台风路径的诊断分析和预报 台风路径预测的准确度

　　导语：台风路径的预报仍然存在一定的不确定性，这主要是因为台风受到多种因素的影响，如海洋环境、大气环流、地形等，因此，在预报过程中，气象学家们需要综合考虑各种因素，不断修正和更新预报结果，同时，他们还需要与相关部门保持密切沟通，及时提供预警信息，以便公众能够做好防范措施，下面就一起去看看台风路径预测的准确度吧！

　　台风路径的诊断分析和预报 

　　通过一定的分析方法，将影响台风运动的因素显示出来，用以定性判断台风未来移动的趋势，称为台风路径的诊断分析和预报。从60年代以来，我国不少台站开展了台风路径的诊断研究。尤其在最近十年以来，由于卫星气象和雷达气象的发展，从而丰富了诊断分析的工具和方法。

　　目前对于一次台风路径的诊断，经常需要多种工具相互结合，进行综合分析。我国沿海各级台站对台风路径的诊断都积有丰富的经验，这也是发展客观预报的基础之一。诊断分析在台风路径预报上有独到之处，例如云图诊断，能直观地显示出台风的实际范围、发展趋势、云系结构以及台风周围系统的势力和范围。这些因子在路径预报中都是很重要的，这在记录稀少的低纬洋面上，各种客观预报的初始场，却难以获得这类信息。另外，诊断分析操作起来简便迅速，便于推广，并在实际工作中常常很有参考价值。目前，台风路径诊断分析的内容很广泛，主要可分为四类，即气象场诊断、卫星云图诊断、雷达回波诊断和综合诊断。气象场诊断是用气象要素场中与台风移动有关的因素，来判断台风未来的移动。一个具体的诊断方法，一般只能突出一、二个因素，不能反映影响台风运动的所有因素。

　　因此当某一个诊断方法所代表的特点，与当时影响台风移动的主要原因一致时，才可能有较好的诊断效果。这就要求预报员熟悉各类诊断方法的特点和性能，以便合理应用。另外，在环流形势急变时期，诊断效果较差，需要用其他方法弥补。

　　11.1流场诊断

　　流场诊断主要突出引导原理，即求出引导气流来推算台风移动。在实际业务中有时也可以用某一层等压面上的气流来代替，简单做法有以下几种。消去法把台风当作点涡，受周围大型基本流场的引导。消去法就是在某一层高空等压面上挖掉台风，将基本气流显示出来。挖掉台风的方法如图11.1所示。以台风最外围一条等高线的平均半径为半径，以台风中心为圆心作一圆。对该圆东西南北四点内插读数得到高度值为H₁,H₂,H₃,H₄。台风中心点的高度值用下式平均求得：

　　然后按这五个高度值重新调整等高线分布(图中虚线),即得到基本引导气流，以此确定台风移向。台风移速可参考调整后靠近台风中心两侧等高线的疏密确定。根据统计¹,如用500毫巴等压面，台风移速与地转引导气流符合以下统计关系：Cg=0.82VgCw=1.10Vg即东风带台风移速(Ce)略小于地转引导气流(Vg);西风带台风移速(Cw)略大于地转引导气流。梯度法：用台风外围大范围高度梯度的趋势确定基本引导气流。具体作法用台风长轴(或直径)1.5倍的长度为边，作一正方形，将方框中心放在台风中心上。在方框四边取对称8点，内插其高度值。分别求出东西对称6点的平均高度梯度VE-wH和南北对称6点的平均高度梯度Vx-sH。然后在极坐标上标明这两个矢量值,合成矢的角度读数即为台风移向，移速也可从合成矢的长度进行统计折算。

　　控制点法：经验表明，台风移动主要受前进方向右侧气流引导。因此，可以在各层等压面上用统计方法，对台风前进方向右侧垂线上各点的风向，取其中与台风未来24小时内移向相符者为引导气流，该风所在位置称为控制点。香港观象台"对上述控制点进行普查和统计分析后表明：

