印度气象部门对北印度洋台风预报检验：回顾外文翻译资料

 2022-12-02 19:38:14

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印度气象部门对北印度洋台风预报检验：回顾

摘要

印度气象部门根据世界气象组织规定的标准对热带气旋的预报检验程序进行了回顾。本程序的局限性和未来的范围被提出并分析。

IMD近些年大大增加了在该地区TC预报和检验方面的努力。已经开发了许多设施，使全球模式预报性能进行了详细的评估，以及通过操作TC预报设施的性能。IMD将对这些设施进一步发展。在IMD预报检验地面风半径地理扇形区系统误差有一个灰色区域，至今还没开始。并且通过计算技术参数，改进预测验证所需的数据分析来改善风暴潮、浪高的验证，海啸的预测以及暴雨预测。类似地，还需要验证攻击概率以及动态锥的不确定性，如按集合预报系统。

关键词：热带气旋 预报检验 误差 技巧

正文

1 简介

印度气象部门的区域专业气象中心，位于新德里，涉及了包括孟加拉湾、阿拉伯海的北印度洋盆地热带气旋的预报和预警发布，包括预报成因及位置，路径强度，根据最大持续地面风速、登陆的时间、位置及TC登陆造成的恶劣天气。这些预报的基本观测来自于常规地面和高空网站，自动气象站，自动监测站，船舶、海洋浮标，卫星数据及产品，多普勒雷达及安装在印度洋海岸带的高风速记录仪。气象元素的分析用不同的天气概况图、卫星数据及产品和多普勒雷达产品。美国不断利用的实时TC监测产品，产生于不同的气象中心和教育机构，例如，美国威斯康星洲大学的气象卫星合作研究所，科罗拉多州立大学的大气联合研究所，美国海军研究实验室等。数值天气预报指导从不同模式如IMD-GFS，IMD-HWRF，NCEP-GFS，美国的NOAA，ECMWF，UKMO，JMA，ARP这类预报指导达5天的模式。一个复杂的天气预报工具和法国研究的TC模式被用作完善分析多平台观测和预报产品的研究。

热带气旋的参数即生成的日期、时间和位置，以及强度，还有随后位置和强度在不同的观测实例生成，对于低压的强度阶段（低压：风速17—27kts），强低压：28—33kts，气旋风暴：34—47kts，强气旋风暴：48—63kts，超强气旋风暴：64—89kts，极强气旋风暴：90—119kts，超级气旋风暴：ge;120kts。这个预报依据在低压和强低压阶段00、03、06、12、18时的观测和气旋风暴阶段00、03、06、09、12、15、18、21时的三小时变压观测。这些时刻的观测合并为特定热带气旋的IMD最佳路径数据，并且从1990年起每一年存档。

IMD在2003年介绍台风路径的24小时主观预报在北印度洋有效。在2009年，进一步延长有效期长达72小时。（在2003年之前，IMD发布的北印度洋TC预报在形式上是主观的和文本的而不提及TC预期位置的纬度和经度以及强度的最大持续地面风速。）从2009年起，新德里的区域专业气象中心发布的强低压阶段12、24、36、48、60、72小时预测期间的路径预报。在2003-2008年期间，它发布了气旋风暴阶段的预报周期，只有12 和24小时。各国家气象机构所采用的标准做法和世界各国所建议的预报结果都得到了世界气象组织的验证（2013）。热带气旋的观测和北印度洋地区的相关天气来源不同，包括船标、地表网格、探空仪、雷达、气象卫星和浮标。这些观测结果和他们的质量是非常重要的——通常一个限制因子——在热带气旋预报及其影响评估。测量的误差导致了预报结果检验的不确定性，因为这种不确定性往往是未知的，很难把它纳入到预报的评估中。北印度洋的最佳轨道参数的限制因子在2012年被Mohapatra等人讨论过了。

根据新德里区域专业气象中心对不同预报检验的方法，现阶段与将来阶段预报误差在以下选项中被提出。证

Meteorological Organisation (WMO) (WMO, 2013).

