西北太平洋上典型台风个例的预报误差原因分析.docx
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西北太平洋上典型台风个例的预报误差原因分析
2011年西北太平洋上典型台风个例的预报误差原因分析
张玲
(国家气象中心,北京100081)
提要:
本文利用卫星资料、常规观测资料、NECP再分析资料等分析了2011年1109号超强台风“梅花”的路径和强度预报偏差及预报难点和1115号台风“洛克”在日本南部强度加强的原因,得出了一些非常实用的预报着眼点,具体为:
对于呈东西排列的两个台风,两者之间的西太平洋副热带高压的南北向打通是西台风偏北分量将加大的明显信号,另外除了关注台风北侧或东北侧的西太平洋副热带高压的变化外,在业务中还应关注台风西侧大陆高压和东南侧赤道高压的演变情况;在台风强度预报方面,一方面当台风西北侧有高空槽或冷涡靠近,且槽前伴有大于40米/秒的西南风急流时是台风强度加强或维持强度的重要条件,另一方面,在不具备有利于台风增强的天气形势下,热带洋面对台风强度的影响和海洋对台风活动的反馈均不容忽视,除了需关注当前的海洋状况和台风前进方向的海洋状况外,前期相关海域的海洋状况和台风移动方向右侧的海洋减温情况特别值得考虑。
关键词:
2011年梅花洛克预报技术分析预报着眼点
引言
近年来随着数值预报技术的不断发展,全球各台风业务预报中心的台风路径综合预报水平不断提高,特别是近10年来平均路径预报误差呈现较明显的减小趋势,但仍存在某些台风的数值预报和综合预报的路径预报误差均明显偏大的情况,如2008年的6号台风“风神”、2010年的13号超强台风“鲇鱼”等,所以总体来讲台风路径预报水平在提高,但还不能完全解决一些复杂台风的路径预报问题。
相对于台风路径预报的进展而言,不管是数值预报技术还是动力统计的客观预报方法均没有明显进步,定性的分析和预报员的经验在台风强度业务预报中发挥了重要作用,台风强度业务预报水平不高,特别是对台风强度迅速变化的预报能力有限。
2011年中央气象台对1109号台风“梅花”的路径和强度预报都出现了较大的偏差,在“梅花”沿我国东部海区北上过程中预报路径始终偏在实况路径的西侧,预报和服务效果不好;1115号台风“洛克”于日本登陆前在日本以南洋面迅速加强也是业务预报中没有预计到的,为了分析上述预报偏差出现的原因,避免今后类似预报偏差的出现,针对“梅花”和“洛克”做深入的技术分析,找出相关问题的预报难点和预报着眼点非常必要。
本文的分析主要立足于台风业务中能得到的各种资料(包括实况观测资料、卫星资料和数值预报资料),结合NCEP再分析资料,通过天气学分析和诊断分析,充分挖掘在现有资料和模式水平条件下如何提高上述台风预报准确率的可能性。
1、2011年超强台风“梅花”疑难路径成因分析
中央气象台对2011年9号台风“梅花”的路径预报出现了较大的预报偏差,特别是在其沿我国东部海区北上过程中预报路径始终位于实况路径的西侧(图1),曾经预报三次登陆,但一次都没登陆,预报服务效果很不好。
从8月3日20时的500百帕流场(图2)可以看出,9号台风“梅花”和10号台风“苗柏”同处于一条东西向的热带辐合带上,其西北侧为西太平洋副热带高压,同时在“梅花”西北侧有高空槽东移,槽后还跟着一个较强的高压脊。
当时的业务预报考虑在这种形势下2-4日“梅花”在其北侧西太平洋副热带高压的引导下向偏西方向移动,随着高空槽的东移,“梅花”北侧的西太副高东退,“梅花”移动的偏西分量将减小,而偏北分量将有所加大,但考虑到“梅花”西北侧的槽移过“梅花”中心所在的经度后,其后的高压脊与西太副高同位相叠加,可能在“梅花”西北侧形成西北--东南向的高压坝,在脊后东南气流的引导下“梅花”的移动将出现偏西分量再次加大的情况,所以“梅花”在我国东部沿海登陆的可能性较大。
事后的分析发现在当时的业务预报中忽视了一些有用的信息,首先“梅花”和“苗柏”相距较远,约2800公里左右,在“梅花”的东南侧存在一个赤道高压;其次2-4日“梅花”西移的速度在每小时10公里左右,明显偏慢,这表明其引导气流偏弱。
除了其北侧的西太高压、东南侧的赤道高压、西北侧的高压脊外,在“梅花”正西方还有一个大陆高压稳定维持,“梅花”处于这四个高压的包围中,并且这四个高压的水平尺度都不大,与“梅花”的尺度相当,这四个高压的存在都会对“梅花”的移动产生影响,导致引导系统非常复杂。
