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  • 时间 2023-12-27
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灾害天气国家重点实验室科研成果③|着力台风预报技术创新,提升台风精细化预报能力       

      灾害天气国家重点实验室台风团队以提升台风发生发展机理认识、发展台风预报技术为目标,瞄准台风前沿科学问题以及实际应用需求,开展了一系列原创性工作,研发了台风快速更新短临预报系统(TRANSv1.0)并实现业务化运行,研发了台风区域同化及预报试验系统(T-RAPS)并连续六年实时运行,形成了集机理研究、预报技术研究和实时预报为一体的先进的台风研究平台。


台风快速更新短临预报系统(TRANSv1.0)

       经过数十年发展,我国岸基雷达网发展已十分成熟,岸基雷达能够在台风登陆前探测到其内核精细结构,对于提升台风数值预报水平具有重要应用价值。但受制于同化理论方法不完善、雷达资料质控和稀疏化方法不完备、计算能力有限等多方面因素,岸基雷达资料一直未在台风预报模式中得以实时同化。在国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“登陆台风精细结构的观测、预报和影响评估”支撑下(2015-2019年),中国气象科学院研究院联合多家科研业务机构研发了台风快速更新短临预报系统(TRANSv1.0)。TRANSv1.0系统基于台风发展演变敏感区研究和岸基雷达对登陆台风观测的特点,发展了空间均匀稀疏化算法,提升了雷达资料对台风强度和极端降水预报的改进能力,并改善了登陆台风精细化风雨刻画能力。TRANSv1.0系统在中国气象局组织的2022年度“十三五”以来气象科技成果评价中获得“优秀”等级。

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图1. TRANS v1.0系统流程图


       TRANSv1.0系统创新性地采用了具有背景误差协方差“流依赖”特点的集合卡尔曼滤波为同化方法,并以此实现了模式的逐小时快速更新循环同化,实现了最大限度地利用观测资料减小模式背景场误差;基于台风发展演变敏感区研究和岸基雷达对登陆台风观测的特点,发展了空间均匀稀疏化算法,提升了雷达资料对台风强度和极端降水的预报能力;提升登陆台风精细化风雨预报能力。TRANSv1.0系统逐小时起报,实现了台风登陆前后高频次的预报。

      TRANSv1.0系统自2020年开始实时运行,预报产品于2020年6月起在中国气象局台风与海洋气象预报中心应用。该系统提供的高时空分辨率产品被应用于全国天气会商和台风业务预报,产品在台风定位、精细化风雨预报方面得到应用,特别是高时空分辨率的大风(含阵风)预报产品,可为近海大风的精细化预报提供有力支撑。

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图2. TRANS v1.0系统产品参与全国天气会商

台风区域同化及预报试验系统(T-RAPS)

       为提高我国台风路径和强度预报水平,揭示台风的三维精细化结构特征,在国家重大基础研究计划(973)《台风登陆前后异常变化及其机理研究》、国家重点研发计划项目《台风强度/结构变化的关键动力-热力过程及预报理论究》及气科院基本科研业务费重点项目等支持下,台风团队成功建立了高分辨率、全流程自动化、模块化的台风区域同化和预报系统(T-RAPS)。

       T-RAPS系统集成了自主研发的开阔洋面台风涡旋动力初始化、中尺度地形适应的台风涡旋初始化、CAMS云微物理参数化方案、E-ε边界层参数化方案等区域台风模式关键技术。T-RAPS系统连续六年(2017年-2023年)实现了西北太平洋及我国南海编号台风的实时预报,系统运行稳定,预报结果可靠。检验表明:近五年平均而言,与国际通用的区域台风模式HWRF,ACCESS-TC相比,T-RAPS路径预报误差最小,强度预报误差居中。T-RAPS系统提前24h预报出了1713号强台风“天鸽”的近海突然增强过程,提前36h预报出了1822号超强台风“山竹”的强降水落区,提前30h预报出了1909号超强台风“利奇马”的登陆位置和登陆强度,并逐6h滚动更新预报结果。

       T-RAPS系统为中央气象台及多个省气象台提供了高分辨率台风路径、强度、形势场、大风和降水等预报产品,成为预报员分析和预报的重要参考,在会商指导和预报服务中发挥了重要作用,为我国台风预报业务提供了强有力的科技支撑。

       实验室台风团队将继续改进台风路径和强度突变预报、台风陆上精细化路径预报、台风精细化风雨分布和台风极端风雨预报等方面的技术,为提升台风预报预警能力,筑牢气象防灾减灾第一道防线提供科技支撑。