2．预报路径检验

a.印度气象部的预报路径检验方法

2009年新德里区域气象专业中心的台风预报检验（Mohapatra et al, 2013a）。台风路径检验需要每隔6小时执行一次，时间节点分别是世界时间0点、6点、12点和18点，这个过程需要从台风强低压阶段一直持续到台风消散成低压阶段（Mohapatra et al, 2013a）。预报误差需要从几个方面进行分析。新德里区域气象专业中心确定了最常用的用于检验路径预报的参数——绝对路径误差或称直接距离误差（DPE）。该误差是台风预测点和同一时刻观测到的台风发生点之间的大圆距离。给定台风的绝对路径误差是指，在台风期间，所有预测点在世界时间0点、6点、12点和18点时的误差平均值。为了进行预测检验，我们把印度气象部的最优路径数据看做实际的台风路径。强化阶段中从强低压到台风最大强度，和减弱阶段中从最大强度到低压的实际位置数据是用来做预测检验的。我们把向前路径和折回路径分开评估。在像2011年12月25—30日发生的Thane台风这样的大强度向前路径台风中，平均每24小时和48小时的直接距离误差分别是在77km和160km。另一方面，在像2010年5月31日—6月7日发生的Phet台风这样的大强度折回路径台风中，平均每24小时和48小时的直接距离误差分别是162km和311km。另外，在子流域计算，孟加拉湾和阿拉伯海不同季节的计算，前季风期和后季风期时的计算，以及诸如气旋风暴和强气旋风暴这类不同强度的台风计算中，直接距离误差均适用。阿拉伯海比孟加拉湾的直接距离误差要大。同样地，前季风期比后季风期的直接距离误差要大。随着台风的强度的增加，直接距离误差在减小。折回路径台风比向前路径台风的直接距离误差大。新德里区域气象专业中心和其他诸如日本气象厅、国际飓风中心这样的主要业务中心的台风路径预测检验成果比较，是由 Mohapatra等人在美国完成的。

1）路径预报误差年际变化

基于对个别热带气旋的误差统计，本年度的平均误差统计考虑样本加权平均计算。若x1，x2，hellip;hellip;xn表示台风1，2，hellip;hellip;n的直接距离误差，与台风预报检验i1，i2，hellip;hellip;in的台风数目一致，则每一季度/年度的平均直接距离误差可以表示为

=

直接距离误差年际变化通过确定最小/最大误差和标准偏差分析。DPE的时间序列绘制和线性趋势线相配合。线性趋势系数的计算和趋势的意义，通过计算平方相关系数和应用学生的测试。

2）路径预报误差的气候学

在过去五年的DPE气候平均被认为是定义在大洋盆地上的预测误差现状。像北印度洋更适合于海洋盆地，这种地方的每年样本数量小是由于一年TC形成的数量小。这五年的平均实际上也是由其他TC预报中心如美国国际飓风中心（Cangialosi and Franklin, 2013）

在北印度洋盆地的气候平均被确定为在五年期间e1,e2,e3,e4和e5的年度误差的加权平均值。如果预测的n1,n2,n3,n4和n5验证了对应的五年，则气候DPE被给出：

DPE=

北印度洋在2009年——2013年的24、48和72小时预报平均直接距离误差分别为124km,202km和268km。

b.路径预报误差偏差

路径预报误差偏差通过计算纬度误差、经度误差、沿迹误差和交叉路径误差确定。对观察到的最佳路径方面，直接距离误差被分解为沿迹误差和交叉路径误差两部分。无论预测系统是一个移动的太快或者太慢的移动风暴，沿迹误差都是一个重要的指标，然而交叉路径误差表示观测到的路径左边或右边的位移。这两个部分也可以解释为TC 在哪里的方向（交叉路经误差）和它什么时候即将到达（沿迹误差）的误差。