　　(1)500毫巴上的控制点位于垂线上距台风中心5个纬距处。

　　(2)700毫巴上的控制点位于垂线上距中心3—5个纬距处。

　　(3)对于弱台风，控制点将向中心位移一个纬距左右。

　　(4)控制点上的引导风与台风移速的相关性不好，但可用台风移动惯性因子(即前12或24小时的移速)和移速气候因子的平均值来求得。垂线法：影响台风移动的因子很多，通常副热带高压是一个起主要作用的环流因子。垂线法是根据这一点，从台风中心作一条从台风中心到副热带高压中心联线的垂线，用以表示台风未来的移向。广东惠阳气象台对这个方法的使用条件和移向订正作了分析，认为在500毫巴上使用效果较好，副热带高压中心要取台风东侧的一环，当台风和副热带高压的周围还有其它环流系统时，则还需根据这个系统对台风移动的影响，对垂线所示的未来移向加上一定的偏差订正。流场诊断内容很丰富，我国预报员设计了很多简单易行的方法来突出引导气流。例如车轮法1)和三角圆弧法)等都属于这一类内容。

　　当副热带高压外围流场的引导对台风移动起主要作用时，这一类方法往往就能抓住“引导”这一个主要因子，提供出有效的诊断结果。但流场诊断存在着通病，它一般都把台风当作“点涡”来引导，忽略了台风对基本气流的反作用。因此，这种方法对于和引导气流交角很大、甚至正交(例如台风穿过副热带高压)的台风路径报不出来。另外，在副热带高压急剧变化的时期，诊断效果也很差。这种诊断方法一般只适合作12—24小时的短期分析和预报，当然，如与中低纬度形势数值预报图结合使用，就可以延长预报时效。

　　11.2温度场诊断

　　在一定条件下，台风有朝着暖气温区或暖海温区移动的趋势。其主要事实与基本特征我们在第七章趋暖运动一节中已作介绍。在实际业务中，厚度场、中层温度场、海温场均可用作趋暖运动的诊断工具。台风前方是一块大范围的暖温度区，控制我国东部地区和海面，温度脊线基本呈东西走向。这时台风将在暖区里西移，并登陆我国。暖脊呈南北走向，我国沿海地区受冷槽控制。这时台风将在暖脊区向偏北移动转向，不会在冷槽区的我国沿海登陆。这个模式还表明，台风路径与大范围暖区的脊线趋势相一致。个例分析表明，用500—1000毫巴厚度场或500—700毫巴厚度场效果较好。根据情况，也可用700毫巴温度场作为参考。另外，目前可用一部分卫星探测反演的VTPR(温度垂直廓线)资料，以增加海面上空温度资料密度，这对提高暖脊分析质量和诊断效果均有帮助。

　　根据海面温度分布对台风移动的研究，海温图就是一种有效的诊断工具。当东海海面为冷舌控制时，台风不易登陆，将在南北向分布的暖海温区里向偏北或东北方向移动。台风将在南北两块冷海温区中间的暖区走廊中西移并登陆我国。路径北侧的冷海区，对台风近海转向或北上的路径起阻挡作用。当台风所在的暖海区被四周冷海区所包围，而且冷海区稳定维持已达数天，则台风将在暖区内停滞或打转。直到重建暖区通道后再移出。海温对路径仅是影响的一个方面，当流场影响加强时，台风也可能被牵引进入冷区，这种情况台风多数将发生显著衰减。当引导作用与暖舌牵引作用一致时，将加强诊断效果。影响海温变化的因子虽然很多，但从总效果来看，海温保守性较大，一般在短期内稳定少变。

　　在一定条件下，不失为一种较好的诊断工具。但对引起海温变化的因子也需考虑，并对诊断结果给以必要的订正。例如一个强台风的冷尾流(参阅第七章趋暖运动一节)对另一个尾随台风的排斥作用，对冷尾流(或用前一个台风的路径代替)北侧的尾随台风，有使它偏向北移的趋势。对南侧的尾随台风，有使它偏向南移的趋势。前后两个台风的时距越短，相距越近，作用就越显著。个例分析表明，在引导气流很弱或很零乱时，暖舌牵引作用就突出了，这时温度场的诊断效果就较好。预报员习惯用天气图根据引导气流做预报，而忽视温度场(尤其海温场的作用),因此可能造成错报，但在另一方面，当引导气流很强时，引导作用将超过暖舌的牵引作用，如过多考虑温度场的诊断结果也会造成预报错误，这要十分小心。

　　§11.3参数诊断

　　从气象要素场推算出动力因子(诸如涡度、散度等)的分布和特征，用以判断台风的移动，称为参数诊断。广东省气象台¹曾在业务预报中检验过这类诊断，有一定的效果。涡度法经验表明，台风有朝对流层低层正涡度中心移动的趋势。涡度的分布可由：用高度场加减穿线求得或者利用计算机的产品。其中d为网格距，H₁为网格东西南北四点高度值，H为网格中心点高度值，其他为常规符号。台风前进方向上最靠近台风的一块正涡度一般能指示台风的移向。台风流场结构在对流层上层表现为反气旋，它的辐散抽气作用是台风发展的原因之一。因此对流层上部流场的负涡度中心对台风移动也有指示作用。广东省气象台曾用850毫巴的正涡度中心与200毫巴上的负涡度中心对台风移向进行综合诊断。

