麻素紅 張 進(jìn) 瞿安祥 王大鵬 沈?qū)W順

MA Suhong ZHANG Jin QU Anxiang WANG Dapeng SHEN Xueshun

國家氣象中心，北京，100081

National Meteorological Centre，Beijing 100081，Beijing

1 引 言

國家氣象中心于2010 年基于GRAPES-MESO（陳德輝等，2006）開始研發(fā)區(qū)域模式臺風(fēng)數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)（GRAPES_TYM），該系統(tǒng)于2012 年投入業(yè)務(wù)運行并得到持續(xù)改進(jìn)，包括模式對流參數(shù)化方案（張進(jìn)等，2017 年）、模式參考大氣廓線和渦旋初始化（麻素紅等，2018；麻素紅，2019；Wang，et al，2020）等，GRAPES_TYM 熱帶氣旋路徑及強(qiáng)度預(yù)報能力不斷提升。但是，該系統(tǒng)仍然存在較明顯的系統(tǒng)偏差，如對超強(qiáng)臺風(fēng)（最大風(fēng)速＞51.0 m/s）的強(qiáng)度極值預(yù)報偏低，導(dǎo)致強(qiáng)度預(yù)報存在較明顯的負(fù)偏差（麻素紅等，2018）。

熱帶氣旋強(qiáng)度預(yù)報很具有挑戰(zhàn)性（DeMaria，et al，2005；Rogers，et al，2006），其中模式分辨率、模式物理過程以及模式初始場對熱帶氣旋的描述是影響熱帶氣旋強(qiáng)度預(yù)報的關(guān)鍵因素（Cha，et al，2013；Gopalakrishnan，et al，2012；Liu， et al，2000，2012；梁旭東等，2010）。而高分辨率模式是開展熱帶氣旋強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)變化研究以及業(yè)務(wù)預(yù)報的基本條件（Gopalakrishnan，et al，2012；Tallapragada，et al， 2012； Wang， 2001， 2002； Yau， et al， 2004；Zhang，et al，2011）。研 究（Zhang， et al，2003，2015；Kimball，et al，2006）表明，模式垂直分辨率的提升對熱帶氣旋強(qiáng)度預(yù)報至關(guān)重要。在模式不同高度層加密，對熱帶氣旋強(qiáng)度預(yù)報的作用會有明顯不同，具體表現(xiàn)為：對模式中低層加密，模式預(yù)報的熱帶氣旋較強(qiáng)；對模式高層加密，模式預(yù)報的熱帶氣旋較弱。如2017 年NCEP （National Center for Environment Prediction）區(qū)域模式熱帶氣旋數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)HWRF（Hurricane Weather and Research Forecast）的垂直分辨率由61 層提高到75 層后，模式對熱帶氣旋路徑及強(qiáng)度預(yù)報誤差明顯減少（Zhang B L，et al，2016）。

隨著熱帶氣旋預(yù)報業(yè)務(wù)的不斷拓展，GRAPES_TYM 需要為北印度洋熱帶氣旋業(yè)務(wù)預(yù)報提供參考產(chǎn)品。這就需要將該系統(tǒng)的預(yù)報范圍由覆蓋西北太平洋和中國南海擴(kuò)大到覆蓋北印度洋。目前基于區(qū)域模式開展不同海域熱帶氣旋數(shù)值預(yù)報的主要策略是分區(qū)域運行，如美國NCEP 的HWRF 模式針對大西洋、東北太平洋、西北太平洋3 個海域的熱帶氣旋預(yù)報分別獨立運行3 個區(qū)域模式（Tallapragada，et al，2012，2014a，2014b，2015，2016）。但Zhang X J等（2016）基于HWRF 建立了覆蓋大西洋、東北太平洋的大區(qū)域熱帶氣旋數(shù)值預(yù)報試驗系統(tǒng)（簡稱HWRF-B）。試驗結(jié)果顯示：當(dāng)洋面上2 個及以上熱帶氣旋同時存在時，HWRF-B 的平均路徑誤差比HWRF 相應(yīng)的平均路徑誤差小（Ghassan，et al，2017）。

