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一種從數值預報產品中提取出臺風客觀預報信息的方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201410173975.4

申請日:

2014.04.25

公開號:

CN103955009A

公開日:

2014.07.30

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):G01W 1/10申請日:20140425|||公開
IPC分類號: G01W1/10 主分類號: G01W1/10
申請人: 寧波市氣象臺
發明人: 涂小萍; 姚日升; 曹艷艷; 丁燁毅; 王武軍; 鄔方平
地址: 315012 浙江省寧波市海曙區氣象路118號
優先權:
專利代理機構: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙) 33226 代理人: 周玨
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201410173975.4

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2016.03.09|||2014.08.27|||2014.07.30

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種從數值預報產品中提取出臺風客觀預報信息的方法,其先確定臺風預報場的臺風中心的預測位置,然后根據海平面氣壓場確定臺風預報場的臺風中心的氣壓預測位置和根據850hPa渦度場確定臺風預報場的臺風中心的渦度預測位置,再根據臺風預報場的臺風中心的渦度預測位置,并綜合考慮臺風預報場的850hPa渦度場、850hPa風場、海平面氣壓場,確定臺風預報場的臺風中心的預報位置,最后根據臺風預報場的臺風中心的預報位置提取出臺風強度預報信息,優點是能夠自動地提取出臺風中心的預報位置,且準確度高,從而能夠進一步更準確地提取出臺風強度預報信息。

