王鳳，陳玉瑋，謝蜀劍，瓦力江·瓦黑提，馮沁

（廣東省氣象臺，廣東廣州 510640）

臺風(fēng)是對廣東省影響最嚴(yán)重的災(zāi)害性天氣系統(tǒng)之一，臺風(fēng)的風(fēng)雨影響及其造成的災(zāi)害與臺風(fēng)路徑預(yù)報(bào)關(guān)系密切［1-4］。臺風(fēng)路徑預(yù)報(bào)對于臺風(fēng)風(fēng)雨預(yù)報(bào)有著重要影響，尤其預(yù)報(bào)準(zhǔn)確與否與做好防災(zāi)減災(zāi)、保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全息息相關(guān)。目前對臺風(fēng)路徑預(yù)報(bào)評估的研究多為對客觀模式預(yù)報(bào)能力的評估分析［5-8］，但氣象部門對政府和公眾發(fā)布的臺風(fēng)預(yù)報(bào)信息和服務(wù)產(chǎn)品仍然是主觀預(yù)報(bào)，對主觀路徑預(yù)報(bào)能力的評估則多側(cè)重于總體情況［9-10］，如年度平均誤差或多年平均誤差等，或根據(jù)強(qiáng)度、登陸情況進(jìn)行分類評估平均誤差，平均路徑誤差能夠一定程度代表一段時(shí)間內(nèi)的臺風(fēng)路徑預(yù)報(bào)能力，但不同臺風(fēng)的路徑誤差差別較大，從單個(gè)臺風(fēng)的防御角度而言，需要了解更細(xì)致的路徑誤差信息。

自中國氣象局與廣東省政府實(shí)施兩輪氣象現(xiàn)代化共建合作以來，廣東省氣象臺在臺風(fēng)路徑預(yù)報(bào)能力有所提升，登陸臺風(fēng)24 h路徑預(yù)報(bào)誤差從100 km（2012—2015年）下降到66 km（2016—2019年）［10］。根據(jù)省部合作協(xié)議，24 h路徑預(yù)報(bào)偏差為廣東省臺風(fēng)路徑精確度的評價(jià)指標(biāo)，因此本研究對近5年（2016—2020年）登陸廣東臺風(fēng)的24 h路徑誤差（分別為距離誤差、移速誤差和移向誤差）進(jìn)行計(jì)算、統(tǒng)計(jì)和分析，對比了各臺風(fēng)的源地、路徑特征、生命史期間誤差極值等特征，為了解登陸臺風(fēng)的24 h路徑誤差提供更加詳細(xì)的定量數(shù)據(jù)，有助于決策者在臺風(fēng)防御工作中理解臺風(fēng)路徑預(yù)報(bào)的不確定性，為臺風(fēng)路徑預(yù)報(bào)、臺風(fēng)預(yù)報(bào)不確定性解讀、臺風(fēng)決策氣象服務(wù)提供更多參考信息。

1 數(shù)據(jù)和方法

本研究進(jìn)行檢驗(yàn)評估和路徑誤差分析的臺風(fēng)為2016—2020年期間登陸廣東省的臺風(fēng)，評定所用路徑預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)為廣東省氣象臺于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)和中央氣象臺發(fā)布的臺風(fēng)實(shí)況，檢驗(yàn)的預(yù)報(bào)時(shí)效為24 h，參與評定臺風(fēng)個(gè)數(shù)為17個(gè)，參加評定的次數(shù)共計(jì)244次。

路徑誤差評定的項(xiàng)目包括距離誤差、移向誤差和移速誤差，根據(jù)臺風(fēng)實(shí)況位置，計(jì)算在每個(gè)位置上的距離、移向、移速預(yù)報(bào)誤差，均采用絕對誤差進(jìn)行檢驗(yàn)；其中，距離誤差為預(yù)報(bào)點(diǎn)與對應(yīng)時(shí)間實(shí)況點(diǎn)的球面距離；移向誤差為預(yù)報(bào)移向減去實(shí)況移向；移速誤差為預(yù)報(bào)移速減去實(shí)況移速。本研究對距離誤差進(jìn)行了每個(gè)臺風(fēng)的平均誤差分析（單個(gè)臺風(fēng)所有預(yù)報(bào)時(shí)次的平均誤差），未對移向和移速誤差進(jìn)行單個(gè)臺風(fēng)平均誤差分析，因?yàn)橐葡蚝鸵扑俚恼`差有正負(fù)，誤差平均值對單個(gè)臺風(fēng)整體誤差特征無意義。對臺風(fēng)生命史期間各預(yù)報(bào)時(shí)次進(jìn)行歸一化計(jì)算，得到臺風(fēng)生命相對時(shí)間Tx，用以比較不同臺風(fēng)所處生命期的誤差特征，計(jì)算方法為Tx=I（i=0，1，…，n）/n（Tx為第i個(gè)預(yù)報(bào)時(shí)次的相對生命時(shí)間，i為第i個(gè)預(yù)報(bào)時(shí)次，n為總預(yù)報(bào)次數(shù)）。

