聚焦台风内核敏感区 福建开展台风目标观测研究推动预报效果提升-中国气象局政府门户网站
当前位置:首页 > 科技创新

聚焦台风内核敏感区 福建开展台风目标观测研究推动预报效果提升

发布时间:2022年07月20日 来源:

台风作为对我国产生重要影响的天气系统,向来是气象预报科研攻关的重点关注对象。近期,针对因台风内核精细结构观测资料不足所致初始误差等问题,福建省气象台观测预报协同应用创新团队(以下简称“团队”)提出一份题为《台风目标观测研究进展回顾》的最新研究报告(以下简称“报告”),通过总结影响台风目标观测的主要因素、聚焦台风强度目标观测研究、发展能刻画模式误差非线性影响的方法,以同化目标观测方式提高台风强度业务预报的准确率。

其中,关于台风气候观测敏感区的研究成果,已被福建省气象局制定的《福建省气象观测站网布局设计方案》采纳,并为规划台湾海峡地区台风观测布局提供科学建议。

对接需求 聚焦台风目标观测研究

为什么要进行台风目标观测研究?在当前台风短期预报业务中,常常将台风路径和强度作为重要预报对象,而影响其预报的不确定性要素可归为初值误差和模式误差。研究表明,准确的初始场是提升台风路径数值预报的关键因素,而模式误差则是现阶段影响台风强度预报效果的主要因素。

准确的初值依赖于精确的观测资料。虽然目前卫星技术迅速发展,大量洋面上的卫星观测资料进入模式,显著改善了台风数值预报效果。但当台风发生时,受稠密云雨对卫星遥感信号衰减作用的影响,我们仍然很难获得边界层底层台风内核区的结构及其变化特征的精确观测资料。因此,围绕台风在时间和空间上进行针对性的观测优化布局,增加对台风的直接观测,就成了“刚需”。

目标观测技术恰好能够满足这种需求。它通过移动观测平台在观测敏感区进行加密观测,并结合同化方法来减小初值误差。

当前,台风目标观测研究方法在理论基础上已相对成熟,在外场观测试验和业务观测中也经受住了检验。从个例分析和统计分析角度,总结前人开展台风目标观测应用的研究成果,发现目标观测手段对于台风路径预报技巧的改进具有显著作用,在同化了敏感区非常规观测资料后,大部分台风的路径预报误差改进率可达10%。

锁定敏感区 攻关目标观测核心问题

事实上,台风观测敏感区内的资料对于台风数值预报结果改善具有显著作用。在敏感区内,尽管初始误差非常小,但可能增长较快,导致数值预报结果不理想;而在敏感区外,即便初始误差较大,其增长仍可能小于敏感区内较小误差的增长。因此,如何确定敏感区位置,成为了目标观测研究中的核心问题。

团队负责人刘德强介绍,影响敏感区识别的因素有多个方面,主要包括切线性近似、模式误差、度量范数和集合成员个数等。研究发现,基于非线性误差增长理论的方法在目标观测中应用的效果要明显优于线性误差增长理论方法,不能忽略描述误差增长的非线性项;在实际的台风数值模拟中,由模式缺陷引起的预报误差不能忽略,导致识别得到的台风强度敏感区位置可能与真实敏感区位置存在较大差异。因此,切线性近似和模式误差,是影响台风目标观测效果不确定性的重要因素。

此外,度量范数和集合成员个数也是限制台风目标观测效果的因素,但并非主要因素。

放眼未来 优化台风观测站网布局

近年来,台湾海峡内海洋表面观测站点稀少的客观现状,影响了过岛台风在风雨精细化结构上准确观测资料的获得,制约了过岛台风数值预报效果的提升。以往的业务和研究证明,基于观测和预报互动的移动式目标观测手段对于减小数值预报不确定性具有较好效果。

然而,由于台风敏感区依赖于预报轨迹的特性,不同台风的敏感区之间存在差异,如果针对单个台风的敏感区进行观测布局,则无法满足既经济又科学的台风观测布局要求。

因此,要研究识别和验证台风观测敏感区出现频率最大的区域,进一步优化现有的台风监测网,增加海洋上的台风监测网,增加海洋上台风气候观测敏感区内风、温、压、湿廓线观测,并利用无人机、气象探测飞艇等观测设备提升台风目标观测能力的观测布局方案,最大程度发挥观测资料在台风数值预报模式中的平均改善作用。

(作者:李晓婷?责任编辑:张林)

扫一扫分享至朋友圈