權利要求書

權利要求書
1.  一種從數值預報產品中提取出臺風客觀預報信息的方法,其特征在于包括以下步驟:
①在數值預報產品中確定一個臺風起始場及相應的若干個臺風預報場,并將中央氣象臺公布的與臺風起始場同一時刻的臺風中心的定位位置作為臺風起始場的臺風中心的定位位置;
②將數值預報產品中當前待處理的臺風預報場定義為當前臺風預報場;
③確定當前臺風預報場的臺風中心的預測位置:
如果當前臺風預報場為第1個臺風預報場,則根據臺風起始場的臺風中心的定位位置和臺風起始場前一時刻的臺風中心的定位位置線性外推出當前臺風預報場的臺風中心的預測位置;如果當前臺風預報場為第2個臺風預報場,則根據臺風起始場的臺風中心的定位位置和前一個臺風預報場的臺風中心的預報位置線性外推出當前臺風預報場的臺風中心的預測位置;如果當前臺風預報場為從第3個臺風預報場開始的一個臺風預報場,則根據前兩個臺風預報場的臺風中心的預報位置線性外推出當前臺風預報場的臺風中心的預測位置;
④根據海平面氣壓場確定當前臺風預報場的臺風中心的氣壓預測位置:
④-1、在以當前臺風預報場的臺風中心的預測位置為中心的400~800公里范圍內搜索海平面氣壓場中的所有低值中心;
④-2、確定當前臺風預報場的臺風中心的氣壓預測位置,要求確定的氣壓預測位置的精度達到0.1經緯度:在以當前臺風預報場對應的每個低值中心為中心的(12經度×12緯度)~(18經度×18緯度)網格范圍內,采用雙三次樣條插值方法將海平面氣壓場插值到精度為0.1經緯度的網絡上;然后在以當前臺風預報場對應的每個低值中心為中心的(8經度×8緯度)~(12經度×12緯度)網格范圍內,搜索插值后的海平面氣壓場中的所有低值中心;再將插值后的海平面氣壓場中的每個低值中心均作為當前臺風預報場的臺風中心的氣壓預測位置;
⑤根據850hPa渦度場確定當前臺風預報場的臺風中心的渦度預測位置:
⑤-1、根據當前臺風預報場的850hPa風場計算出當前臺風預報場的850hPa渦度場;
⑤-2、在以當前臺風預報場的臺風中心的預測位置為中心的400~800公里范圍內搜索850hPa渦度場中的所有高值中心;
⑤-3、確定當前臺風預報場的臺風中心的渦度預測位置,要求確定的渦度預測位置的精度達到0.1經緯度:在以當前臺風預報場對應的每個高值中心為中心的(12經度×12緯度)~(18經度×18緯度)網格范圍內,采用雙三次樣條插值方法將850hPa渦度場插值到精度為0.1經緯度的網絡上;然后在以當前臺風預報場對應的每個高值中心為中心的(8經度×8緯度)~(12經度×12緯度)網格范圍內,搜索插值后的850hPa渦度場中的所有高值中心;再將插值后的850hPa渦度場中的每個高值中心均作為當前臺風預報場的臺風中心的渦度預測位置;
⑥根據當前臺風預報場的臺風中心的渦度預測位置,并綜合考慮當前臺風預報場的850hPa渦度場、850hPa風場、海平面氣壓場,確定當前臺風預報場的臺風中心的預報位置,再根據當前臺風預報場的臺風中心的預報位置提取出臺風強度預報信息:
⑥-1、確定當前臺風預報場的每個渦度預測位置是否有效:針對當前臺風預報場的臺風中心的任意一個渦度預測位置,判斷該渦度預測位置的上下左右各1個格點范圍內是否存在氣旋性環流或風切變,如果存在氣旋性環流,則認為該渦度預測位置有效;如果僅存在風切變,則當該渦度預測位置的上下左右各1個格點范圍內存在當前臺風預報場的臺風中心的氣壓預測位置時,認為該渦度預測位置有效,當該渦度預測位置的上下左右各1個格點范圍內不存在當前臺風預報場的臺風中心的氣壓預測位置時,認為該渦度預測位置無效,并刪除該渦度預測位置;
⑥-2、在步驟⑥-1的基礎上,最終確定當前臺風預報場的臺風中心的預報位置:判斷當前臺風預報場的臺風中心的渦度預測位置的個數是否為1個,如果是,則直接將僅有的渦度預測位置確定為當前臺風預報場的臺風中心的預報位置;否則,綜合考慮當前臺風預報場的850hPa渦度場、850hPa風場、海平面氣壓場,根據當前臺風預報場的臺風中心的每個渦度預測位置所對應的由渦度計算出的臺風范圍、最大渦度、最小氣壓、最大風速及當前臺風預報場的臺風中心的預測位置與當前臺風預報場的臺風中心的每個渦度預測位置之間的距離,從當前臺風預報場的臺風中心的所有渦度預測位置中選取一個最優的渦度預測位置作為當前臺風預報場的臺風中心的預報位置;
⑥-3、根據當前臺風預報場的臺風中心的預報位置,提取出當前臺風預報場的臺風中心的臺風強度預報信息;
⑦將數值預報產品中下一個待處理的臺風預報場作為當前臺風預報場,然后返回步驟③繼續執行,直至與確定的臺風起始場相應的所有臺風預報場均處理完畢或預報時效已經滿足需求,得到與確定的臺風起始場相應的所有臺風預報場的臺風中心的預報位置及臺風強度預報信息。

2.  根據權利要求1所述的一種從數值預報產品中提取出臺風客觀預報信息的方法,其特征在于所述的步驟④-1中低值中心是指其所處格點的氣壓比其所處格點的上、下、左、右格點的氣壓均低。

3.  根據權利要求1或2所述的一種從數值預報產品中提取出臺風客觀預報信息的方法,其特征在于所述的步驟⑤-2中高值中心是指其所處格點的渦度比其所處格點的上、下、左、右格點的渦度均高。

4.  根據權利要求3所述的一種從數值預報產品中提取出臺風客觀預報信息的方法,其特征在于所述的步驟⑥-2中針對當前臺風預報場的臺風中心的任意一個渦度預測位置,該渦度預測位置所對應的由渦度計算出的臺風范圍為以該渦度預測位置為中心,以東、南、西、北四個方向的從中心到渦度極小值之間的距離之和的平均值為半徑的圓形范圍;該渦度預測位置所對應的最大渦度為在該渦度預測位置所對應的由渦度計算出的臺風范圍內,獲取的當前臺風預報場的850hPa渦度場中的最大值;該渦度預測位置所對應的最小氣壓為在該渦度預測位置所對應的由渦度計算出的臺風范圍內,獲取的當前臺風預報場的海平面氣壓場中的最小值;該渦度預測位置所對應的最大風速為在該渦度預測位置所對應的由渦度計算出的臺風范圍內,獲取的當前臺風預報場的850hPa風場中的最大值。