2019 年針對上述兩個問題，國家氣象中心對GRAPES_TYM 進(jìn)行了如下改進(jìn)：（1）在模式層頂不變的條件下，模式垂直分辨率由50 層增加到68 層；（2）預(yù)報區(qū)域由覆蓋西北太平洋、中國南海擴(kuò)大到覆蓋北印度洋。改進(jìn)后的系統(tǒng)于2019 年8 月投入業(yè)務(wù)運行。

文中分析了模式垂直分辨率提升以及預(yù)報區(qū)域擴(kuò)大對GRAPES_TYM 路徑及強(qiáng)度預(yù)報的影響，并與NCEP-GFS 和ECMWF 進(jìn)行了對比。其結(jié)果將為GRAPES_TYM 3.0 版在業(yè)務(wù)預(yù)報中更好地發(fā)揮作用提供重要參考。

2 GRAPES_TYM 概況

GRAPES_TYM 是等經(jīng)緯度格點模式，水平方向采用Arakawa-C 網(wǎng)格，垂直方向上采用地形追隨高度坐標(biāo)，模式層頂在35 km 左右。試驗所采用的模式物理過程包括WSM6 微物理過程、Meso-SAS 對流參數(shù)化、YSU 邊界層過程、Noah 陸面過程、莫寧-奧布霍夫相似理論表面層參數(shù)化以及Goddard 短波輻射和RRTM 長波輻射參數(shù)化。

為了改善模式初始場對熱帶氣旋的描述能力，GRAPES_TYM 采用了初始渦旋強(qiáng)度調(diào)整技術(shù)，使模式初始場中渦旋的初始強(qiáng)度接近觀測（麻素紅等，2018）。

3 模式垂直分層加密及對熱帶氣旋路徑和強(qiáng)度預(yù)報的影響

3.1 垂直分層加密方案

模式中低層加密對熱帶氣旋強(qiáng)度預(yù)報至關(guān)重要。為此在水平分辨率0.09°、模式層頂不變的條件下，采用相同的模式積分區(qū)域，將GRAPES_TYM的垂直分層由50 層提升到68 層，其中900 hPa 以下垂直層次由原來的10 層加密到19 層，模式最低層由原來的52.26 m 降低至20.68 m。圖1 為50 層和68 層垂直分層dz 隨高度的變化。

圖1 模式垂直分層（紅色為68 層，黑色為50 層，dz 為兩個垂直層次間的距離）Fig. 1 Model vertical levels （Red is for 68 levels and black is for 50 levels； dz indicates the depth of each layer）

3.2 統(tǒng)計分析

為了評估垂直分層加密對GRAPES_TYM 熱帶氣旋路徑、強(qiáng)度預(yù)報的影響，利用2018 年1807—1826 號共計20 個熱帶氣旋進(jìn)行了批量試驗。預(yù)報試驗每天2 次 （00 和12 時，世界時，下同），總樣本數(shù)為98 個，預(yù)報時效120 h。以下路徑及強(qiáng)度誤差計算均采用中國氣象局上海臺風(fēng)研究所提供的最佳路徑。

圖2 為批量試驗平均誤差分布。圖中包括了最大誤差（×所示）、平均誤差（曲線）、誤差百分比分布（10%、25%、50%、75%、90%）。結(jié)果顯示：垂直分層加密對72 h 前路徑預(yù)報影響不明顯，72—120 h 平均路徑誤差分別減小5.1%、8.4%和7.1%，120 h 最大路徑預(yù)報誤差由1943 km 減小到1304 km（圖2a）。垂直分層加密對強(qiáng)度預(yù)報影響更為顯著（圖2b）：24—120 h 最大風(fēng)速平均誤差分別減小14.1%（24 h）、17.1%（48 h）、29.1%（72 h）、30.9%（96 h）和9.1%（120 h）；90%、75%、50%的樣本中小誤差樣本明顯增多，72 h 和96 h 的最大誤差明顯減小，其中72 h 最大誤差由26.4 m/s 減小到14.4 m/s，96 h 的最大誤差由19.9 m/s 減小到15.5 m/s。