　　自台风中心到850毫巴正涡度中心与到200毫巴负涡度中心两个矢径的合成矢即表示台风未来移向。使用经验表明，登陆前路径偏向合成矢左方20度，登陆后则右偏10度。参数诊断还可以做一些新试验，例如用散度场诊断，用对流层上层的辐散中心与低层的辐合中心判别台风移向。也可以将散度、涡度等诱导因子(I)与台风移动的持续性因子(P)(即惯性因子)结合起来表示移动，即其中V为台风移速矢，I为台风中心到诱导因子所在位置的矢径，P为台风过去24小时的移速矢。但在台风停滞打转阶段，此法失效。变压法实践经验表明，台风有向负变压中心移动的趋势。因此在台风前进方向高度场(气压场)的负变高(压)中心指示了台风的未来移向，而正变高(压)中心则排斥其移向，而使其向变压风的方向移动。

　　变高(压)场可用高度(气压)场穿线得到，测站较密时，可直接将24小时间隔的高度(气压)值相减进行比较。尤其当台风移到沿海海面，沿海测站稠密，比较各站△P₂₄的4次滑动累计值对预报具体登陆地段很有参考价值。在形势场中出现显著的动力过程和动力因子时，例如由台风前方长波槽强烈发展或切断冷涡所造成突出的正涡度或辐合中心、强烈的地面降压趋势等，都是效果较好的诊断因子。以上诊断方法，都需要进行一定的统计检验。将诊断结果加以统计订正，检验使用条件，以提高诊断效果。

　　§11.4云图诊断

　　卫星云图上出现的云系结构对台风未来的移动常有指示作用。不少人曾根据云系特征来预报台风的移动，收到一定的效果。用卫星云图预报台风路径大致有两种方法：一种是根据台风周围大范围地区的云系特征来预报台风的移动，卫星云图的作用这时与一般天气图的作用相当;但在资料稀少的海洋地区反映得比天气图要更清楚。另一种方法是根据台风本身的云系结构来预报台风的移动。前一种方法主要反映了环境流场对台风移动的作用，而后一种方法主要反映了台风结构变化与台风移动的关系。现在我们分别说明这两种方法。第一种方法主要是根据卫星云图上锋面云带、西太平洋副热带高压和大陆高压无云区和台风位置三者的配置关系及云系特征找出预报台风移动的判据。下面分几种情况说明。

　　(1)偏西移动的云图特征：台风西移主要受强而稳定的东风引导，因此西移阶段台风北侧的副热带高压较强。云图上表现为大范围色调黑的无云区，有时甚至我国台湾省或东南沿海的海岸和雷州半岛、海南岛等地物清晰可见。这块无云区的宽度一般至少>6个纬距。由于高压稳定强盛，西移的槽系到副热带高压边缘都收缩，而在高压北侧副热带急流上向东北方向滑去。

　　相应的锋面云系其南端受高压阻挡减速，北端迅速移走，因此在副热带高压北缘呈东西走向。在热带，台风东侧如没有副热带高压南落，在云图上则表现为向东发展的大范围热带辐合区云系，分布呈东西走向，或存在另一个台风云团。当东风较强时，在台风云团北缘和副热带高压无云区南部还出现被吹成东西走向的积云线。这些都是台风西移的主要云图特征，这个模式在图11.9中作了概括。当有青藏高压东移合并，云图上副热带高压无云区西侧残留破碎的锋面云带减弱或消失，则对西移更为有利。

　　(2)向西北移动的云图特征：当台风强度增强、而副热带高压及其南缘东风稍有减弱时，台风通常向西北方向移动。云图上副热带高压的色调较灰，甚至有少量云絮分布于高压范围之内。由于副热带高压对中纬度东移波动的阻挡作用减小，因此东移西风槽及相应锋面云系呈东北-西南向甚至南-北走向。东移过程中云的南部并不明显减弱。由于这个系统的存在，在副热带高压无云区北缘看不到色调很白的锋面云系，出现的是一些破碎的东西分布的小云条。在热带辐合区中，台风东侧没有紧邻的云团，而是一块灰黑的无云区。有时在副热带高压南部也出现积云线，但其走向为西北-东南向，与台风相距20个纬距左右的西侧的南北向云带是判别副热带高压强弱的指标。当它不存在时，只要副热带高压无云区较第一类弱，而台风稍强，其路径仍为移向西北。