5.  根據權利要求4所述的一種從數值預報產品中提取出臺風客觀預報信息的方法,其特征在于所述的步驟⑥-2中最優的渦度預測位置的確定過程為:a、計算每個渦度預測位置的加權分數,對于任意一個渦度預測位置,其加權分數通過對當前臺風預報場的臺風中心的每個渦度預測位置所對應的由渦度計算出的臺風范圍、最大渦度、最小氣壓、最大風速及當前臺風預報場的臺風中心的預測位置與該渦度預測位置之間的距離進行等權重加權得到;b、將加權分數最高的渦度預測位置確定為最優的渦度預測位置。

說明書

說明書一種從數值預報產品中提取出臺風客觀預報信息的方法
技術領域
 本發明涉及一種天氣預報信息處理技術,尤其是涉及一種從數值預報產品中提取出臺風客觀預報信息的方法。
背景技術
數值天氣預報(Numerical Weather Prediction)是指根據大氣實際情況,在一定的初值和邊值條件下,通過大型計算機作數值計算,求解描寫天氣演變過程的流體力學和熱力學的方程組,預測未來一定時段的大氣運動狀態和天氣現象的方法。數值天氣預報與一般用天氣學方法并結合經驗制作出來的天氣預報不同,其是一種定量和客觀的預報。數值天氣預報的發展為現代天氣預報業務提供了技術支撐,數值預報產品已廣泛地應用于天氣預報的各個領域。數值天氣預報水平和臺風(指熱帶風暴及以上等級的熱帶氣旋)綜合預報能力的提高為臺風預報時效的延長提供了可能性和技術支撐。
目前,從數值預報產品中提取出客觀預報信息的常用方法是雙線性插值方法,然而對于臺風客觀預報信息,由于雙線性插值時經常會出現多個預報中心,因此如果不進行針對臺風個性屬性的匹配,就難以達到最佳定位效果。在實際天氣預報業務中,一般情況下預報人員通過氣象部門普遍擁有的顯示和分析工具加上主觀判斷,就能方便地獲取和理解數值預報產品對該臺風的預報,這種主觀經驗定位和預報往往帶有較強的主觀性和一定的隨意性,無法提供精確的預報信息,也無法將臺風預報信息進行更直觀地顯示,比如不能繪制臺風路徑及強度預報圖,更無法將其預報信息用于集合/集成預報等深層次的利用,特別是目前我國臺風業務預報方法已經轉向以數值模式、集成預報及數值預報產品的統計釋用為主,因此如何客觀、自動地從數值預報產品中提取出臺風客觀預報信息值得研究。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種從數值預報產品中提取出臺風客觀預報信息的方法,其能夠自動地提取出臺風中心的預報位置,且準確度高,從而能夠進一步更準確地提取出臺風強度預報信息。
本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為:一種從數值預報產品中提取出臺風客觀預報信息的方法,其特征在于包括以下步驟:
①在數值預報產品中確定一個臺風起始場及相應的若干個臺風預報場,并將中央氣象臺公布的與臺風起始場同一時刻的臺風中心的定位位置作為臺風起始場的臺風中心的定位位置;
②將數值預報產品中當前待處理的臺風預報場定義為當前臺風預報場;
③確定當前臺風預報場的臺風中心的預測位置:
如果當前臺風預報場為第1個臺風預報場,則根據臺風起始場的臺風中心的定位位置和臺風起始場前一時刻的臺風中心的定位位置線性外推出當前臺風預報場的臺風中心的預測位置;如果當前臺風預報場為第2個臺風預報場,則根據臺風起始場的臺風中心的定位位置和前一個臺風預報場的臺風中心的預報位置線性外推出當前臺風預報場的臺風中心的預測位置;如果當前臺風預報場為從第3個臺風預報場開始的一個臺風預報場,則根據前兩個臺風預報場的臺風中心的預報位置線性外推出當前臺風預報場的臺風中心的預測位置;
