利用神经网络方法建立热带气旋强度预报模型

以神经网络方法为基础,建立西北太平洋热带气旋强度预测模型,模型首先进行历史相似热带气旋选择。从选择的样本出发,计算得到一组气候持续因子、天气学经验因子和动力学因子, 对这些因子采用逐步回归方法进行筛选,将筛选得到的因子同对应时效的热带气旋强度输入神经网络训练模块,从而得到优化的预测模型。从2004-2005年西北太平洋26个热带气旋过程对12,24,36,48,72h等不同预报时效分别进行的634,582,530,478,426次预测试验结果的统计来看,相对于线性回归模型预测水平,该模型显著降低了各时段的预测误差。从几个热带气旋个例的预测结果来看, 该模型对超强台风, 以及具有强度迅速加强、再次加强等特征的热带气旋过程均有很好的描述能力。     

热带气旋预报的人工神经网络方法

根据１９４９－１９８８年登陆珠江口的热带气旋资料，运用了人工神经网络的一个典型模型－“反向传播”模型，建立了该地区３５－４９小时热带气旋登陆地点的预报模型，并应用于热带气旋登陆地点的预报，即珠江口的热带气旋登陆地点预报，其拟合最大相对误差不超过０．７％。结果表明，神经网络预报模型具有容错能力强、预报速度快的特点，可望成为望带气旋预报的有效辅助手段。     

模糊神经网络方法在热带气旋强度预报中的应用研究

以1960-2007年共48年6月份西行进入南海海域的热带气旋样本为基础, 将热带气旋中心附近最大风速作为台风强度, 以气候持续预报因子作为模型输入, 采用模糊神经网络方法, 进行了热带气旋强度预报模型的预报建模研究。结果表明, 对175个独立预报样本模糊神经网络方法的南海热带气旋强度24 h的预报平均绝对误差为3 m·s-1。另外, 根据相同的热带气旋样本及预报因子, 还进一步将该预报方法与国内外普遍采用的气候持续法热带气旋强度预报方法进行对比分析, 结果表明, 气候持续预报方法的预报误差明显偏大, 独立样本强度预报平均绝对误差为4.54 m·s-1。     

热带气旋路径客观预报的若干问题

对多时刻环境因子与热带气旋路径相关的统计分析表明，初始时刻环境场因子对热带气旋路径的预报能力随预报时效的增长而下降；未来时刻环境因子的预报能力高于初始时刻环境场因子；对于一定预报时效的热带气旋路径，具有较高预报能力环境场因子出现时刻大多不与预报时效同时刻；对于４８￣１２０小时的预报时效，初始时刻后４８－７２小时的环境场因子具有较高的预报能力。对ＮＷＰ产品进行统计释用的热带气旋路径预报模式优于用初如     

集成方法在热带气旋路径和强度预报中的应用

利用多元线性回归、递归正权决策和算术平均方法,分别建立热带气旋路径和强度多模式集成预报方程,并用2004年西北太平洋和南海生成的热带气旋资料进行预报试验,同时对各家预报和集成预报进行了检验分析。结果表明,用集成预报方法作热带气旋路径和强度预报是可行的,预报年总平均误差有一定程度的减小,最大预报误差也有所减小,出现较大预报误差的概率明显减小。集成方法的预报能力一般好于集成方法中采用的任意单一预报,体现了集成方法的优越性。     

热带气旋路径强度预报——SAPC法

SAPC——逐段相似气候持续性热带气旋路径、强度预报方法，既考虑了热带气旋的气候持续性规律，又考虑了与现时热带气旋状态特别相似的历史热带气旋路径、强度变化规律，用不同的相似条件和权重，把气候路径、相似路径和持续性路径作了有机的统一。该方法克服了预报路径的大曲率变化，考虑了随时间、地点变化的热带气旋的气候规律，根据热带气旋的现时状态，即可随时制作路径、强度预报。历史资料和实际应用表明该方法有实用价值。     

西北太平洋热带气旋强度统计释用预报方法研究

为了提高西北太平洋地区热带气旋（TC）强度预报准确率,在气候持续预报方法基础上,考虑气候持续性因子、天气因子、卫星资料因子,以TC强度变化为预报对象,运用逐步回归统计方法,建立西北太平洋地区24、48、72小时TC强度预报方程。通过不同的分海区试验（远海区域、华东近海、华南近海）,证明回归结果较好。逐一分析选入因子发现：气候持续性因子在方程中相当重要;同时对远海区域和华东近海而言,海温影响也不容忽视,对华南近海而言,反映动力强迫作用的因素也较为重要。卫星资料的加入,对回归结果略有改进。用“刀切法”作独立样本检验,与气候持续法比较,预报误差明显减小。     