　　(3)向偏北或偏东方向移动的云图特征：这类路径出现在副热带高压衰退期，云图特征与前两类有显著的区别。台风经常在副热带高压断裂区转向，副热带高压断裂通常与大洋上空极槽强烈经向发展冷空气侵入高压区有关。在云图上，台风云团北侧无云区消失，表现为絮状云组织或积云带。这是冷空气侵入到两环高压中间的切变区所形成。极锋云带较强，色调白亮，在无云区北缘呈东北-西南向分布。在台风云团的东北侧和西北侧为色调灰黑的两块无云区。台风云团北缘到极锋云带南缘的距离一般小于5个纬距。当副热带高压东退所引起的台风北上和转向在云图上到一条色调白亮的锋面云带与台风云团发生联结。

　　这条云带与中纬度经向发展并东移的极槽相应，当这条极槽移到副热带高压西缘时将迫使副热带高压东退。从连续几张云图看，这条云带东移过程中并不减弱和收缩，这是和西移台风锋面云带的主要差别。有一个很显著的特征，可以看云带的连续变化对诊断台风是否北上或转向很重要。尤其当云带与台风云团正在靠近的时候，按吸附运动原理,云带的南端很容易被切断下来，从而使云带的中部和北部减弱北缩，副热带高压将在切断处无云区打通或西伸，使台风突然折向偏西移动而登陆我国。

　　台风

　　7203号台风于7月25日向一条强烈发展的锋面云带靠近，按理可诊断转向或北上，但26日早晨云带突然切断减弱，台风折向西北方向移动。上述云带的联结并不能使每个台风都转向，还需要结合其他条件进行诊断，这还要讲到。台风转向还出现在赤道缓冲带或赤道高压向北推进的时期。这个高压系统的北缘表现为反气旋曲率的积云线。因此，当台风前进方向的前方(西南侧)出现这系统性的积云线时，可诊断有转向可能。当大范围西南季风加强时，也常出现有类似积云线或积云带的特征。

　　(4)指示性云系特征：云图上还有一些云系特征。对指示台风的移向甚至移速有一定参考价值。例如台风向某一个方向的加速和跳跃，在云图上经常有显著征兆。个例分析表明，当有一块云团与台风云系接触时，这两块云团有可能迅速合并。这种过程使台风中心加速跳向其附近的另一块云团，不仅台风中心出现了急剧的加速，而且使台风明显加强。开始在台风移向上有一块云团,然后两云团开始接触,最后合并，台风发生折向并加速跳向云团。典型例子有1975年7号台风和1972年3号台风。另外，台风移向前方高亮度的小云块对台风移动也有指示作用，未来台风将移向高亮度云块所在的方向。高亮度云块是不稳定雷雨区，经验表明，当其位置在台风中心以外5纬距之内，指示作用有效，这种云块一般出现在副热带高压的西南边缘。

　　第二种方法与台风结构或台风结构的变化有关.不少工作阐明过这一点。在20年前就有人指出，当风暴从西移转变成向东北移动的转向过程中，则与风暴气旋性入流有关的双曲点¹)围绕着风暴顺时针旋转(在北半球)。因为主要的辐合和辐散汇合线决定了与风暴中心有关的双曲点，故当风暴中心改变移向、双曲点发生位移时，将相应有不同的风暴云型。后来有人在研究了约20个热带气旋后发现：大多数风暴的雷达回波从外形上可分为“9”或“6”字形。西行台风一般是“9”字形(顶部代表北),而大部分“6”字形风暴是朝北或东北移动的。风暴云团的这些外形与数字“6”和“9”的形状十分相似，而云型可以认为是沿辐合汇合线形成的。由此可知，如果热带气旋的主要云系特征，相对于运动着的中心出现旋转并保持同样的相对位置，则就可以根据云型的这种旋转来推断热带气旋未来的移向。