2 登陸臺風(fēng)24 h路徑誤差特征分析

2.1 距離誤差特征

統(tǒng)計(jì)可知，2016—2020年登陸廣東17個(gè)臺風(fēng)的平均24小時(shí)路徑距離預(yù)報(bào)誤差為70 km，以70 km為路徑距離誤差大小的判斷標(biāo)準(zhǔn)，平均誤差或單時(shí)次誤差小于70 km為誤差較小，誤差大于70 km為誤差較大（圖1）。有8個(gè)臺風(fēng)過程平均誤差較小、9個(gè)誤差較大，其中最大的為1804號臺風(fēng)“艾云尼”誤差96 km，最小的為1707號臺風(fēng)“洛克”誤差24 km，平均距離誤差較大的臺風(fēng)個(gè)數(shù)略多。有5個(gè)南海臺風(fēng)，其中4個(gè)距離誤差大于70 km，均為疑難路徑臺風(fēng)（疑難路徑判斷參考《廣東省天氣預(yù)報(bào)技術(shù)手冊》［11］對臺風(fēng)疑難路徑的分類）。12個(gè)西北太平洋臺風(fēng)中，5個(gè)（42%）距離誤差大于70 km，其中僅有2個(gè)為疑難路徑。南海臺風(fēng)的路徑預(yù)報(bào)難度大于西北太平洋臺風(fēng)，對南海臺風(fēng)的路徑預(yù)報(bào)能力相對較弱。

平均路徑誤差表示了臺風(fēng)預(yù)報(bào)能力的整體水平，但每個(gè)臺風(fēng)在不同的預(yù)報(bào)時(shí)次的誤差差異較大，圖2為各臺風(fēng)所有預(yù)報(bào)時(shí)次的距離誤差，各臺風(fēng)最小距離誤差為0～45.7 km，最大距離誤差為32.7～224.9 km。在244個(gè)評定時(shí)次中，有54.9%時(shí)次的誤差較小，其中小于100 km的比例為77%，登陸臺風(fēng)多數(shù)時(shí)間的路徑預(yù)報(bào)誤差是較小的。

比較各臺風(fēng)誤差較小的時(shí)次比例，發(fā)現(xiàn)誤差較小時(shí)次比例超過70%時(shí)，該臺風(fēng)平均誤差極低（小于55 km）；而誤差較大時(shí)次比例接近或超過70%時(shí)，該臺風(fēng)平均路徑誤差極大（大于90 km）。當(dāng)一個(gè)臺風(fēng)70%或以上時(shí)間的單次預(yù)報(bào)誤差較?。ㄝ^大）時(shí)，其生命期平均路徑預(yù)報(bào)質(zhì)量極好（極差）。

