基于GRAPES_TCM的热带气旋路径预报性能分析及集合扰动初步研究

论文摘要

本文首先检验了GRAPES_TCM(GT)的路径预报性能。然后基于GT对热带气旋路径集合预报技术进行了初步研究,包括考察斜压模式中初始涡旋位置的不确定性对路径预报的影响,及设计试验了一个扰动涡旋方案。分析GT对2005年西北太平洋及南海热带气旋的路径预报结果发现,GT具有良好的预报性能,其对所有样本的24、48和72小时平均距离误差分别为135.8公里、230.7公里和336.0公里,但前12小时距离误差较大(近100公里)。用系统偏差订正GT对“转向”类样本的预报路径可获得明显的改进。GT对130 E以西区域特别是靠近我国东南沿海的热带气旋路径预报表现较好。GT的总体平均预报移速在48小时内都比最佳路径移速偏快,初始的12小时内偏快最多(近1米/秒),在48小时后转为偏慢。在考察初始涡旋位置的不确定性时,本文对15个个例进行了两组集合预报实验(IPUE1和IPUE2),其扰动幅度分别为1和0.5。两组试验的离散度在72小时内都没有显著变化(后期略有增长)。这与正压模式中的情形是一致的。在12小时,两组试验中离散度占集合平均误差的比重都达80%以上,此后该比重显著减小。对代表平均初始位置不确定性的IPUE2来说,72小时的离散度仍达集合平均误差的27%。可见,在斜压模式中,初始位置的扰动对初始12小时的预报路径有决定性的影响,该影响随预报时间的增长而减弱,但其重要性对整个72小时预报都是不可忽略的。因此,在斜压模式中对热带气旋进行集合预报时加入对初始位置的扰动是有必要的。进一步分析表明,初始涡旋的移动在前36小时左右会对预报路径施与近乎平移的调整,之后开始使路径出现不规则地变化,但在72小时内平移作用仍有较大程度的保持。此外,鉴于路径预报会对位置偏差有所维持,初期(如6小时)的位置偏差(相对观测)可用来订正中后期的预报路径。已有的结果显示订正是有效的。本文提出的扰动涡旋方案是在历史分析资料以及历史模式预报结果中选取涡旋取代初始涡旋,以此构造扰动涡旋场的初值集合。该方案可几乎完全避免得到结构被破坏的初始涡旋。其生成的初值集合既消除了初始强度的确定误差,又加入了对初始强度的适量扰动,同时还较合理地得到了不同的涡旋结构,而且对动力学场和热力学场都进行了扰动。现有的试验结果表明,该涡旋扰动方案可以获得良好的离散度与预报技巧的相关性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究意义
• 1.2 集合预报理论介绍
• 1.3 集合预报在台风路径预报方面的应用
• 1.4 本文主要内容
• 第二章 模式介绍及路径预报性能检验
• 2.1 引言
• TCM 的结构'>2.2 GRAPES_TCM 的结构
• TCM 的路径预报性能'>2.3 GRAPES_TCM 的路径预报性能
• 第三章 初始位置的不确定性
• 3.1 引言
• 3.2 实验方案
• 3.3 结果分析
• 3.4 小结
• 第四章 涡旋场的不确定性
• 4.1 引言
• 4.2 方法和资料
• 4.3 结果分析
• 4.4 小结
• 第五章 总结和结论
• 5.1 总结
• 5.2 存在的不足和下一步的研究工作
• 致谢
• 参考文献