④根據海平面氣壓場確定當前臺風預報場的臺風中心的氣壓預測位置:
④-1、在以當前臺風預報場的臺風中心的預測位置為中心的400~800公里范圍內搜索海平面氣壓場中的所有低值中心;
④-2、確定當前臺風預報場的臺風中心的氣壓預測位置,要求確定的氣壓預測位置的精度達到0.1經緯度:在以當前臺風預報場對應的每個低值中心為中心的(12經度×12緯度)~(18經度×18緯度)網格范圍內,采用雙三次樣條插值方法將海平面氣壓場插值到精度為0.1經緯度的網絡上;然后在以當前臺風預報場對應的每個低值中心為中心的(8經度×8緯度)~(12經度×12緯度)網格范圍內,搜索插值后的海平面氣壓場中的所有低值中心;再將插值后的海平面氣壓場中的每個低值中心均作為當前臺風預報場的臺風中心的氣壓預測位置;
⑤根據850hPa渦度場確定當前臺風預報場的臺風中心的渦度預測位置:
⑤-1、根據當前臺風預報場的850hPa風場計算出當前臺風預報場的850hPa渦度場;
⑤-2、在以當前臺風預報場的臺風中心的預測位置為中心的400~800公里范圍內搜索850hPa渦度場中的所有高值中心;
⑤-3、確定當前臺風預報場的臺風中心的渦度預測位置,要求確定的渦度預測位置的精度達到0.1經緯度:在以當前臺風預報場對應的每個高值中心為中心的(12經度×12緯度)~(18經度×18緯度)網格范圍內,采用雙三次樣條插值方法將850hPa渦度場插值到精度為0.1經緯度的網絡上;然后在以當前臺風預報場對應的每個高值中心為中心的(8經度×8緯度)~(12經度×12緯度)網格范圍內,搜索插值后的850hPa渦度場中的所有高值中心;再將插值后的850hPa渦度場中的每個高值中心均作為當前臺風預報場的臺風中心的渦度預測位置;
⑥根據當前臺風預報場的臺風中心的渦度預測位置,并綜合考慮當前臺風預報場的850hPa渦度場、850hPa風場、海平面氣壓場,確定當前臺風預報場的臺風中心的預報位置,再根據當前臺風預報場的臺風中心的預報位置提取出臺風強度預報信息:
⑥-1、確定當前臺風預報場的每個渦度預測位置是否有效:針對當前臺風預報場的臺風中心的任意一個渦度預測位置,判斷該渦度預測位置的上下左右各1個格點范圍內是否存在氣旋性環流或風切變,如果存在氣旋性環流,則認為該渦度預測位置有效;如果僅存在風切變,則當該渦度預測位置的上下左右各1個格點范圍內存在當前臺風預報場的臺風中心的氣壓預測位置時,認為該渦度預測位置有效,當該渦度預測位置的上下左右各1個格點范圍內不存在當前臺風預報場的臺風中心的氣壓預測位置時,認為該渦度預測位置無效,并刪除該渦度預測位置;
⑥-2、在步驟⑥-1的基礎上,最終確定當前臺風預報場的臺風中心的預報位置:判斷當前臺風預報場的臺風中心的渦度預測位置的個數是否為1個,如果是,則直接將僅有的渦度預測位置確定為當前臺風預報場的臺風中心的預報位置;否則,綜合考慮當前臺風預報場的850hPa渦度場、850hPa風場、海平面氣壓場,根據當前臺風預報場的臺風中心的每個渦度預測位置所對應的由渦度計算出的臺風范圍、最大渦度、最小氣壓、最大風速及當前臺風預報場的臺風中心的預測位置與當前臺風預報場的臺風中心的每個渦度預測位置之間的距離,從當前臺風預報場的臺風中心的所有渦度預測位置中選取一個最優的渦度預測位置作為當前臺風預報場的臺風中心的預報位置;
⑥-3、根據當前臺風預報場的臺風中心的預報位置,提取出當前臺風預報場的臺風中心的臺風強度預報信息;
