基于目标扰动的热带气旋集合预报研究

集合预报方法是当前热带气旋路径和强度预报重点研究和发展的方向，目前常见的方法包括三类：扰动初始场、扰动热带气旋中心位置和结构、扰动模式。从宏观角度来说，制约热带气旋运动过程的科学问题是两个方面：一是台风系统自身的结构，包括大小、强度等；另一个是大尺度环境场，主要是中纬度环流系统（包括副热带高压和高空槽等）对热带气旋的引导作用。本项目在单模式和单初值条件下，通过对热带气旋自身结构、副热带高压和高空槽等目标系统的针对性扰动，构造合理的集合成员。热带气旋自身结构的扰动采用现有扰动Bogus涡旋参数的方法实现，副热带高压和高空槽的扰动则基于片段位涡反演方法。本项目同时提出预报全时段扰动的概念，即在单初值的条件下，预报时段内提供时变边界的背景场中对热带气旋移动有重要影响的中纬度副高和高空槽也同时进行扰动，最终构建一个覆盖全预报时段的，基于目标系统扰动的热带气旋集合预报方案。

热带气旋路径的预报水平虽然在过去30年里取得了长足的进展，但是在近10年来进展缓慢，一个主要的原因就是对异常台风路径预报能力依然有限。本项目的目标是设计一种热带气旋集合预报方案，希望能提高异常台风路径的预报水平。研究分为三部分，一是利用统计分析方法对西北太平洋异常路径台风过程中常见的双台风相互作用现象进行了研究；二是设计了基于目标系统扰动的热带气旋路径集合预报方案；三是在上述研究基础上选择9个典型异常路径台风个例开展了数值试验。目前本项目已按计划完成，并得到以下的主要结论：. （1）在双台风过程统计研究中，首先利用CMA 1949~2007年西北太平洋热带气旋最佳路径资料，挑选出满足条件的双台风过程共281组样本，根据路径特征将其分为7类，并给出了每类的代表性回归路径，在引导气流分析的基础上提出了每类双台风大尺度环境场演变过程的概念图。. （2）在基于目标系统的热带气旋路径集合预报方案设计中，本项目研究认为台风引导气流可分解为大尺度和中小尺度环境场，大尺度环境场具有缓变的特征，而造成台风路径异常的往往是中小尺度系统的突然变化。因此将台风周围中小尺度系统看做高影响目标系统，通过滤波技术分离并进行扰动，从而构造出初始集合成员。. （3）以基于目标系统扰动的初始场构造方案为基础，选择2000-2012年9个典型的异常路径台风个例开展120小时模拟预报试验，结果表明该方法在异常路径台风的预报方面体现出了明显的优势，具有进一步深入研究和推广的价值。