由于模式垂直分層加密主要集中在模式中下層，可以改善模式對強(qiáng)臺風(fēng)的預(yù)報（Zhang，et al，2015），減小強(qiáng)度預(yù)報的負(fù)偏差，但強(qiáng)度預(yù)報正偏差有所增大（圖3）。當(dāng)垂直分層由50 層增加到68 層時，24、48、120 h 強(qiáng)度預(yù)報正偏差最大值增大（圖中×所示），72、96、120 h 最大負(fù)偏差減小。在24—120 h 預(yù)報區(qū)間，從90%和75%強(qiáng)度偏差分布來看，68 層模式的正偏差均大于50 層模式，而從25%和10%的偏差分布來看，68 層模式的負(fù)偏差均小于50 層模式。從模式積分開始，50 層模式的平均強(qiáng)度預(yù)報負(fù)偏差快速增大，到60 h 增加到最大（?5.23 m/s）。60—96 h 強(qiáng) 度 偏 差 穩(wěn) 定 在?4.72—?5.23 m/s，96 h 后負(fù)偏差有所減小。

圖2 平均路徑誤差 （a） 和平均絕對強(qiáng)度誤差 （b） （× 代表最大誤差）Fig. 2 Mean track errors （a） and Mean absolute intensity errors （b）（× indicates the maximum error）

圖3 強(qiáng)度偏差 （單位：m/s，× 代表最大偏差）Fig. 3 Biases of intensity（unit：m/s，× indicates the maximum bias）

68 層模式預(yù)報的平均強(qiáng)度誤差以及強(qiáng)度預(yù)報負(fù)偏差的減小主要源于其對強(qiáng)臺風(fēng)以及超強(qiáng)臺風(fēng)預(yù)報能力的提高。以48 h（圖4a）和96 h（圖4b）為例分析68 層和50 層模式強(qiáng)度預(yù)報誤差的差值（68 層誤差?50 層誤差）隨風(fēng)速的變化，圖中正值表示68 層模式的預(yù)報誤差大于50 層模式，負(fù)值表示68 層模式的預(yù)報誤差小于50 層模式?？梢园l(fā)現(xiàn)：無論是48 h 預(yù)報還是96 h 預(yù)報，除個別樣本外，68 層模式對最大風(fēng)速大于50 m/s 的超強(qiáng)臺風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報誤差小于50 層模式；對最大風(fēng)速大于40 m/s的強(qiáng)臺風(fēng)，68 層模式的強(qiáng)度預(yù)報誤差大部分要小于50 層模式；而對小于40 m/s 的熱帶氣旋的強(qiáng)度預(yù)報，二者預(yù)報差異不明顯。

由于68 層模式對強(qiáng)臺風(fēng)以及超強(qiáng)臺風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報能力的提升，預(yù)報的風(fēng)壓關(guān)系也明顯好于50 層模式（圖5）。 48 h 預(yù)報中，50 層模式預(yù)報的最大風(fēng)速為55 m/s 左右，中心氣壓915 hPa 左右（圖5a），而68 層模式預(yù)報的最大風(fēng)速可以達(dá)到62 m/s 左右、中心氣壓910 hPa 左右（圖5b）；96 h 預(yù)報中，50 層模式預(yù)報的最大風(fēng)速為50 m/s左右，中心氣壓915 hPa 左右（圖5c），68 層模式預(yù)報的最大風(fēng)速可以達(dá)到60 m/s、中心氣壓910 hPa 左右（圖5d）。68 層模式預(yù)報的風(fēng)壓關(guān)系更接近觀測。

3.3 典型個例分析?超強(qiáng)臺風(fēng)“山竹”

2018 年9 月7 日12 時，臺風(fēng)“山竹”在西北太平洋生成，11 日08 時加強(qiáng)為超強(qiáng)臺風(fēng)，并且維持超強(qiáng)臺風(fēng)級別達(dá)96 h，最強(qiáng)風(fēng)力超過17 級（65 m/s）。15 日，臺風(fēng)“山竹”在菲律賓北部登陸，16 日17 時在廣東臺山海宴鎮(zhèn)登陸，登陸時中心附近最大風(fēng)力14 級（45 m/s），中心最低氣壓955 hPa。