⑦將數值預報產品中下一個待處理的臺風預報場作為當前臺風預報場,然后返回步驟③繼續執行,直至與確定的臺風起始場相應的所有臺風預報場均處理完畢或預報時效已經滿足需求,得到與確定的臺風起始場相應的所有臺風預報場的臺風中心的預報位置及臺風強度預報信息。
所述的步驟④-1中低值中心是指其所處格點的氣壓比其所處格點的上、下、左、右格點的氣壓均低。
所述的步驟⑤-2中高值中心是指其所處格點的渦度比其所處格點的上、下、左、右格點的渦度均高。
所述的步驟⑥-2中針對當前臺風預報場的臺風中心的任意一個渦度預測位置,該渦度預測位置所對應的由渦度計算出的臺風范圍為以該渦度預測位置為中心,以東、南、西、北四個方向的從中心到渦度極小值之間的距離之和的平均值為半徑的圓形范圍;該渦度預測位置所對應的最大渦度為在該渦度預測位置所對應的由渦度計算出的臺風范圍內,獲取的當前臺風預報場的850hPa渦度場中的最大值;該渦度預測位置所對應的最小氣壓為在該渦度預測位置所對應的由渦度計算出的臺風范圍內,獲取的當前臺風預報場的海平面氣壓場中的最小值;該渦度預測位置所對應的最大風速為在該渦度預測位置所對應的由渦度計算出的臺風范圍內,獲取的當前臺風預報場的850hPa風場中的最大值。
所述的步驟⑥-2中最優的渦度預測位置的確定過程為:a、計算每個渦度預測位置的加權分數,對于任意一個渦度預測位置,其加權分數通過對當前臺風預報場的臺風中心的每個渦度預測位置所對應的由渦度計算出的臺風范圍、最大渦度、最小氣壓、最大風速及當前臺風預報場的臺風中心的預測位置與該渦度預測位置之間的距離進行等權重加權得到;b、將加權分數最高的渦度預測位置確定為最優的渦度預測位置。 
與現有技術相比,本發明的優點在于:
1)本發明方法在確定臺風預報場的臺風中心的氣壓預測位置和渦度預測位置時,采用了現有的雙三次樣條插值方法,該插值方法更適合于臺風中心氣象要素的插值。
2)本發明方法首先由海平面氣壓場搜索到低值中心,并由850hPa渦度場搜索到高值中心,然后綜合考慮850hPa渦度場、850hPa風場和海平面氣壓場來剔除一些不適合的渦度預測位置,通過這樣處理有效地提高了臺風中心的預報位置的客觀定位準確度,從而能夠進一步更準確地提取出臺風強度預報信息。
3)本發明方法通過加權最優的方式從多于一個的待選渦度預測位置中來選取最佳的渦度預測位置作為臺風預報場的臺風中心的預報位置,加權計算時采用的加權因子是關鍵,本發明方法以渦度預測位置所對應的由渦度計算出的臺風范圍、最大渦度、最小氣壓、最大風速作為臺風屬性,取這些屬性的變化為因子,以當前臺風預報場的臺風中心的預測位置與當前臺風預報場的臺風中心的每個渦度預測位置之間的距離為因子,通過實驗表明各加權因子等值時能夠選出最佳的渦度預測位置。
4)本發明方法能夠自動運行,不需要人工干預或人機交互,提取的臺風中心的預報位置準確度高(定位成功率高、位置偏差小)。
附圖說明
圖1為本發明方法的總體實現框圖。
具體實施方式
以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。
本發明提出的一種從數值預報產品中提取出臺風客觀預報信息的方法,其總體實現框圖如圖1所示,其包括以下步驟:
①在數值預報產品中確定一個臺風起始場及相應的若干個臺風預報場,并將中央氣象臺公布的與臺風起始場同一時刻的臺風中心的定位位置作為臺風起始場的臺風中心的定位位置。