圖1 2016—2020年登陸廣東的臺風(fēng)路徑

圖2 2016—2020年廣東省登陸臺風(fēng)24 h路徑預(yù)報(bào)距離誤差

圖3 a顯示了各臺風(fēng)期生命內(nèi)的距離誤差分布，由圖3a可以看出，有71%的臺風(fēng)首次預(yù)報(bào)24 h路徑誤差偏大，在臺風(fēng)生命初期24 h內(nèi)有55%次距離預(yù)報(bào)誤差偏大，臺風(fēng)路徑預(yù)報(bào)誤差隨著預(yù)報(bào)時(shí)效明顯增大［10］，可預(yù)見多數(shù)臺風(fēng)在生命初期（生命史前1/4）的不確定性較大的，此時(shí)的路徑預(yù)報(bào)參考性較差；臺風(fēng)登陸前的0～24 h內(nèi)路徑預(yù)報(bào)較好的時(shí)次較多（占比56%）。圖3b顯示了各起報(bào)時(shí)距離誤差所對應(yīng)的臺風(fēng)強(qiáng)度，隨著臺風(fēng)強(qiáng)度加強(qiáng)，各級別誤差偏小的比重總體增加，分別為TD（32.3%）、TS（39.4%）、STS（63.6%）、TY（46.2%）、STY（89.0%）、SuperTY（92.0%），臺風(fēng)強(qiáng)度越強(qiáng)距離誤差偏小的情況越多，在強(qiáng)臺風(fēng)以上級別時(shí)其路徑距離預(yù)報(bào)能力最強(qiáng)。

2.2 移向誤差特征

當(dāng)預(yù)報(bào)位置較實(shí)況偏向臺風(fēng)移動方向的左側(cè)時(shí)移向誤差為正，預(yù)報(bào)位置較實(shí)況偏向臺風(fēng)移動方向的右側(cè)時(shí)移向誤差為負(fù)。全部評定時(shí)次中有105次移向預(yù)報(bào)正誤差，其范圍為3.7°～39.4°、平均15.4°；有138次負(fù)誤差，負(fù)誤差范圍為-1.7～-98.2°，平均-20.7°。多數(shù)情況下移向誤差預(yù)報(bào)偏向臺風(fēng)移向的右側(cè)，偏離角度的變化范圍和偏離平均角度均比左側(cè)大。大多數(shù)臺風(fēng)生命過程中移向偏左或偏右的情況同時(shí)存在（圖4a），僅4個(gè)臺風(fēng)出現(xiàn)正誤差或負(fù)誤差占比超過70%，其中除了1707號臺風(fēng)“洛克”，其他3個(gè)臺風(fēng)的生命平均距離誤差均大于80 km，臺風(fēng)“洛克”因生命史短，僅有2個(gè)預(yù)報(bào)時(shí)次，其數(shù)據(jù)代表性相對較差。當(dāng)一個(gè)臺風(fēng)超過70%預(yù)報(bào)時(shí)次的移向誤差同向時(shí)，其平均路徑距離誤差較大可能偏大，路徑預(yù)報(bào)不確定性較大。有88%的臺風(fēng)在登陸前24 h的移向誤差偏?。ㄕ?fù)誤差絕對值分別小于正負(fù)誤差平均）。

圖3 各臺風(fēng)期生命內(nèi)的24 h路徑距離誤差（a）以及各起報(bào)時(shí)次臺風(fēng)級別及24 h路徑距離誤差（b）

對比不同強(qiáng)度的移向預(yù)報(bào)誤差（圖4b）發(fā)現(xiàn)，臺風(fēng)強(qiáng)度越強(qiáng)、移向誤差越小，強(qiáng)度達(dá)到TY及以上級別時(shí)，移向誤差多在10°以內(nèi)；不同強(qiáng)度的正負(fù)移向誤差比例則沒有明顯區(qū)別，移向偏右時(shí)次的比例分別為TD（68%）、TS（63%）、STS（42%）、TY（46.2%）、STY（33%）、SuperTY（54%），弱臺風(fēng)移向預(yù)報(bào)偏右較多，在TD和TS級別移向偏右時(shí)次的比例65%，強(qiáng)臺風(fēng)移向預(yù)報(bào)偏左較多，在STS及以上級別移向偏左時(shí)次占比56%。