圖6 為50 層及68 層模式對“山竹”的路徑和強(qiáng)度預(yù)報。初始時刻為2018 年9 月8 日00 時到9 月12 日00 時，預(yù)報時效為120 h，初時時間間隔為24 h。從預(yù)報路徑（圖6）來看，50 層和68 層模式的結(jié)果比較接近，而平均路徑預(yù)報誤差顯示，68 層模式24 和120 h 的結(jié)果略大于50 層模式，48、72 和96 h 的結(jié)果略小于50 層模式（圖略）。除了72 h 誤差差值超過30 km外，其他時刻平均誤差差異均小于10 km。從10 m最大風(fēng)速來看，50 層模式所有時次預(yù)報的極值在50 m/s上下，相比于觀測最大值65 m/s 顯著偏低；68 層模式預(yù)報的最大風(fēng)速可以超過60 m/s，更接近觀測。68 層模式24—120 h的平均強(qiáng)度誤差均小于50 層模式，技巧最低為9.7%（48 h）、最高可達(dá)25.7%（96 h）（圖略）。由此可見，垂直分辨率提高可以顯著減小GRAPES_TYM對“山竹”的強(qiáng)度極值的預(yù)報誤差，從而減小強(qiáng)度預(yù)報的平均誤差。

圖4 48 h （a） 和96 h （b）預(yù)報68 層和50 層模式最大風(fēng)速誤差絕對值差（藍(lán)色點）（紅色虛線為平均值）Fig. 4 Differences （errors of L68 minus errors of L50） in absolute error of 10 m maximum wind between L68 and L50 model （blue dots） at （a） 48 h and （b） 96 h forecast （The red dashed lines show averaged values）

圖5 模式預(yù)報的風(fēng)壓關(guān)系 （a. 50 層模式的48 h 預(yù)報， b. 68 層模式的48 h 預(yù)報， c. 50 層模式的96 h 預(yù)報， d. 68 層模式的96 h 預(yù)報；紅色是觀測數(shù)據(jù)，藍(lán)色是預(yù)報數(shù)據(jù)）Fig. 5 Relationship between Vmax and central pressure （a. 48 h for L50 model，b. 48 h for L68 model， c. 96 h for L50 model， d. 96 h for L68 model； red dots and lines are observed central pressure and Vmax，blue dots and lines are forecasted central pressure and Vmax）

4 預(yù)報區(qū)域擴(kuò)大對熱帶氣旋路徑及強(qiáng)度預(yù)報的影響

采用水平分辨率0.09°、垂直分層為68 層的GRAPES_TYM 模式，在相同物理過程條件下，對比分析模式預(yù)報區(qū)域擴(kuò)大對熱帶氣旋路徑及強(qiáng)度預(yù)報的影響。將覆蓋西北太平洋、中國南海（0°—50.25°N，90°—171°E）的預(yù)報區(qū)域標(biāo)注為D1，覆蓋西北太平洋、中國南海及北印度洋（15°S—60°N，40°—180°E）的預(yù)報區(qū)域標(biāo)注為D2（圖7）。D2 包括了整個青藏高原，地形更加復(fù)雜。

預(yù)報區(qū)域擴(kuò)大到D2，除了包含更復(fù)雜的地形外，將會有更多的天氣系統(tǒng)進(jìn)入?yún)^(qū)域模式預(yù)報范圍。圖8 為2018 年9 月7 日12 時D2 的初始場，圖中紅色矩形區(qū)域為D1?？梢钥吹紻1 預(yù)報區(qū)域向北擴(kuò)展到60°N、向西擴(kuò)展到40°E 時，將有更大范圍的西風(fēng)槽系統(tǒng)和大陸高壓進(jìn)入預(yù)報范圍；預(yù)報區(qū)域南擴(kuò)到15°S，會將位于40°—60°E 和110°—120°E的兩支越赤道氣流以及赤道輻合帶納入預(yù)報范圍。一方面區(qū)域模式對上述天氣系統(tǒng)的預(yù)報能力會影響其對熱帶氣旋路徑及強(qiáng)度的預(yù)報，另一方面預(yù)報區(qū)域擴(kuò)大會減小側(cè)邊界對位于邊界附近熱帶氣旋預(yù)報的影響，如圖中所示2018 年超強(qiáng)臺風(fēng)“山竹”，9 月7 日12 時位于（12.9°N，165.3°E），而D1的東邊界為170°E，兩者僅相距不到5°。

