2009, Vol. 35 2007年, 西北太平洋及南海海区共生成25个风暴级以上强度的热带气旋。由于热带气旋的影响不同, 各国关注的TC个例亦不相同; 又因实际分析手段和业务预报能力的差异, 对TC强度和路径的认定以及预报水平亦存在差异。因此, 有必要对TC定位以及预报的精度进行评定, 一方面作为台汛期业务和服务的参考, 另一方面促进预报水平的提高。
2006年我国颁布的《热带气旋等级国家标准》[1]将热带气旋分为6个强度等级:热带低压(TD)、热带风暴(TS)、强热带风暴(STS)、台风(TY)、强台风(STY)和超强台风(Super TY)。在实际业务[2]中, 由国家气象中心对强度达到热带风暴以上的系统进行编号, 并由世界气象组织东京区域气象中心(RSMC Tokyo)给予命名。本文以业务编号的热带风暴(以下称作TC)为对象进行分析并作定位和预报精度的评定。往年热带气旋活动和预报的综述参见文献[3]等。
1 资料和方法 1.1 资料所用热带气旋历史资料取自中国气象局上海台风研究所(CMA-STI)热带气旋最佳路径数据集[4], 该数据集包含《热带气旋年鉴》所整编的每6小时的热带气旋最佳路径和强度记录; 用于业务预报评价的数据则来自各相关业务预报中心。
1.2 方法热带气旋定位和路径预报精度的评定依据《台风业务和服务规定》[2]实行。技巧评分可描述各方法较基准方法而言是更优(正技巧评分)或是不及(负技巧评分)。综合考虑路径预报的距离稳定度、方向稳定度、有效稳定度、转型灵敏度、变速灵敏度和相对于气候持续性方法的技巧水平等要素, 分别取各要素的权重为0.2、0.2、0.3、0.1、0.1和0.1, 得到1级综合评定指标; 在此基础上, 再分别取24小时和48小时的权重为0.4和0.6, 得到2级综合评定指标(AI)[2-3]。用综合评定指标可比较各方法的总体性能, AI值较高说明方法的综合性能较好。
另根据《第5届全国台风及海洋气象专家工作组第3次会议纪要》的要求, 从2005年起增加强度预报方法均方根误差分析和技巧评分。强度预报的评定依据近中心最大风速进行。强度预报均方根误差(RMSE)为:
| $ RMSE = {\left[{\frac{1}{N}\sum\limits_{k = 1}^N {{{\left( {{I_k}-{I_{fk}}} \right)}^2}} } \right]^{\frac{1}{2}}} $ | (1) |
式中Ik表示第k次实时强度, Ifk为第k次预报强度, N为总的预报次数。均方根误差不仅涵盖了平均绝对误差(以往评价中所用的指标), 而且能反映出预报值相对于观测值的平均变化幅度, 因而也可衡量各种预报方法的相对稳定性。
技巧水平的评定以气候持续性方法(CLIPER)预报强度为基准方法, 某强度预报方法相对于基准方法的技巧水平为：
| $ {K_i} = \frac{{{E_c} - {E_i}}}{{{E_c}}} \times 100\% $ | (2) |
式中，Ki为某方法的强度预报技巧水平，Ec为CLIPER方法预报平均绝对误差，Ei为某方法预报平均绝对误差，其含义同路径预报技巧评分。
2 TC定位与预报精度评定 2.1 TC定位精度评定以《热带气旋年鉴》确定的TC最佳路径[4]为依据, 按照文献[2]的方法统计中央气象台、香港天文台、日本气象厅和美国联合台风警报中心(JTWC)的官方实时定位及北京、日本卫星实时定位的平均距离误差(见表 1)。2007年以中央台定位误差最小, 仅15.9km。各方法定位误差总平均为23.2km(共2134次), 与2006年(总平均为20.5km)相当。4个官方实时定位方法的平均误差为21.1km(1306次), 2个卫星实时定位平均误差为26.4km(828次)。
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表 1 TC定位误差 |
各台站24小时和48小时TC路径综合预报的平均距离误差见表 2。各台站24小时综合预报平均距离误差均小于150km; 48小时预报的平均距离误差除浙江台外均不超过270km。我国TC路径综合预报的24小时和48小时距离误差总平均分别为129.8km(750次)和215.0km(578次), 24小时预报与2006年(129.1km)相当, 48小时略优于2006年(227.4km)。
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表 2 综合预报的TC位置平均距离误差(单位：km) |
表 3为TC路径客观预报的平均距离误差。24小时和48小时预报误差总平均分别为122.2k (271次)和201.5km (215次), 比2006年(194.5km和436.1km)有显著提高。
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表 3 客观预报的TC位置平均距离误差(单位：km) |