除了西太高压和西北侧的高压脊外,大陆高压和赤道高压的作用不容忽视;再次对稳定维持的大陆高压对“梅花”路径的可能影响估计不足。
8月2-5日在“梅花”正西方的我国江南东部到华南东部上空有大陆高压稳定维持,在其西行的过程中,随着其与大陆高压距离的接近,两者之间的气压梯度力将逐渐加大,“梅花”西行的阻力越大,这可能是其西行移速偏慢的部分原因,对这方面考虑不足就导致对西行速度预计得偏快,而西行速度的快慢与登陆与否有很大相关,因为在同样地时间内,能够到达的位置越西,距离我国海岸线越近,即便后期有偏北分量加大的阶段,登陆我国的可能性越大;再次是对高空槽东移对西太副高移动的影响估计不足,只考虑了东退,而未估计到南落。
前面分析了“梅花”和“苗柏”相距2800公里,两者之间的联系比较薄弱,在这种情况下,西太高压在东移的同时很容易从薄弱区向南扩展,而导致西太高压和赤道高压在“梅花”东侧南北向打通,在该高压西侧的偏南气流作用下导致“梅花”偏北分量的增加,这个偏北分量比当时业务预计的偏北分量要大。
移动的偏北分量越大,登陆我国的可能性越小;最后是在预报服务策略方面不够灵活,应该根据预报不确定性的大小灵活地调整登陆信息发布的时间。
“梅花”期间,多个台风数值预报模式的结果出现频繁的预报调整(图3),说明预报的不确定性较大,在这种情况下从预报服务的效果考虑,建议适当推迟登陆预报信息的发布,以免造成负面的影响。
预报着眼点为:
对于呈东西排列的两个台风,西太平洋副热带高压在两者之间的南北向打通是西台风的引导系统发生改变,偏北分量将加大的明显信号,需特别关注西太平洋副热带高压在两个相距较远的台风之间南落,与西台风东南侧赤道高压合并导致的南北向打通;另外除了关注台风北侧西太平洋副热带高压和西风带槽脊的演变外,在业务中还应关注台风西侧大陆高压的演变情况,台风西侧稳定维持的大陆高压对台风西行是不利的;在多台风情况下要充分考虑数值模式的预报不确定性问题,应考虑根据预报不确定性程度的不同灵活地调整台风预报信息(登陆预报信息)的发布,争取取得更好的预报服务效果。
图1中央气象台的2011年9号台风“梅花”的实况路径和预报路径对比(实线为实况路径,虚线为不同时次的预报路径)
图22011年8月3日20时500百帕流场(红色为流线,填色为等风速区)
图3国家气象中心台风集成预报系统对“梅花”的预报(左1、2、3、4分别为8月2日20时、3日20时、4日20时、6日08时起报的结果)
2、台风“梅花”强度预报偏差分析
中央气象台对2011年9号台风“梅花”的强度预报也出现了较大的偏差,特别是在日本冲绳群岛东南海域和冲绳岛附近海域阶段,业务预报在西行阶段强度维持强台风强度,在冲绳岛附近海域可能还将有所加强,实况强度不仅没加强,反而减弱了,云图结构上表现在西偏北行的过程中台风个头越变越大,结构从密实到松散,甚至出现了明显的空心结构,预报服务效果不好。
从目前的分析来看,出现上述偏差的原因是对“梅花”前进方向的海温和冲绳群岛附近的黑潮暖流关注过多,而对海温变化考虑不够。
通过对海温变化的分析来看(图4),“梅花”过程中在其中心右侧海域出现了大片的低于26°C的冷海温区,这是台风的大风导致海洋低层的冷水上翻造成的。
反过来海表温度的变化也会对台风强度产生影响,台风附近大片低于26°C的海温区的出现对台风强度的发展是不利的,同时“梅花”西行移度偏慢,导致其长时间处于低海温区,这也是台风强度的不利因素之一。
尽管目前海温的反演产品可能存在一定的误差,但是同一种海温产品的变化还是有指示意义的。
值得注意的是“梅花”中心附近的冷水的出现还与1106号台风“马鞍”有关,7月20日前后“马鞍”经过日本以南海海域,导致上述海域出现了大片冷水,由于海洋的热容量很大,海温恢复到原来的温度需要较长的时间,可能要数周的时间,在日本以南洋面的温度还未恢复到正常的情况下“梅花”经过上述海域,海洋热力条件不太好。
从目前的分析来看,“梅花”中心右侧出现的大片冷水域是其强度不增反降的另一重要原因。
图4“梅花”过程中海表温度(单位:
°C)(a为8月3日,b为8月4日,c为8月5日,d为8月6日)
2011年日本以南海域先后有5个编号台风经过(图5),有多个台风呈现阶段性空心现象(图6),从海温变化来看都出现过不同程度的冷水区(图略),冷水区的出现可能是上述5个台风都先后呈现空心台风结构的重要原因之一。
图51106号超强台风“马鞍”、1109号超强台风“梅花”、1112号台风“塔拉斯”、1114号热带风暴“玫瑰”、1115号台风“洛克”路径图