利用2016—2018 年生命期超過3 d 的熱帶氣旋對預(yù)報區(qū)域擴(kuò)大進(jìn)行試驗，預(yù)報時效為120 h，預(yù)報間隔為12 h（00 和12 時）。

試驗結(jié)果統(tǒng)計分析顯示，區(qū)域擴(kuò)大對西北太平洋及中國南海熱帶氣旋平均路徑誤差及強(qiáng)度預(yù)報誤差無明顯影響，0—120 h 平均路徑預(yù)報誤差改變未超過2%、強(qiáng)度預(yù)報平均誤差改變未超過5%（圖略），平均路徑預(yù)報誤差和強(qiáng)度預(yù)報誤差改變最大值均出現(xiàn)在120 h，說明預(yù)報區(qū)域擴(kuò)大對預(yù)報后期影響相對明顯。

圖6 2018 年超強(qiáng)臺風(fēng)“山竹”路徑 （a. 50 層，b. 68 層） 及10 m 最大風(fēng)速 （c. 50 層，d. 68 層）（黑色線代表觀測路徑，其他彩色線代表不同初始時間的預(yù)報）Fig. 6 Forecast tracks of super typhoon Mangkhut （a. 50 levels，b. 68 levels） and 10 m maximum wind （c. 50 levels，d. 68 levels）（Black line：best track data， colored lines：forecasts with different initial time as indicated in （c） and （d），such as the red is the forecast initiated at 00：00 UTC 8 September 2018）

圖7 積分區(qū)域D1 和D2Fig. 7 Model domains of D1 and D2

D2 和D1 區(qū)域預(yù)報路徑誤差和強(qiáng)度誤差相對較小的樣本數(shù)比較接近：24—120 h 路徑預(yù)報誤差D2 小于D1 的樣本數(shù)百分比分別是47.8%、51.33%、51.3%、47%和43.7%。強(qiáng)度預(yù)報誤差D2 小于D1的樣本數(shù)百分比分別是50.2%、52.3%、48.3%、51.6%和51%。由此可見，預(yù)報區(qū)域擴(kuò)大對路徑預(yù)報負(fù)影響略多，對強(qiáng)度預(yù)報正影響略多。

從120 h 路徑預(yù)報誤差地理分布可以看出，D1 和D2 預(yù)報誤差較大的區(qū)域均在20°N 以北，這個區(qū)域有較多的轉(zhuǎn)向熱帶氣旋（圖9a、b）。而預(yù)報誤差差值（D2 的路徑誤差-D1 的路徑誤差）較大的區(qū)域和D1、D2 大誤差區(qū)域相近（圖9c）。預(yù)報區(qū)域擴(kuò)大對20°N 以北的熱帶氣旋路徑預(yù)報影響相對明顯，對20°N 以南的預(yù)報路徑影響不明顯。20°N 以北的轉(zhuǎn)向熱帶氣旋，影響其移動路徑的天氣系統(tǒng)比較復(fù)雜，除了副熱帶高壓的影響外，還包括西風(fēng)槽等天氣系統(tǒng)的影響。模式預(yù)報區(qū)域越大，其所覆蓋的天氣系統(tǒng)越多，由區(qū)域模式自身特征所導(dǎo)致的不確定性就會增大，大區(qū)域和小區(qū)域的路徑預(yù)報就會存在較大的差異。

