热带气旋路径与强度预报的观测资料影响性研究

This proposal focuses on the observation impact on the forecast of the track and intensity of tropical cyclones (TCs) in the Western North Pacific with the adjoint of the numerical model and the adjoint of the assimilation system. The impact of various conventional, nonconventional observations, as well as observations from targeted experiments, on the numerical forecast of the track and intensity of TCs will be assessed quantitatively. The characteristics of the sensitive region and the initial sensitive variables related to the evolution of TCs' motion and intensity will be investigated. Furthermore, the internal correlation between the sensitive region and the initial sensitive variables' distribution and the environmental background, as well as the structure of TCs' circulation, will also be emphasized. The main aim of this proposal is to figure out the high impact observations, which have largest influences on TCs' track and intensity forecast. Based on the observation impact analysis, the targeted experiment method designed for TCs can be assessed and improved. Moreover, the observation impact study can improve the efficiency of assimilating multi-source observations. At last, this proposal is expected to be helpful for the improvement of the forecast of TCs' track and intensity.

通过开展针对西北太平洋热带气旋路径与强度预报的观测资料影响性研究，综合运用数值模式的伴随模式以及同化系统的伴随模式，定量地评估各种常规、非常规资料以及目标观测资料在热带气旋路径与强度预报中的价值，揭示影响热带气旋路径与强度演变的敏感区和初始敏感变量的分布特征，加深了解敏感区与初始敏感变量的分布特征与环境场和不同发展阶段的热带气旋的结构之间的内在联系，找出起关键作用的高影响性观测资料的种类与分布规律，为进一步完善针对热带气旋的目标观测试验方案、提高多源观测资料在热带气旋预报中的综合应用能力，进而为提高热带气旋路径与强度预报水平提供理论和技术参考。

项目开展了热带气旋强度与路径变化相关的动力机制、敏感性以及观测资料影响性等研究。（1）研究了热带气旋内核区域热力学结构的演变特征与热带气旋强度变化之间的联系，着重讨论了垂直切变对热带气旋内核热力结构及强度变化的影响机制。研究了影响西北太平洋热带气旋路径与强度预报的敏感区域和初始敏感变量的分布特征，重点分析了热带气旋相互作用期间的敏感性分布特征。研究发现双台风之间的相互作用可以分为以双向作用为主型和以单向作用为主型，相应地强度变化也不尽相同，伴随敏感性分析能够描述它们之间的差异。（2）建立了西北太平洋热带气旋集合同化系统，分别采用NCEP的GSI/EnKF与WRF模式作为同化与预报模式。该系统包括了80个预报成员，在第一层区域（18 km）进行6小时循环同化，每天进行两次72小时预报。目前已完成了2016年台风季的测试工作，定量评估了多源观测资料在西北太平洋热带气旋路径与强度预报中的价值。（3）项目还研究了结构、路径与强度变化均十分特殊的环状台风，发现西北太平洋环状台风更容易登陆，因此危害更大， 并指出眼墙替换虽然是环状台风形成的途径之一，但并不是主要途径。项目还发展并测试了西北太平洋环状台风自动识别技术。这些成果丰富了对热带气旋路径与强度变化的认识，为提高热带气旋路径与强度预报提供了理论参考。