在數值預報產品中以某一時刻的各種氣象要素為起始場,該時刻的預報時效為0小時,以此時刻為基礎,根據大氣運動方程,通過時間積分往后推算未來時刻的大氣狀況,一般氣象預報以日為時間間隔,精細化預報可以根據需要縮短預報的時間間隔,比如24小時內可以有預報時效為6小時、12小時、18小時,甚至更密。本發明方法應用中可根據數值預報產品資料情況來確定預報時效,一般情況是24小時內預報時效間隔為6 小時,24~72小時內預報時效間隔為12 小時,72小時以后的預報時效間隔24小時。
②將數值預報產品中當前待處理的臺風預報場定義為當前臺風預報場,實際處理過程中均是從第1個臺風預報場開始處理。
③確定當前臺風預報場的臺風中心的預測位置:
如果當前臺風預報場為第1個臺風預報場,則根據臺風起始場的臺風中心的定位位置和臺風起始場前一時刻的臺風中心的定位位置線性外推出當前臺風預報場的臺風中心的預測位置;如果當前臺風預報場為第2個臺風預報場,則根據臺風起始場的臺風中心的定位位置和前一個臺風預報場的臺風中心的預報位置線性外推出當前臺風預報場的臺風中心的預測位置;如果當前臺風預報場為從第3個臺風預報場開始的一個臺風預報場,則根據前兩個臺風預報場的臺風中心的預報位置線性外推出當前臺風預報場的臺風中心的預測位置。
④根據海平面氣壓場確定當前臺風預報場的臺風中心的氣壓預測位置:
④-1、在以當前臺風預報場的臺風中心的預測位置為中心的400~800公里范圍內搜索海平面氣壓場中的所有低值中心。
在此,如果搜索范圍太小,則會導致要素丟失,無法搜索到有效的低值中心,如果搜索范圍太大,則可能會搜索到不相干的中心,這兩種情況都會影響后期臺風中心的精確定位,因此應折衷考慮搜索范圍,經大量試驗驗證400~800公里的搜索范圍比較理想,實際實施過程中可以在以當前臺風預報場的臺風中心的預測位置為中心的600公里范圍內搜索海平面氣壓場中的所有低值中心。
在此,低值中心是指其所處格點的氣壓比其所處格點的上、下、左、右格點的氣壓均低,因此針對一個臺風預報場,搜索出的低值中心可能不止1個。
④-2、確定當前臺風預報場的臺風中心的氣壓預測位置,要求確定的氣壓預測位置的精度達到0.1經緯度:在以當前臺風預報場對應的每個低值中心為中心的(12經度×12緯度)~(18經度×18緯度)網格范圍內,采用雙三次樣條插值方法將海平面氣壓場插值到精度為0.1經緯度的網絡上;然后在以當前臺風預報場對應的每個低值中心為中心的(8經度×8緯度)~(12經度×12緯度)網格范圍內,搜索插值后的海平面氣壓場中的所有低值中心;再將插值后的海平面氣壓場中的每個低值中心均作為當前臺風預報場的臺風中心的氣壓預測位置。
上述實際實施過程中,可在以當前臺風預報場對應的每個低值中心為中心的15經度×15緯度網格范圍內,采用雙三次樣條插值方法將海平面氣壓場插值到精度為0.1經緯度的網絡上;然后在以當前臺風預報場對應的每個低值中心為中心的10經度×10緯度網格范圍內,搜索插值后的海平面氣壓場中的所有低值中心。
⑤根據850hPa渦度場確定當前臺風預報場的臺風中心的渦度預測位置:
⑤-1、根據當前臺風預報場的850hPa風場計算出當前臺風預報場的850hPa渦度場。
⑤-2、在以當前臺風預報場的臺風中心的預測位置為中心的400~800公里范圍內搜索850hPa渦度場中的所有高值中心。
在實際實施過程中可以在以當前臺風預報場的臺風中心的預測位置為中心的600公里范圍內搜索850hPa渦度場中的所有高值中心。
在此,高值中心是指其所處格點的渦度比其所處格點的上、下、左、右格點的渦度均高,因此針對一個臺風預報場,搜索出的高值中心可能不止1個。