c.路径预报技术检验方法

2003年起，在DHE计算和CLIPER模型预报基础上，IMD提出的台风路径预报技术已经被评估，被认定为基准。CLIPER模型是基于持久性和气候预测等权重的结合（Mohapatra等人，2013a）。现在TC的持久性预测是基于过去12h趋势运动线性外推来找出12h、24h、hellip;hellip;120h更久的预测位置（维度/经度）。气候预测假定TC将按过去所有附近位置的TC平均移动速度和方向移动。在气候学方法，TC的平均方向和速度基于过去很长一段周期的数据集在2.5°times;2.5°纬度/经度网格被用来找出预测下一个12hTC在这个网格中的位置（纬度/经度）。根据他预测的TC在一个2.5°times;2.5°经纬网格中12h预报位置，气候学的平均速度和方向被用来寻找下一次TC预报位置。这个过程持续寻找12h、24h、hellip;hellip;120h的预报位置。像这样从气候和持久性方法中获得的预测位置被用来通过同等权重的持久性和气候预测寻找平均位置（Neuman and Mandal, 1978）。这个数据用于CLIPER模型根据100年（1891-1990）周期。由于CLIPER是完全依据现在位置和运动从过去的风暴、技术得到的预报，在这一没有真正技术的预报上没有提高。这个正常化也允许一个准备比较简单和困难预报年和不同的海洋盆地（Pike and Neumann 1987）。因此，CLIPER is an excellent measure of forecast difficulty and normalisation of all forcasts by the CLIPER errors provides a homogeneous indication of forecast skill.印度气象部门用Neumann和Mandal（1978）建议的CLIPER模式计算在北印度洋的热带气旋CLIPER模式下的直接距离误差。

Gain in skill=x100%

d.路径预报误差和技术现状

图1描述了2003年到2013年期间台风路径预报误差和预报技巧。表1描述了2009年到2013年五年平均误差和技巧。在2009年以后，值得注意的是，路径预报误差可能被标注减小，预报技巧提高，主要问题由于IMD关于观测，分析和预测工具和技术的现代化程序。

e.路径预报中的不确定圆锥

预报中固有的不确定度的估计，即路径预报中标准误差的观测值，是以气象图上路径预报的不确定性圆锥（COU）的形式表示的。为了构建路径预报的不确定性圆锥，我们在每个预报周期上都做一个不确定性圆，基于前面几个季节的台风路径预报误差的分布，我们可以确定其半径（Dupont et al 2011）。

IMD描绘出了2009年NIO的72小时预报路径。目前，IMD利用过去五年内以官方预报为基础的平均预报误差来构建路径预报中的不确定性圆锥。该不确定性圆锥表示台风环流中心可能的位置，并且可以通过画以每个预报节点为中心的一系列圆来得到，对于一个周期为五天的预报来说，时间节点是6小时，12小时，18小时，24小时，36小时，48小时，60小时，72小时，84小时，96小时，108小时和120小时。每个圆的半径等于平均的官方路径预报误差，例如：2003-2008年的6小时，12小时，18小时，24小时的误差分别为20海里，40海里，60海里和80海里（或35公里，75公里，115公里和150公里）。由于IMD没有对2009年以前周期超过24小时的官方路径预报数据进行处理，所以对于36小时，48小时，60小时和72小时的路径预报，我们在Quasi Lagrangian Model (QLM)基础上，分别取其圆半径为110海里，135海里，165海里和190海里（或200公里，250公里，300公里和350公里）。然后，我们画两条这些圆的公切线，就可以得到不确定性圆锥。但是，由于2014年后季风 (post-monsoon)季节的影响，其圆的半径与由2009-2013年预报时间节点为36-72小时的平均误差计算得到的半径相等。36小时、48小时、60小时和72小时的半径分别为80海里，100海里，120海里和135海里（或150公里，190公里，225公里和250公里）。对于时间节点为96-120小时的预报，由于没有气象学均值对其适用，所以我们推测其误差为160海里和180海里（或300公里和335公里）。

我们已经利用2009-2011年的数据对不确定性圆锥做了准确度分析(Mohapatra et al，2012b)。结果显示，NIO有将近60%的观测路径在预报的不确定性圆锥之中。其他海洋流域的结果与之一致。BOB和AS的预报准确度大约为64%和52%。后季风季节和前季风季节的准确度分别为66%和50%。实际台风路径为直线和曲线的预报准确度约为90%和39%。对于高强度台风（SCS），路径预报的准确度为71%，CS/DD强度台风的预报准确度则为37%(Mohapatra et al, 2012b)。IMD对2013年数据的检验方法如表2所示。

表2 2013年IMD路径预报的不确定性圆锥验证表

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预报周期（h）

COU内

COU外

整体

百分比（%）

24

57

26

83

68.7

36

51

20

71

71.8

48

48

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