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我国台风预报能力已居世界先进水平

编者按: 从2012年至2016年,我国24小时台风路径预报误差连续五年均小于美国、日本气象部门,台风预报能力已居世界先进水平。但在十年前,无论是台风路径、登陆地点的预报,还是台风强度定强,我国都与美国、日本等台风预报业务发展较完善的国家存在明显差距。我国台风与海洋气象预报何以得到迅速发展,背后又凝结着科研业务人员多少心血。 台风预报技术篇:聚沙成塔 中国气象报记者 赵晓妮 通讯员 托亚 3月,台风季似乎来日尚远,中国气象局台风与海洋气象预报中心(以下简称台海中心)已经在筹备今年“抓捕”台风的新技术。 对台风预报员来说,集合预报技术的发展、观测站网的完善、卫星数据定量分析的优化应用以及客观化业务模型和预报平台的改进等,让他们离预报得更准的愿望比十年前更近了些。 改进集合预报   在台海中心,老预报员时常会提起2010年第13号超强台风“鲇鱼”。 这是个给很多人留下难堪回忆的台风。 2010年10月18日,“鲇鱼”进入南海后,路径起初是奔西,按此方向将在海南、粤西一带登陆;不料19日突然原地打转,停滞不前;20日扭头北上,来了个90多度的大转弯,偏向福建而行。 尽管预报员已经尽最大努力,但直到“鲇鱼”登陆前48小时,才将预报路径调整过来。原因在于当时我国预报台风采用确定性预报,欧洲中心模式都往西报,主观预报也很难“扭转局势”。 “如果当时用集合预报,我们提前4天半就可以把路径预报出来。”2017年3月初,台海中心高级工程师钱奇峰用现在的集合预报方法对“鲇鱼”进行“复盘”,发现台风登陆前5天,大部分模式已经转弯。“如果当时看到集合预报产品,主观预报就有更大的信心往北报。” 如今,集合数值预报模式已经成为预报台风的重要工具。由我国自主研发的数值预报模式GRAPES较之前高时空分辨率的台风路径及强度数值预报系统更进一步,其提供的精细化数值预报产品为国家气象中心的台风业务预报提供了有力的技术支持。 近十年来,台风的预报由单一模式集合预报,发展为多模式超级集合预报,模式的初始场质量和微物理参数化方案也得到不断改善。 “多一些模式,会提高准确预报的可能性,就如同100个人做决策比1个人做决策犯错误的概率要低一点。”钱奇峰解释说。 从2012年开始,台海中心开发并持续改进台风路径集合预报订正方法,就是通过最新实况定位在集合预报中优选一定数目的好成员,少数好成员的平均比集合平均“更管用”。 钱奇峰“复盘”了过去几年的台风预报后发现,以24小时台风预报路径误差为例,在应用同样资料的情况下,该方法能将中央气象台2010年的107公里误差缩小到88公里,将2011年的112公里误差缩小到82公里。 规范台风定强   2014年7月,第9号台风“威马逊”从海上向华南狂奔而来,并且一路加强。7月18日8时,距其登陆仅有7小时到8小时,可以说是防灾的黄金时刻,但它看起来异常强壮,初步估计其最大风力已超过16级,远超以往登陆华南的任何台风。然而预报中的一个“潜规则”是决不轻易预报一个历史极值,预报员是否敢笃定地预报出这个令人瞠目的强度? 这一难以抉择的“接力棒”交到了中央气象台首席预报员许映龙手上。上至国家防总,下至受台风影响的每一个人,都在等着这次至关重要的预报。一旦发布如此预报强度,态势就会变得非常紧急,不仅要启动最高级别预警和应急响应,还要付出转移大量人员等高昂社会成本。 7月18日8时,台海中心将“威马逊”的强度定为55米/秒,更强调登陆强度可能将达到60米/秒。中国气象局启动重大气象灾害(台风)最高的Ⅰ级应急响应。 随后,海南紧急撤离了登陆点附近人员达18万,加上之前大范围提前撤离的人员,仅文昌撤离的人员就达到30万。7月18日15时30分前后,“威马逊”登陆文昌,登陆时中心附近最大风力有17级(60米/秒)。“威马逊”前两次登陆时达到超强台风级别,是1973年以来登陆华南的最强台风。 那么,预报员报出如此强度台风的自信从哪里来?这就要提到中央气象台的DVORAK台风定强业务。这项技术有着严格的规范和约束条件,能够让预报员实时了解台风结构的演变,掌握台风强度指数变化,最终确定台风强度。 DVORAK技术是目前世界上最为成熟和最具操作性的台风业务定强分析手段,为世界各大台风业务中心广泛采用。