南海热带气旋强度预报的线性模型与非线性模型研究

以1980—2012年共33 a的6—10月在南海生成或西行进入南海海域的热带气旋样本为基础,采用线性回归方法和非线性人工神经网络方法,分别进行12～72 h各个预报时效的南海热带气旋强度预报模型建模研究。根据相同的热带气旋个例,相同的预报因子,将逐步回归预报模型、BP神经网络预报模型和遗传-神经网络预报模型进行比较。试验预报结果表明,非线性的神经网络预报模型比线性的回归模型有更好的预报能力;而同为非线性模型,遗传-神经网络模型比BP神经网络预报模型预报能力更强。      

基于偏最小二乘回归理论的西北太平洋热带气旋强度统计预报方法

热带气旋(TC)的强度预报是TC研究中的前沿性问题和实际业务中的难点.当前具有参考价值的预报方法主要是统计类或模式释用类方法,例如气候持续性(CLIPER)模型等.CLIPER模型的核心技术为多元线性回归,这种回归算法在预报因子之间存在多重相关性时会丧失建模的稳健性,进而影响CLIPER模型的预报精度.为了提高CLIP...     

基于集合Kalman滤波数据同化与偏差修正的热带气旋强度集合预报研究

采用基于集合Kalman滤波数据同化和偏差修正方法的集合预报技术来研究热带气旋的强度预报问题.集合预报系统考虑初值误差和模式误差,利用MM5中尺度模式,采用Anthes-kuo、Grell和Betts-Miller等积云参数化方案和High-res-olution Blaekadar、Burlk-Thompson、MRF等边界层过程的9组不同的组合,分别进行45、60和75 min的短时预报.对9个预报结果采用"镜像法",得到18个集合成员.将蓝金涡旋作为同化的观测场,18个集合成员作为集合Kalman滤波的初始背景集合,采用ENSRF算法和逐点局地分析算法进行同化.同化后的结果作为集合预报的初值,预报过程对模式参数采用前述9种组合,进行72小时预报.通过求取偏差系数对预报结果进行修正,减小模式系统误差.选2003-2004年16个台风过程作为预报个例,讨论偏差修正前后对预报结果的影响.实验结果表明,基于集合Kalman滤波数据同化的热带气旋集合预报相对于非同化的集合预报对路径预报的改进效果优于强度预报.平均而言通过偏差修正,强度集合预报的潜力得到挖掘,绝对误差明显减小,通过偏差修正减小了强度集合预报均值的误差,进而使得预报概率密度函数均值向理论值靠近,从而提高了概率预报的精度和合理性,因此基于集合预报的偏差修正分析方法,是改善热带气旋强度预报水平的有效途径.     

数值模式的热带气旋强度预报订正及其集成应用

提供热带气旋强度预报产品的业务数值天气预报模式有很多,并已表现出一定的预报技巧,为提高对模式热带气旋强度预报产品的定量应用能力,分析2010—2012年7个业务数值模式的西北太平洋热带气旋强度预报,发现预报误差不仅受到模式热带气旋初始强度误差的显著影响,还与热带气旋及其所处环境的初始状况有密切关系,包括热带气旋初始强度、尺度、移速、环境气压、环境风切变、热带气旋发展潜势等。根据这些因子与各模式热带气旋强度预报误差之间的相关性,采用逐步回归方法建立热带气旋强度预报误差的统计预估模型,并通过逐个热带气旋滚动式建模来进行独立样本检验。检验结果表明,基于误差预估的模式订正预报比模式直接输出的热带气旋强度预报有显著改进,在此基础上建立的热带气旋强度多模式集成预报方案相对气候持续性预报方法在12 h有28%的正技巧,在24—72 h则稳定在15%—20%,具有业务参考价值。     