⑤-3、確定當前臺風預報場的臺風中心的渦度預測位置,要求確定的渦度預測位置的精度達到0.1經緯度:在以當前臺風預報場對應的每個高值中心為中心的(12經度×12緯度)~(18經度×18緯度)網格范圍內,采用雙三次樣條插值方法將850hPa渦度場插值到精度為0.1經緯度的網絡上;然后在以當前臺風預報場對應的每個高值中心為中心的(8經度×8緯度)~(12經度×12緯度)網格范圍內,搜索插值后的850hPa渦度場中的所有高值中心;再將插值后的850hPa渦度場中的每個高值中心均作為當前臺風預報場的臺風中心的渦度預測位置。
上述實際實施過程中,可在以當前臺風預報場對應的每個高值中心為中心的15經度×15緯度網格范圍內,采用雙三次樣條插值方法將850hPa渦度場插值到精度為0.1經緯度的網絡上;然后在以當前臺風預報場對應的每個高值中心為中心的10經度×10緯度網格范圍內,搜索插值后的850hPa渦度場中的所有高值中心。
⑥根據當前臺風預報場的臺風中心的渦度預測位置,并綜合考慮當前臺風預報場的850hPa渦度場、850hPa風場、海平面氣壓場,確定當前臺風預報場的臺風中心的預報位置,再根據當前臺風預報場的臺風中心的預報位置提取出臺風強度預報信息:
⑥-1、確定當前臺風預報場的每個渦度預測位置是否有效:由于存在三種情況可能導致渦度值在一個二維平面中出現相對高的極值中心,第二種是存在明顯的氣旋性環流或切變,一般渦度中心比較明顯,中心數值相對周圍值較高,且正渦度中心范圍較大;第二種是由于速度切變所致,即風向較一致,不存在明顯的氣旋性環流或切變,其渦度中心表現與第一種情況相反;第三種則是前兩種情況的因素都存在,因此考慮臺風中心須與氣旋性環流相對應,使用渦度中心與風場相結合的方法來確認渦度中心的有效性;但在數值預報產品中,由于數值預報產品的網格大小不一,較大網格不一定能有明顯的氣旋性環流,有時只有x或y方向存在風切變,不同的情況對渦度中心的確認程度有所差異,有時渦度中心與氣旋性環流的中心位置有偏離,因此需要適當地擴大匹配范圍,本發明方法在渦度中心四周各1個格點范圍內搜索是否有氣旋性環流或風切變,有氣旋性環流則該渦度中心有效;如果僅有風切變則看渦度中心附近有無氣壓中心存在,有則該渦度中心有效;否則該渦度中心無效,即:針對當前臺風預報場的臺風中心的任意一個渦度預測位置,判斷該渦度預測位置的上下左右各1個格點范圍內是否存在氣旋性環流或風切變,如果存在氣旋性環流,則認為該渦度預測位置有效;如果僅存在風切變,則當該渦度預測位置的上下左右各1個格點范圍內存在當前臺風預報場的臺風中心的氣壓預測位置時,認為該渦度預測位置有效,當該渦度預測位置的上下左右各1個格點范圍內不存在當前臺風預報場的臺風中心的氣壓預測位置時,認為該渦度預測位置無效,并刪除該渦度預測位置。
⑥-2、在步驟⑥-1的基礎上,最終確定當前臺風預報場的臺風中心的預報位置:判斷當前臺風預報場的臺風中心的渦度預測位置的個數是否為1個,如果是,則直接將僅有的渦度預測位置確定為當前臺風預報場的臺風中心的預報位置;否則,綜合考慮當前臺風預報場的850hPa渦度場、850hPa風場、海平面氣壓場,根據當前臺風預報場的臺風中心的每個渦度預測位置所對應的由渦度計算出的臺風范圍、最大渦度、最小氣壓、最大風速及當前臺風預報場的臺風中心的預測位置與當前臺風預報場的臺風中心的每個渦度預測位置之間的距離,從當前臺風預報場的臺風中心的所有渦度預測位置中選取一個最優的渦度預測位置作為當前臺風預報場的臺風中心的預報位置。