台海中心于2012年建立了基于世界气象组织推荐使用的DVORAK技术的台风业务定强分析流程,并开展业务试验。 “业务定强的规范化提高了台风卫星监测的定量分析应用能力,保证了台风强度分析的一致性、连续性、可比性。”钱奇峰说。 提升综合实力   十年前,台风预报员可能更相信欧洲和日本的预报。 而最近几年,钱奇峰每次出国参加国际会议,能更明显地感觉到国外对中国采用的新技术越来越关注。他说,在一点一滴地潜移默化之中,我国台风预报技术逐渐累积起来就出现了较大的飞跃。 目前,我国已初步建成了以气象卫星、多普勒天气雷达、探空气球、地面自动观测站、海上浮标为基础的实时台风综合观测体系。甚至在台风尚未生成的时候,台海中心便开始对其进行监测,主要依靠手段是卫星和数值模式形势场预报。如今,“风云”系列卫星不断升空,预报员可参考的卫星资料不仅变得丰富起来,其分辨率、时间频次和定标精度等都有很大提升。当台风逼近沿海时,多普勒天气雷达、密集的地面观测站、探空气球、海上浮标等观测仪器,都有助于刻画台风登陆后的结构。 MICAPS平台的应用,也在预报中起到重要作用。十年前,预报员要制作一张路径预报图,光作图就需要半个多小时,现在只要5分钟甚至更少,而且信息丰富得多。钱奇峰说,自去年起预报员已经应用MICAPS4.0版本,产品制作更便利,预报发得更快,极大地提高了效率,“节省下来时间可以让预报员做更多研究和讨论”。 他告诉记者,今年汛期,台海中心计划针对台风四个象限风圈开展预报试验,可以更好地描述台风的大风结构特征,更准确地确定台风大风的影响范围。 海洋气象篇:做海洋强国战略的坚强后盾 中国气象报报记者 崔国辉 近年来,中国气象局台风与海洋气象预报中心(以下简称台海中心)为南海岛礁建设、亚丁湾护航、“雪龙号”脱困和“马航”搜寻等重大任务提供了大量保障服务。近年来,我国海洋气象业务在监测、预报预警和服务等方面取得了哪些进步? 监测:从空白到立体海洋气象观测站网 2007年,国家气象中心刚成立台海中心时,我国大部分海域海洋气象监测接近空白,港口、航道等重要区域的海洋气象监测密度极低;探测手段少、监测要素少,缺少海浪、海流等海洋要素观测…… 2008年以来,在国家需求的牵引下,随着环渤海及其临近海域海洋气象灾害预警系统建设和中国气象局气象灾害预警工程南海、东海海洋气象监测预警保障应急项目等实施,海洋气象自动站如雨后春笋般大规模出现。 目前,中国气象局已经建成较为全面、立体的海洋气象观测站网,共建设沿海自动气象站500余个、海岛自动气象站300多个、浮标气象站约40个、天气雷达31部……同时,还建立了包含天气雷达、自动气象站、探空雷达、全球导航卫星系统气象观测站(GNSS/MET)等10类气象装备运行监控及保障的信息化业务应用系统(ASOM)。 “离海岸越远,布设气象站点就越困难,获得天气要素的难度就越大。”台海中心副主任赵伟说。在沿岸海域,气象数据可以通过沿岸的陆基站获得;在近海海域,浮标站不仅能观测气象要素,也能够实时监测海浪、海温、海流等信息;对远海而言,获得海洋气象数据主要依赖各种卫星的云图产品和反演产品。 2016年发射的“风云四号”卫星成像精度更高,可探测通道范围更多,并可观测闪电、大气湿度等,不仅利于海上强对流天气预报,对于海雾、台风等预报都更有利。除了“风云”系列卫星,中国气象局还综合运用多国卫星资料等。 此外,越来越多志愿海洋观测船加入海洋气象观测项目,国际间数据交换系统的建设也为我国远海观测和重大远洋活动气象保障提供了便利。 预报:从单一到精细化格点预报 “那时候,预报员基于有限的海岛和沿海气象站的人工观测数据做出预报。像整个渤海海区的天气,只有一个海浪值和风力值。”赵伟回忆十年前海洋预报的情况时说,“用单一预报描述某一海域的天气显然不够精细,预报若要精细到格点上,就得靠精细化数值预报模式。”目前,国家气象中心已经开发了海浪模式、台风模式、风暴潮模式、海雾模式与污染物扩散模式等海洋专业气象数值预报模式。 2016年4月18日,国家级海洋气象精细化格点预报正式发布。到目前,针对风、海浪、海上天气现象、能见度要素的产品空间分辨率可精细至10公里,预报间隔为6小时,预报时效达5天。围绕我国每个岛礁、海上钻井平台,气象部门可根据其需求提供预报产品。 近十年来,海洋气象预报取得了飞跃式的发展,海上大风预报准确率近80%,海雾预报的TS评分近0.4。 