表 4是数值模式预报的路径平均距离误差。国内各数值预报方法的24小时和48小时预报误差总平均分别为：162.5km(989次)、287.6km(802次), 较2006年(174.7km和321.8km)也有明显提高。
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表 4 数值预报的TC位置平均距离误差(单位：km) |
表 5为各预报方法相对于气候持续性(CLIPER)方法[2]的预报技巧评分(仅有一个样本的不作统计, 下同)。除浙江台48小时、上海SD90方法24小时和48小时预报为负技巧外, 其余各方法的24、48小时预报均为正技巧。
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表 5 各种预报方法的技巧评分(相对于CLIPER法) |
以中央气象台综合预报方法为第2基准方法, 国内各方法相对于第2基准方法的技巧评分, 除江苏和福建台外, 其他台站的综合预报方法24小时和48小时预报均有正的第2技巧评分.各数值模式的预报仍达不到综合预报的水准。然而客观预报方法中, 江苏概率和上海集成的24小时和48小时预报均有正的第2技巧评分, 这两种方法均以数值模式的预报为基础, 说明随着数值模式预报水平的不断提高, 这类集成方法的优势也越来越明显。
2.2.3 综合评定指标表 6~表 8为各预报方法的综合评定指标AI值, 其中AI值下方为48小时的预报次数。可见, 海南台综合预报的二级综合评定指标最高, 达0.86。各综合方法的AI值均超过0.60。客观预报方法中, 上海集成方法的AI最高, 达0.81.各数值预报方法的综合评定结果为0.65~0.79。
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表 6 综合预报方法的综合评定指标 |
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表 7 客观预报方法的综合评定指标 |
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表 8 数值预报方法的综合评定指标 |
2007年共有7个TC登陆我国。其中, 0703号TS桃芝(Toraji)、0709号SuperTY圣帕(Sepat)两次登陆, 0707号STS帕布(Pabuk)、0716号SuperTY罗莎(Krosa)三次登陆。各方法对不同TC登陆点的预报误差从几十到上百公里不等。中央气象台对各TC登陆点的24小时最小预报误差为7.0km, 最大为209.9km; 对0716号SuperTY罗莎(Krosa)在台湾的第二次登陆未预报。
2.4 TC强度预报以《热带气旋年鉴》确定的TC最佳强度[4]为依据, 统计了中央气象台综合预报方法、广西遗传神经网络预报方法、上海统计释用预报方法和气候持续法对TC强度的预报平均绝对误差、均方根误差、预报趋势一致率。由表 9可见, 强度预报误差与历年情况相当, 24、48小时近中心最大风速预报的平均误差分别为3~7m·s-1和5~11m·s-1。
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表 9 TC强度预报误差统计 |
各预报方法相对CLIPER法的预报技巧水平表明, 中央台和广西遗传神经网络预报方法相对CLIPER法有正技巧, 上海统计释用方法预报效果不如气候持续法, 48小时为负技巧。
3 结语根据对2007年TC活动及定位和预报情况的分析, 初步得到以下结论。
2007年各方法的平均定位误差均小于25km, 与2006年相当。强度预报的水平也与历年相当, 24小时和48小时预报的近中心最大风速平均误差分别为3~7m·s-1和5~11m·s-1。
国内综合预报的24小时和48小时路径平均距离误差分别为129.8km和215.0km; 客观预报方法2 4小时和48小时路径预报的平均距离误差分别为122.2km和201.5km, 即48小时的预报误差明显低于综合预报。目前数值预报仍不能与综合预报相比, 24小时和48小时路径预报的平均距离误差分别为162.5km和287.6km, 但基于数值模式预报的集成方法相对于综合预报有正技巧, 说明随着数值模式预报水平的不断提高, 其优势逐步展现, 这可能成为我们改善路径预报的途径之一。
热带气旋等级国家标准[Z]. GB/T 19201—2006.
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吴达铭, 陈雪峰, 邱君瑞, 1995. 1994年西北太平洋热带气旋综述[J]. 大气科学研究与应用, (9): 91-102. |
中国气象局上海台风研究所, http://www.typhoon.gov.cn/en/data/.
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