誤差代表廣東省氣象臺(tái)當(dāng)前對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑的預(yù)報(bào)能力，命名臺(tái)風(fēng)的平均誤差：6 h為41 km、12 h為58 km、24 h為81 km、48 h為153 km、72 h為214 km（詳見(jiàn)表3），48 h及以內(nèi)時(shí)效和120 h優(yōu)于過(guò)去8年平均，72與96 h較8年平均略偏大，由此可見(jiàn)3 d以上時(shí)效的臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)仍是業(yè)務(wù)及研究中的難題，在過(guò)去8年間進(jìn)展緩慢。

近4年登陸臺(tái)風(fēng)的平均路徑預(yù)報(bào)誤差為6 h小于40 km、24 h小于70 km、48 h略高于100 km、72 h小于200 km，廣東省氣象臺(tái)對(duì)于登陸本省的臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)能力在全國(guó)是最強(qiáng)的也是8年期間提升最快的，各時(shí)次平均比過(guò)去8年誤差減少了近20 km。

3 結(jié)論

1）從第1輪到第2輪省部合作，廣東省臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)精準(zhǔn)度有明顯提升，尤其是登陸廣東省的臺(tái)風(fēng)；命名臺(tái)風(fēng)的24 h路徑誤差從98 km減小到81 km，登陸臺(tái)風(fēng)24 h路徑預(yù)報(bào)誤差從100 km下降至66 km。氣象現(xiàn)代化對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)的精確度提升切實(shí)起到了推動(dòng)作用。

2）廣東省氣象臺(tái)當(dāng)前的臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)能力為6 h小于40 km、24 h小于70 km、48 h略高于100 km；對(duì)于登陸廣東省臺(tái)風(fēng)的預(yù)報(bào)能力優(yōu)于其他臺(tái)風(fēng)，而登陸臺(tái)風(fēng)之中對(duì)于南海臺(tái)風(fēng)的預(yù)報(bào)能力最優(yōu)。

3）臺(tái)風(fēng)誤差隨著預(yù)報(bào)時(shí)效迅速增加，且當(dāng)預(yù)報(bào)時(shí)效超過(guò)72 h之后，臺(tái)風(fēng)路徑誤差的不穩(wěn)定性增大，預(yù)報(bào)的個(gè)體差異將更明顯，相對(duì)而言，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的可參考性有所降低。短時(shí)效（24 h以內(nèi)）的臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)穩(wěn)定性較高，在預(yù)報(bào)和服務(wù)中有極強(qiáng)的參考性；中等時(shí)效（24～72 h）的臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)有一定的波動(dòng)性，但預(yù)報(bào)能力階段性穩(wěn)中有升，在預(yù)報(bào)和服務(wù)時(shí)需及時(shí)跟進(jìn)最新預(yù)報(bào)；長(zhǎng)時(shí)效（超過(guò)72 h）的路徑預(yù)報(bào)個(gè)體性差異較大，預(yù)報(bào)誤差的不穩(wěn)定性也較大，在預(yù)報(bào)和服務(wù)中需具體情況參考使用。

本研究從統(tǒng)計(jì)角度僅針對(duì)路徑預(yù)報(bào)的距離誤差進(jìn)行了分析，未涉移向誤差分析，今后將綜合分析距離誤差和移向誤差，以加深對(duì)臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)誤差的認(rèn)識(shí)；另外將從個(gè)例臺(tái)風(fēng)誤差分析入手，研究路徑誤差的穩(wěn)定性，以期增加臺(tái)風(fēng)檢驗(yàn)結(jié)果在決策氣象服務(wù)中的可用性。