5 與NCEP-GFS 和ECMWF 臺 風(fēng) 路 徑 及強(qiáng)度預(yù)報對比分析

圖8 2018 年9 月7 日12 時500 hPa 位勢高度（臺風(fēng)符號為超強(qiáng)臺風(fēng)“山竹”的位置；紅色矩形所示區(qū)域為D1，外面黑色區(qū)域為D2）Fig. 8 Geopotential height at 500 hPa at 12:00 UTC 7 September 2018 （The TC symbol shows the location of the super typhoon Mongkhut； The red rectangle shows D1 and the outer domain is D2）

圖9 D1 區(qū)域 （a） 和 D2 區(qū)域 （b） 120 h 預(yù)報臺風(fēng)路徑誤差地理分布以及（c） D1 和 D2 預(yù)報的路徑誤差差值 （D2?D1） 的地理分布 （單位：km；Min：最小值，Max：最大值，ME：平均值） Fig. 9 Distributions of track error from D1 （a），D2 （b）and track error difference （D2?D1） （unit：km；Min：Minimum，Max：Maximum， ME：Mean）

將GRAPES_TYM 3.0 版回算的2016—2018年結(jié)果與美國NCEP-GFS 和歐洲中期天氣預(yù)報中心全球模式ECMWF 的預(yù)報結(jié)果進(jìn)行同樣本比較（圖10），24—120 h 的樣本數(shù)分別為576、499、393、296、215 和150。

圖10 平均路徑誤差（a）、平均強(qiáng)度誤差 （b）和強(qiáng)度預(yù)報偏差 （c）Fig. 10 Mean track errors （a），mean intensity errors （b） and biases of forecast intensity（c）

試驗結(jié)果顯示，ECMWF 的平均路徑誤差顯著小于NCEP-GFS 和GRAPES_TYM，而NCEP-GFS和GRAPES_TYM 的平均路徑誤差比較接近（圖10a），其中ECMWF 24—120 h 的平均路徑誤差分別為56.23、101.51、170.2、246.97 和339 km，NCEP-GFS預(yù)報的結(jié)果分別為60.97、114.13、197.94、315.58和439.58 km，GRAPES_TYM 預(yù)報的結(jié)果分別為70.13、128.65、207、322.72 和450.54 km。GRAPES_TYM 24—96 h 平均強(qiáng)度預(yù)報的平均誤差明顯小于NCEP-GFS 和ECMWF（圖10b），120 h 平均強(qiáng)度預(yù)報誤差大于ECMWF 的預(yù)報，小于NCEP-GFS 的預(yù)報，其中ECMWF 預(yù)報的結(jié)果分別為7.0、8.46、8.47、8.16 和7.15 m/s，NCEP-GFS 分別為6.13、6.95、7.75、8.25 和8.98 m/s，GRAPES_TYM 分別為5.57、6.27、6.47、6.8 和8.08 m/s。ECMWF 和NCEP-GFS 強(qiáng)度預(yù)報誤差偏大的一個主要原因是兩個全球模式均未對分析場中的渦旋強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整使其接近觀測強(qiáng)度。從強(qiáng)度預(yù)報偏差來看，相比于GRAPES_TYM， ECMWF 模 式24— 120 h、 NCEP-GFS 的24—72 h 強(qiáng)度預(yù)報存在明顯負(fù)偏差即強(qiáng)度預(yù)報偏弱（圖10c）：ECMWF 的24—120 h 強(qiáng)度預(yù)報負(fù)偏差分 別 為?5.47、?6.68、?6.31、?5.31 和?3.41 m/s，NCEP-GFS 的 24—72 h 強(qiáng) 度 預(yù) 報 負(fù) 偏 差 分 別 為?2.91、?2.83 和?1.43 m/s。