图61106号超强台风“马鞍”7月18日7时14分(a)、1109号超强台风“梅花”8月5日11时57分(b)、1112号台风“塔拉斯”8月30日18时01分(c)、1115号台风“洛克”9月14日22时32分(d)卫星红外图像
预报着眼点为:
台风对热带洋面温度的影响和海洋对台风活动的反馈均不容忽视;除了需关注当前的海洋状况和台风前进方向的海洋状况外,台风途径海域前期的海洋状况和台风移动方向右侧的海洋减温情况特别值得考虑。
3、台风“洛克”强度加强原因分析
1115号台风“洛克”于2011年9月19日晚上在日本以南洋面加强为台风,以后继续加强。
受“洛克”和冷空气的共同影响,日本列岛及琉球群岛大部出现了7-9级大风,其中北海道、静冈县、东京都、神奈川县、长崎县、青森县、岩手县、鹿儿岛县、冲绳县等地的部分地区出现了10级以上大风,风力较大的地点有北海道日高46.1米/秒、静冈县御前崎45.1米/秒、东京都八王子43.1米/秒、东京都大岛42.1米/秒,均为14级。
中央气象台对于“洛克”在日本以南洋面的加强存在明显低估的偏差。
分析上述低估的可能原因时我们发现,9月18日晚上在水汽图像上青海北部有明显暗区(图略),随后该暗区快速东移,19日13时30分该暗区移至山东半岛至黄海中部一带(图7),暗区前沿对应一条宽广的西南急流带。
19日20时的200百帕探空资料(图略)显示,日本海上空存在50米/秒左右的高空急流,这支高空急流为“洛克”增加了一支向极地方向的外流通道。
19日20时“洛克”明显加强,出现清晰的眼区。
从9月20日08时200百帕散度场的分布(图8)来看,“洛克”正好处于高空槽前急流轴入口区右侧的高层辐散区内,辐散高达12×10-5s-1,高层辐散的增强是“洛克”强度迅速增强的重要原因。
这种形势稳定维持了两天时间。
与“洛克”类似,在1117号台风“纳沙”靠近粤西并登陆的过程中,强度得以维持,减弱得较慢,给西南旱区带来了一次较强的降水过程。
从水汽图像上在台风北侧也能看见一条西南-东北向的暗带(图略),暗带前沿也有大于40米/秒的西南风急流带。
由此可见,当水汽图像上台风北侧有暗带和大于40米/秒的高空急流带配合出现是有利台风强度增强的典型天气形势。
图72011年9月19日13时30分水汽图像和卫星导风迭加图
图82011年9月20日08时200百帕散度场
(填色区为散度场,单位:
10-5S-1,等值线为等风速线,箭头为风矢)
值得注意的1115号台风“洛克”在日本南部加强时下垫面海温条件并不好,也有大片的冷海温区(图略),这说明有利于台风加强的天气形势对台风强度的加强效应要显著于台风下垫面海温条件对台风强度的影响。
预报着眼点为:
台风北侧水汽图像上暗带和大于40米/秒的高空急流带配合出现是有利台风强度增强的典型天气形势。
4、主要结论
经对1109号超强台风“梅花”的疑难路径和强度以及1115号台风“洛克”强度预报误差原因进行了天气学分析,得到以下几点主要结论:
(1)对于呈东西排列的两个台风,西太平洋副热带高压在两者之间的南北向打通是西台风的引导系统发生改变,偏北分量将加大的明显信号,需特别关注西太平洋副热带高压在两个相距较远的台风之间南落,与西台风东南侧赤道高压合并导致的南北向打通。
(2)除了关注西太平洋副热带高压对台风路径的影响外,台风附近的赤道高压和大陆高压对台风路径的影响不容忽视。
(3)台风北侧水汽图像上暗带和大于40米/秒的高空急流带配合出现是有利台风强度增强的典型天气形势
(4)台风对热带洋面温度的影响和海洋对台风活动的反馈均不容忽视,除了需关注当前的海洋状况和台风前进方向的海洋状况外,台风途径海域前期的海洋状况和台风移动方向右侧的海洋减温情况特别值得考虑。
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参考文献
[1]陈联寿.西北太平洋台风概论,科学出版社,1979;
[2]罗格B.威尔顿等.水汽图像在天气分析和天气预报中的解译与应用,气象出版社,1994;
[3]许映龙等.我国台风预报业务的现状及思考,气象,Vol.36,No.7,P43-49;
[4]许映龙,1109号超强台风鲇鱼路径北翘预报分析,气象,Vol.37,No.7,P821-826
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