圖4 各臺風(fēng)期生命內(nèi)的24 h路徑移向誤差（a）以及各起報(bào)時(shí)次臺風(fēng)級別及24 h路徑移向誤差（b）

2.3 移速誤差特征

所有評定時(shí)次中，整體移速預(yù)報(bào)慢的情況更多，占比58%（有103次移速誤差為正、141次為負(fù)），移速正誤差的范圍為0.6～6.7 km/h，平均3.3 km/h；負(fù)誤差范圍為-0.6～-9.4 km/h，平均-4.2 km/h。與移向誤差在生命史中分別特征相似，大多數(shù)臺風(fēng)生命過程中移速快、慢同時(shí)存在（圖5a），5個(gè)臺風(fēng)出現(xiàn)移速快或慢的時(shí)次占比超過70%，其中除了1707號臺風(fēng)“洛克”，其他4個(gè)臺風(fēng)的生命平均距離誤差均大于80 km。當(dāng)一個(gè)臺風(fēng)超過70%預(yù)報(bào)時(shí)次的移速快或慢時(shí)，其平均路徑距離誤差較大可能偏大，路徑預(yù)報(bào)不確定性較大。有65%的臺風(fēng)在登陸前24 h內(nèi)移速誤差較小，各時(shí)次移速誤差絕對值均小于平均正、負(fù)移速誤差絕對值對比不同強(qiáng)度的移速預(yù)報(bào)誤差（圖5b）發(fā)現(xiàn)，臺風(fēng)強(qiáng)度越強(qiáng)、移速誤差越小，強(qiáng)度達(dá)到TY及以上級別時(shí)，移速誤差多在5 km/h以內(nèi)；不同強(qiáng)度的移速負(fù)誤差比例分別為TD（68%）、TS（49%）、STS（32%）、TY（92%）、STY（71%）、SuperTY（42%），可見TD、TY和STY預(yù)報(bào)移速較慢的情況多，TS、STS和SuperTY預(yù)報(bào)移速快略多。

圖5 各臺風(fēng)期生命內(nèi)的24 h路徑移速誤差（a）和各起報(bào)時(shí)次臺風(fēng)級別及24 h路徑移速誤差（b）

3 結(jié)論

1）2016—2020年登陸廣東臺風(fēng)的平均24 h路徑距離預(yù)報(bào)誤差為70 km，過程平均距離誤差大于70 km的臺風(fēng)個(gè)數(shù)略偏多1個(gè)，其中南海臺風(fēng)的路徑預(yù)報(bào)誤差偏大，對南海臺風(fēng)的路徑預(yù)報(bào)能力相對較弱。

2）在244個(gè)評定時(shí)次中，有54.9%時(shí)次的距離誤差較小，57%時(shí)次的移向偏右，58%時(shí)次的移速較慢；在臺風(fēng)首次登陸廣東前24 h內(nèi)，臺風(fēng)路徑預(yù)報(bào)質(zhì)量較好，其中56%時(shí)次距離誤差較小、88%時(shí)次移向誤差較小、65%時(shí)次移速誤差較小。

3）當(dāng)一個(gè)臺風(fēng)70%或以上時(shí)間的單次預(yù)報(bào)誤差較小（較大）時(shí)，其生命期平均路徑預(yù)報(bào)質(zhì)量極好（極差）；當(dāng)一個(gè)臺風(fēng)有70%時(shí)次移向誤差偏左（或偏右）或有70%時(shí)次移速誤差較快（或較慢）時(shí)，該臺風(fēng)的路徑預(yù)報(bào)誤差明顯偏大，則路徑預(yù)報(bào)不確定性較大。

4）起報(bào)時(shí)刻臺風(fēng)強(qiáng)度越強(qiáng)，相應(yīng)路徑距離、移向、移速預(yù)報(bào)誤差越小。

本研究通過分析發(fā)現(xiàn)臺風(fēng)在首次登陸廣東前24 h路徑預(yù)報(bào)質(zhì)量總體較好，給預(yù)報(bào)服務(wù)提供了信心，也為臺風(fēng)的防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)部署提供了支撐；同時(shí)本研究為決策者提供了表述風(fēng)路徑預(yù)報(bào)不確定性的定量數(shù)據(jù)，易于非氣象專業(yè)人員理解臺風(fēng)預(yù)報(bào)誤差，但對臺風(fēng)誤差的分析僅停留在統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，例如多數(shù)情況下對TD、TY和STY的路徑預(yù)報(bào)較慢，但造成三者移速預(yù)報(bào)慢的原因是否相同需要進(jìn)一步分析，才有可能有將預(yù)報(bào)誤差的分析結(jié)果用于實(shí)際預(yù)報(bào)。今后將從典型個(gè)例著手，更加精細(xì)的分析臺風(fēng)路徑誤差的特點(diǎn)及可能原因，以期提升臺風(fēng)檢驗(yàn)結(jié)果在天氣預(yù)報(bào)和決策氣象服務(wù)中的可用性。