非线性强迫奇异向量在台风强度可预报性研究中的应用

In the numerical weather prediction era, the forecast errors come from two aspects: initial and model errors. In order to make clear which is the main source of typhoon intensity forecast errors which originate over the western North Pacific basin, this project uses nonlinear forcing singular vector (NFSV) to represent and calculate the model error during the WRF model simulation of typhoon intensity, and compares the impacts of above model errors with those of initial errors. Moreover, it is expected to find out how these model errors form and influence the typhoon intensity forecasts. It is believed that all this work is helpful for improving operational typhoon intensity forecast skills.

项目拟采用非线性强迫奇异向量（NFSV）方法刻画模式误差，以西北太平洋台风作为研究对象，考察初始误差和模式误差对WRF模式台风强度模拟的影响，诊断WRF模式台风强度预报误差的主要来源；基于对不同模式变量模拟造成的偏差，分析这些偏差是通过怎样的物理过程造成台风强度模拟的偏差，并评估各个模式变量在台风强度变化过程中的作用。最终，为台风强度业务预报提供理论指导、提高预报技巧。

为了确定台风强度预报不确定性的来源、提高台风强度预报技巧，开展了本项目的研究。项目完成了以下4个方面的研究：（1）用非线性强迫奇异向量方法（NFSV）揭示了台风强度24小时预报的目标观测敏感要素和敏感区域；（2）揭示了台风快速增强过程中边界层内目标观测敏感要素和敏感区域；（3）用NFSV方法揭示了台风强度预报的海表温度强迫的目标观测敏感区；（4）揭示了决定热带气旋达到最大强度时刻的环境因素。研究获得以下重要结果：（1）台风24小时强度预报的最敏感气象要素为位温，目标观测敏感区为台风内核区大气的中低层区域；（2）台风快速增强预报在边界层的目标观测区域主要为大风区、而敏感气象要素主要为水汽；（3）台风强度中期预报的不确定性对其移动路径上的SST强迫误差更敏感，台风在快速增强且将达到成熟位相时，SST强迫的不确定性更容易引起台风强度预报的不确定性；（4）台风路径变化及其台风中心与下垫面中尺度涡的相互作用将影响台风强度的变化。此外，上述研究成果已被应用于2020、2021台风季的业务目标观测外场试验中。项目执行期内完成学术论文5篇，发表论文4篇，其中SCI论文4篇；申请软件著作权2项；项目成员1人晋升副研究员；联合培养博士生1名、硕士生1名。通过项目研究，明确了模式误差是台风强度预报不确定性的重要来源，为如何削减模式误差、提高台风强度预报技巧提供了新思路；并可为将来业务化的台风目标观测外场试验提供理论指导与经验储备。