　　表示在引导气流速度和曲率不变情况下热带气旋的路径。这种理想情况说明，在速度和曲率不变的气流引导下，风暴中心的移动方向发生连续变化。24小时内的路径实际上是一段大圆弧，其圆心为T₁—T₂和T₂-T₃的中垂线的交点。热带气旋从T₁移到T₂时，方向呈反时针变化30°,如果从T₂按此曲线外推作24小时预报，则要求风暴中心再折转30°,这时应位于T₃位置，而移过的距离T₁T₂=T₂T₃。在这种理想情况下，如果我们知道24小时位置T₁T₂处双曲点相对于风暴中心的位置，就可以算出这个双曲点的相对旋转角，并以此角度作出外推，预报在下一个24小时继续这样旋转。反之，如果没有看到旋转，按T₁T₂方向作直线外推作出24小时预报。但是引导气流常常不象上述情况那么简单，一方面与几层气流的共同作用有关，另一方面这种气流又与风暴内部结构和动力过程相互作用着。此外双曲点也常不易确定。因而这种理想方法在实际业务中难以应用。

　　但是卫星云图上热带气旋的云型能直接显示出这种三维的运动。卫星云图上台风云型还有一定持续性：在这种情况下，每天云型的旋转表现出与双曲点旋转相同的情况，而后者正是我们在预报中要寻求的。因而通过计算台风云型的旋转就可以作出未来风暴运动的预报来。根据云型的相似性，预报方法的要点概括如下：注意每天台风云型的主要特征和密蔽云区、螺旋云带、风暴相对于密蔽云区的位置及周围的对流云区等，画出它们的轮廓线。然后把前一天的云型轮廓描在透明板上，再置于下一天云图上，经旋转后两云型重合，可计算出旋转角度,如果这种旋转与风暴运动方向的变化或旋转有关，并且其旋转趋势在下一个24小时维持下去，而不发生引导气流速度和曲率的变化，则可预报未来24小时路径将比其过去24小时路径左偏一个角度(即30°)。

　　许多台风云型分析经验表明：可以用台风云型的某些特征变化来确定24小时期间(从第“1”天到第“2”天)的旋转量11.18给出这种变化的一些概略图，风暴外形一般是椭圆的,这时只要把第“1”天椭圆的外形或长轴旋转一个角度，使与第“2”天的外形或长轴重合，就可得到偏转角，设此偏转角为50°(顺时针),则可预报台风在未来24小时内向右偏转约50°。晴空区经常处于中心密蔽云区边缘与前缘对流带之间，表现为干舌当风暴运动方向发生改变时，这些干舌也出现明显的旋转。注意风暴与环境云团之间联结云带1)的顺时针旋转可以推出风暴的移动将明显向右偏转。风暴周围主要密蔽云盾的边缘及这种边缘外形的旋转是决定台风旋转方向和角度的重要特征。

　　另外，根据高空流场的变化和红外云型的转动也可帮助正确确定风暴云型的旋转角度。中标明了高空卷云纹理走向的箭头，通常这种箭头指示了高层的辐散气流。将两天云图旋转使所标箭头重合，便可确定出风暴云型的旋转角。旋转两天的红外云图使云型的色调和边界圆弧重合，便确定出风暴云型的旋转角。在拟合两天云型时，应首先注意风暴中心附近的云系特征，尽可能使其相合。如果次要特征重合，但风暴的主要轮廓明显错开，这时将放弃这些次要的特征。

　　台风路径预测的准确度

　　近年来，‌随着科技的发展和技术的进步，‌台风路径预测的准确度得到了显著提升。‌中国气象局数值预报中心自主研发的GRAPES全球集合预报系统通过业务化验收评审，‌标志着中国建立了以自主研发的GRAPES为核心的全球、‌区域确定性和集合预报系统，‌台风路径预报准确率的提高尤为显著，‌24小时路径预报误差和20年前相比减少了50%，‌48小时路径预报准确率和20年前24小时预报准确率相当，‌而72小时路径预报甚至优于21世纪初48小时预报水平。‌此外，‌随着对天气形成原理认知的提升、‌卫星和雷达数据的广泛应用、‌全球气象观测水平和观测密度的不断提升，‌以及巨型计算机计算能力的增强，‌台风路径预测误差已可以缩小至70千米以内。‌

　　近年来，‌人工智能技术的应用也为台风路径预测带来了新的突破。‌上海人工智能实验室研发的“风乌”气象大模型，‌通过丰富的数据学习和先进的算法，‌实现了对台风路径的准确预测。‌与传统的物理模型相比，‌“风乌”的10天预报误差降低了19.4%，‌显示出在气象预测领域较强的业务应用潜力3.‌这些技术的进步不仅提高了台风路径预测的准确度，‌也为减轻灾害损失提供了重要的支持。‌例如，‌对于单个登陆中国的台风而言，‌24小时路径预报误差每减小1公里，‌可减少因灾直接经济损失约0.97亿元。‌

the end

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