垂直分层加密和预报区域扩大对GRAPES_TYM台风预报的影响

为提升GRAPES_TYM对西北太平洋和中国南海热带气旋路径及强度的预报能力、增加对北印度洋热带气旋的预报,2019年8月GRAPES_TYM 3.0版投入业务运行。GRAPES_TYM 3.0版的模式垂直分层由GRAPES_TYM 2.2版的50层增加到68层;预报区域由覆盖西北太平洋、中国南海扩展到覆盖北印度洋。试验结果显示:模式垂直分层增加可以改进模式对强台风及超强台风的预报能力,减小平均路径预报误差、显著减小平均强度预报误差以及强度预报负偏差;模式预报区域扩大到覆盖北印度洋对平均路径误差和平均强度误差影响不显著,但长时效预报比较敏感,如20°N以北热带气旋120 h预报路径。2016—2018年的回算结果与NCEP-GFS和ECMWF的预报结果对比分析表明:GRAPES_TYM 3.0版的平均路径误差与NCEP-GFS接近,同ECMWF相比误差较大;但24—96 h强度预报误差明显小于NCEP-GFS和ECMWF,NCEP-GFS和ECMWF对热带气旋强度预报存在明显的负偏差。综上所述,模式垂直分层由50层增加到68层对热带气旋强度预报至关重要,而长时效路径预报对模式预报区域扩大到覆盖北印度洋更为敏感。      

Revisiting the response of western North Pacific tropical cyclone intensity change to vertical wind shear in different directions

不同方向垂直风切变对热带气旋强度变化的影响存在明显差异,但对热带气旋无维强度变化的影响却差异较小.研究发现不同方向垂直风切变对无维强度变化的影响的细微差异与热带气旋周围的高层西风槽,倒槽,低层季风槽等天气系统配置有关.这一结果表明,在研究不同方向切变对热带气旋强度变化的影响时,除了下垫面热力作用外,还应考虑与切变相关的...     

西北太平洋台风尺度与强度变化之间关系初探

为探究西北太平洋台风尺度对台风强度变化的影响,从美国联合台风预警中心(JTWC)2006—2015年最优路径(best track)观测资料中筛选出快速增强和非快速增强两类台风样本,采用台风最大风速半径(RMW)、34 kn(1 kn=0.51 m/s)风速等值线半径(AR34)和最外围闭合等压线半径(ROCI)三个尺度参数,初步分析了台风尺度与强度变化之间的关系。结果表明:内核尺度(RMW和AR34)与台风强度变化之间存在显著负相关,而外核尺度(ROCI)与台风强度变化之间的相关性较弱。经历和未经历快速增强过程的两类台风的初始尺度,前者显著小于后者。可以使用RMW和AR34代表的尺度参数来辅助中小尺度台风的强度预报和快速增强过程的预测。     

Influence of dust aerosols on eastern Pacific tropical cyclone intensity

热带地区大气的热力学状态对台风的发展起着重要作用.本项研究结果表明,东太平洋台风强度与沙尘AOD之间存在一定的负相关.同时,MERRA-2再分析数据和CMIP6的GCM模拟的分析结果,都表明了低层大气中云对沙尘AOD的负响应.沙尘颗粒物的准直接辐射效应可以解释上述响应:沙尘颗粒物吸收太阳辐射,并用此热量促进云层蒸发.理...     

西北太平洋上热带气旋尺度变化率与其尺度和强度的关系

为了进一步了解热带气旋(TC)尺度变化与其结构的相关关系,本文基于多平台热带气旋表面风场资料,通过相关分析得出西北太平洋上TC的24 h尺度变化率(SCR)与其尺度,强度以及强度变化率(ICR)的相关系数分别为-0.43,-0.12,0.25.其中SCR-ICR的相关关系主要受不同发展阶段的影响,在TC均达到/均未达到...     

利用TMI资料估计西北太平洋热带气旋强度的客观方法

利用2007—2009年热带降雨测量卫星(TRMM)微波成像仪(TMI)观测的亮温资料,建立一种西北太平洋热带气旋强度(Tropical Cyclone,TC)的估计模型,对2010年热带气旋进行独立估计试验,并对估计误差进行分析。结果表明:该模型对强度小于强台风TC的拟合效果较好,均方根误差约为5 m/s,平均绝对误差约为4 m/s;对强台风和超强台风TC的拟合误差较大,均方根误差分别为9.65和6.60 m/s,平均绝对误差分别为7.76和5.49 m/s;对强台风及以上强度的TC,模型的拟合误差在日(夜)间减小(增大),误差最小(大)值为6.00 m/s(11.96 m/s),说明估计值在日(夜)间偏大(小)。     

用统计动力方法作盛夏南海中北部热带气旋强度预报

对1960~2002年盛夏(7~9月)在南海中北部海域活动的热带气旋,引入欧洲中心(ECMW F)数值预报格点资料,采用移动坐标,选用有关热带气旋自身特征变量及环境场等物理量动力因子,用多元回归方法,建立热带气旋强度的动力统计预报模式,结果表明该模式较单纯靠天气学经验的预报能力有明显提高。