海上引发灾难的往往是瞬时大风,也就是阵风。“过去预报员多根据经验,在平均风的基础上加上一两级作为阵风等级;如今格点预报加入了瞬时风要素的预报,基于模式诊断预报出瞬时大风,更加科学、准确。”赵伟说。 服务:从着眼近海到支撑远洋国家战略 十年前,中央气象台只针对13个近海海区发布预报。如今,该台每天发布覆盖世界气象组织第十一海上天气区(东经90°至142°,南纬12°至北纬45°)的海区预报。 随着2009年《海洋气象预报业务规定》发布,我国海洋气象预报业务体系分为国家级、区域中心级、省级和地(市)级共四级,不仅统一了预报结果,预报业务也更加集约化,渔民在一个海域收到五花八门的预报结果的情况不复存在。 针对较专业的服务对象,如远洋公司、搜救中心和渔政指挥中心,气象部门在提供常规海洋气象预报服务产品的同时,也会根据其特殊需求提供有针对性的专业服务。 我国海洋气象服务从最初单纯为渔民海上捕捞提供服务,拓展到目前的海洋防灾减灾、国家安全、海洋经济发展、海洋生态环境保护等多个领域。 “一带一路”战略实施及我国远洋贸易的蓬勃发展,对海洋气象业务提出更高要求。未来,台海中心将持续提升海洋气象预报能力,将海洋气象业务覆盖范围由责任海区向远海、大洋延伸,并扩展至全球海域,更好地服务我国海洋强国战略。 团队篇:钢丝上的优美舞者 中国气象报记者 黄彬 台风预报就像在钢丝上跳舞,中国气象局台风与海洋气象预报中心(以下简称台海中心)主任钱传海曾如是说。在台风生成直至消亡的每一个点上的预报都伴随着风险和压力,预报员所走的每一步都要谨慎。 作为“钢丝上的舞者”,在预报服务过程中,台海中心预报团队通过一点一滴积累,让“舞步”稳定而优美。 2012年,第14号台风“天秤”生成后与当年第15号台风“布拉万”形成双台风效应。“天秤”在台湾屏东县登陆并向广东东部沿海靠近,大有登陆广东之势。如果根据过去的预报技术手段和经验,预报员可能预报“天秤”会在广东再次登陆。但预报员基于集合预报的台风路径预报订正方法,同时结合过去对双台风相互作用的实践经验和认识,提前五天准确预报了“天秤”登陆后的路径。 在2016年第1号台风“尼伯特”的预报过程中,台海中心顶着压力与风险对多家模式预报的“尼伯特”路径进行及时调整,最终准确预报了“尼伯特”的转向点。 钱传海介绍,2012年24小时台风路径预报误差首次突破百公里大关,达到95公里;2013年预报误差达到82公里;2014年预报误差再减小至78公里。同时,48小时至120小时路径预报准确率也不断提高。 数字看起来很简单,但背后却凝聚着台海中心预报团队多年的努力和奋斗。 十年前,台海中心刚成立时主要承担台风预报与海洋气象预报业务。2011年,国家气象中心组建专业特色预报员团队,其中,台风预报团队经过多年发展,提升了台海中心的预报技术水平和能力,强化了预报员的协作能力并促进预报员科研水平提升。 “现在,随着业务基础不断夯实,每个团队成员都有明确的科研工作方向,在队伍中的年轻预报员身上体现得更为明显。”台风预报团队队长董林说。例如台风不同等级大风圈分析业务所应用的技术研发工作,就是年轻预报员通过深入分析云图、模式和观测等资料并挖掘、钻研国外相关技术取得的进展。 科研方向的明确进一步推动着预报员向着“专家型”和“技术型”两种角色发展和转变。“近两年,根据业务实际需要,年轻预报员将更多的精力放在研究客观预报方法这项工作中,这将使他们成为‘技术型预报员’。”董林说,“但预报岗位上又不能缺少‘专家型预报员’,同时要加强预报员对模式进行解读和判断能力的培养,做到两条腿走路。”台风预报团队不断发展也促进了“老预报员”发挥传、帮、带作用以及年轻预报员能力提升。 针对业务工作中的具体问题,台风预报团队建立了合作研究与交流机制。预报团队成立不同的小组有侧重地开展科研攻关,各小组根据课题明确研究思路,细化任务,并在完成研究后进行交流与共享。 “在科研工作中,我们会根据团队成员的特点进行积极引导,为其确定正确的方向。”董林说。近年来,虽然台风路径预报水平不断提高,但是台风强度预报水平提高相当缓慢,特别是台风生成和台风快速增强的预报更是目前世界上各主要台风预报中心的业务难点。董林和吕心艳所带领的研究小组正在从事相关方法研究,其中,台风生成预报的客观方法已经在业务试运行阶段。此外,预报团队还根据业务的精细化需求进一步拓展科研领域。 [ 查看详情 ]