路徑預(yù)報也就是熱帶氣旋中心位置預(yù)報，即中心的經(jīng)度和緯度預(yù)報。ECMWF 預(yù)報路徑的經(jīng)度（圖11a）存在負(fù)偏差，即相對于觀測路徑位置偏西，但24—120 h 最大偏差均未超過0.5°；NCEP-GFS 和GRAPES_TYM 預(yù)報路徑的經(jīng)度存在明顯的正偏差，即相對于觀測路徑位置偏東，尤其是在96—120 h，NCEP-GFS 模式的120 h 預(yù)報路徑經(jīng)度偏差可達(dá)1.65°、GRAPES_TYM 模式的經(jīng)度偏差可達(dá)1.53°。ECMWF 預(yù)報的24—120 h 緯度偏差較小，且均為正偏差，即預(yù)報路徑存在微小的北偏；NCEP-GFS預(yù)報路徑北偏趨勢比ECMWF 大，在120 h 可達(dá)0.38°；相比于上述2 個全球模式，GRAPES_TYM預(yù)報路徑在緯度方向的正偏差顯著偏大，24—120 h臺風(fēng)中心位置緯度預(yù)報偏差分別為0.28°、0.45°、0.69°、0.97°和1.31°（圖11b）。

圖11 臺風(fēng)中心位置經(jīng)度偏差 （a）和緯度偏差 （b）Fig. 11 Longitude deviation of typhoon center position （a） and latitude deviation of typhoon center position （b）

6 結(jié) 論

為了改進(jìn)GRAPES_TYM 對西北太平洋及中國南海熱帶氣旋的預(yù)報能力、為北印度洋熱帶氣旋業(yè)務(wù)預(yù)報提供產(chǎn)品支持，2019 年8 月GRAPES_TYM 升級為3.0 版，包括水平分辨率由0.12°提升到0.09°，垂直分辨率由50 層增加到68 層，預(yù)報區(qū)域由（0°—50.25°N，90°—171°E）擴(kuò)大到（15°S—60°N，40°—180°E）。擴(kuò)大后的預(yù)報區(qū)域覆蓋了西北太平洋、中國南海、北印度洋以及亞洲大部分區(qū)域。本文分析了模式垂直分辨率由50 層增加到68 層以及預(yù)報區(qū)域擴(kuò)大對GRAPES_TYM 熱帶氣旋路徑及強(qiáng)度預(yù)報的影響。

結(jié)果顯示，模式垂直分辨率提高對改善GRAPES_TYM 路徑及強(qiáng)度預(yù)報至關(guān)重要。當(dāng)模式垂直分辨率由50 層增加到68 層時，96—120 h 的平均路徑誤差可以減小8.4%—7.1%。提高模式垂直分辨率可以顯著提高GRAPES_TYM 對強(qiáng)臺風(fēng)以及超強(qiáng)臺風(fēng)強(qiáng)度極值的預(yù)報能力，減小強(qiáng)度預(yù)報負(fù)偏差、改善模式預(yù)報的風(fēng)壓關(guān)系。相對于垂直分辨率50 層的預(yù)報，68 層預(yù)報的24—120 h 平均強(qiáng)度誤差可減小13.2%、16.0%、29.1%、30.9%和9.1%。

模式預(yù)報區(qū)域擴(kuò)大對平均路徑和強(qiáng)度預(yù)報誤差影響不顯著。預(yù)報區(qū)域擴(kuò)大后，大區(qū)域的路徑及強(qiáng)度預(yù)報誤差小于小區(qū)域的次數(shù)比率在50%附近（120 h 除外，為43.7%）。20°N 以北的預(yù)報路徑對預(yù)報區(qū)域擴(kuò)大更為敏感，這主要是由于20°N 以北的熱帶氣旋影響其路徑預(yù)報的天氣系統(tǒng)比較復(fù)雜，除了副熱帶高壓，還有西風(fēng)槽、大陸高壓等天氣系統(tǒng)。模式預(yù)報區(qū)域擴(kuò)大會帶來更多的預(yù)報不確定性。

與NCEP-GFS 和ECMWF 模式對2016—2018年熱帶氣旋路徑及強(qiáng)度預(yù)報相比，GRAPES_TYM 3.0 版的平均路徑預(yù)報誤差與NCEP-GFS 接近，同ECMWF 相比誤差較大；24—96 h 強(qiáng)度預(yù)報誤差明顯小于NCEP-GFS 和ECMWF，NCEP-GFS 和ECMWF對熱帶氣旋強(qiáng)度預(yù)報存在明顯的負(fù)偏差。