⑥-3、根據當前臺風預報場的臺風中心的預報位置,提取出當前臺風預報場的臺風中心的臺風強度預報信息。
由于臺風作為一個天氣系統,具有能夠描述其特性的參數,而且這些參數在時間上呈連續性變化,即在短時間內變化是有限的,因此本發明方法利用臺風的這些屬性來判斷前后兩個相鄰時次臺風的匹配性,即從當前臺風預報場中獲取渦度預測位置所對應的由渦度計算出的臺風范圍,并獲取該臺風范圍內的最大渦度、最小氣壓、最大風速。
在此,針對當前臺風預報場的臺風中心的任意一個渦度預測位置,該渦度預測位置所對應的最大渦度為在該渦度預測位置所對應的由渦度計算出的臺風范圍內,獲取的當前臺風預報場的850hPa渦度場中的最大值;該渦度預測位置所對應的最小氣壓為在該渦度預測位置所對應的由渦度計算出的臺風范圍內,獲取的當前臺風預報場的海平面氣壓場中的最小值;該渦度預測位置所對應的最大風速為在該渦度預測位置所對應的由渦度計算出的臺風范圍內,獲取的當前臺風預報場的850hPa風場中的最大值;由于理想狀態的臺風是以臺風眼為中心的對稱的氣旋性環流,從臺風中心往外氣壓由小到大、渦度由大到小,這些性質都可以用來衡量一個臺風的水平尺度,如以氣壓為例來說明,理想情況是臺風中心氣壓最低,從中心往外隨著半徑的增大氣壓逐漸升高,徑向上氣壓升高到一定的數值后會停止并轉為降低,那么從中心到這個氣壓極大值點就可以反映出臺風的水平尺度,考慮到臺風的非對稱性,從臺風中心往東南西北4個方向分別求出氣壓由低到高的范圍(以網格數或km為單位均可),然后用其平均值來表示該臺風的水平方向的空間尺度,因此該渦度預測位置所對應的由渦度計算出的臺風范圍(以網格數或公里為單位均可)為以該渦度預測位置為中心,以東、南、西、北四個方向的從中心到渦度極小值之間的距離之和的平均值為半徑的圓形范圍。
在此,最優的渦度預測位置的確定過程為:a、計算每個渦度預測位置的加權分數,對于任意一個渦度預測位置,其加權分數通過對當前臺風預報場的臺風中心的每個渦度預測位置所對應的由渦度計算出的臺風范圍、最大渦度、最小氣壓、最大風速及當前臺風預報場的臺風中心的預測位置與該渦度預測位置之間的距離進行等權重加權得到;b、將加權分數最高的渦度預測位置確定為最優的渦度預測位置。
在此,由渦度計算出的臺風范圍、最大渦度、最小氣壓、最大風速的變化越小,加權分數越高,當前臺風預報場的臺風中心的預測位置與該渦度預測位置之間的距離越小,加權分數越高。
⑦將數值預報產品中下一個待處理的臺風預報場作為當前臺風預報場,然后返回步驟③繼續執行,直至與確定的臺風起始場相應的所有臺風預報場均處理完畢或預報時效已經滿足需求,得到與確定的臺風起始場相應的臺風預報場的臺風中心的預報位置及臺風強度預報信息。
為更好地說明本發明方法的可行性和有效性,對本發明方法進行試驗驗證。
利用陳玉石等人提出的用ECMWF數值預報產品預報臺風路徑(陳玉石、韓桂榮、焦圣明等.氣象科學,2008,28(2):205-211)和本發明方法分別對2004—08年西北太平洋(WNP)和南海(SCS)所有編號臺風(TC),使用歐洲中期天氣預報中心(ECMWF)的數值預報產品資料,結果顯示,利用本發明方法得到的臺風預報場的臺風中心的預報位置的平均誤差(相對于中央氣象臺公布的臺風中心的定位位置)為79.9 km,而利用陳玉石等人提出的方法得到的臺風預報場的臺風中心的預報位置的平均誤差為84 km,這足以說明本發明方法的可行性和有效性。

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