王皘，錢傳海，董林，向純怡，許映龍，張玲，李勛

摘要：對2022年第12號臺風“梅花”的主要特點、路徑預報難點問題和路徑預報誤差特征進行分析，研究主要結論顯示：（1）“梅花”登陸次數(shù)多、登陸強度強，是首個4次登陸不同?。ㄊ校┑呐_風，也是2022年最強登陸臺風，造成華東、東北地區(qū)長時間、大范圍的風雨影響。（2）臺風生成初期的中長期時效路徑預報是路徑預報難點之一，模式對臺風主要影響系統(tǒng)的長時效預報存在明顯偏差，針對模式的及時檢驗和訂正對預報調整非常重要。（3）雙臺風或多渦旋情景下，集合預報發(fā)散度大，“梅花”陸上路徑預報偏西偏慢，其東側“南瑪都”的強度和位置差異對其路徑有明顯影響。（4）臺風變性過程中的移速誤差是路徑預報極大誤差的來源，關注臺風是否處于變性過程可作為調整臺風預報移速的參考。未來開展多模式交叉實時檢驗，基于集合預報研發(fā)針對轉向變性臺風路徑預報訂正技術可為主觀預報提供支撐。

關鍵詞：臺風“梅花”；路徑預報誤差；預報難點；雙臺風；變性

中圖分類號：P444;P458.124? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：2096-3599（2023）01-0001-00

DOI：10.19513/j.cnki.issn2096-3599.2023.01.001

Analysis on main characteristics of Typhoon Muifa （2212） and difficulties in its track forecast

WANG Qian1，2， QIAN Chuanhai1， DONG Lin1， XIANG Chunyi1，2， XU Yinglong1， ZHANG Ling1， LI Xun3

（1. National Meteorological Center， Beijing 100081， China; 2. Chinese Academy of Meteorological Sciences， Beijing 100081， China; 3. Key laboratory of South China Sea Meteorological Disaster Prevention and Mitigation of Hainan Province， Haiku 570203， China）

Abstract： The main characteristics of Typhoon Muifa （2212）， the difficulties in the track forecast， and the characteristics of forecast errors are analyzed in this paper. The main conclusions are as follows. （1） Typhoon Muifa， characterized by high landfall frequency and strong intensity， is the first typhoon to make landfall 4 times in different provinces （cities）， and is the strongest landfalling typhoon in 2022， causing long-lasting and large-scale wind and rain impacts in East China and Northeast China. （2） The medium- to long-term track forecast in the early stage of typhoon lifetime is one of the difficulties in track forecast， and there is obvious deviation between the model results and observations in the long-term forecast of the main impact systems， so timely inspection and correction of the model is very important for the forecast adjustment. （3） Under the scenario of binary typhoons or multi-vortex， the dispersion of the ensemble forecast is large， and the track forecast over land for Muifa is slower and westward compared with the observation. The intensity and position differences of Typhoon Nanmadol on the east side have a significant impact on the track of Muifa. （4） The along-track error in the process of extratropical transition is the primary source of track forecast error， especially for the maximum error. Paying attention to whether the typhoon is undergoing extratropical transition or not can be a reference for adjusting the moving speed of the typhoon forecast. In the future， conducting multi-model cross-cutting and real-time inspection and developing a correction technology for the track forecast of recurved extratropical transition typhoons based on ensemble forecast could support for subjective forecast track.

Keywords： Typhoon Muifa; track forecast error; forecast difficulty; binary typhoons; extratropical transition

引言

臺風路徑準確預報是防臺減災的首要問題，各級政府根據(jù)氣象部門發(fā)出的臺風預警信息和防臺預案，及時組織受臺風影響地區(qū)群眾防臺減災，轉移、安置危險地區(qū)群眾，可顯著減少臺風造成的影響，取得明顯社會效益和經(jīng)濟效益[1]。隨著綜合探測體系、數(shù)值預報及客觀預報技術等的不斷進步，臺風路徑和強度的業(yè)務預報誤差都有所減小，近十幾年來尤其是集合預報系統(tǒng)的發(fā)展和應用，使得臺風路徑預報的誤差明顯減小[2]。然而，臺風的長時效路徑預報仍然是難點所在，長時效路徑的極大誤差仍然存在[3]，這可能與集合路徑預報發(fā)散度大的表現(xiàn)有關[4-5]。在數(shù)值模式的基礎上如何進行主觀訂正，進一步減小預報誤差，是預報員期望解決的重要問題[6]。分析臺風典型個例的預報難點并積累預報經(jīng)驗是目前依據(jù)客觀預報提升主觀訂正水平的重要手段。

復雜環(huán)流形勢下，數(shù)值模式對臺風路徑和強度的預報不確定性大，且易出現(xiàn)較大預報誤差。例如，多臺風相互作用時，臺風環(huán)流合并等復雜特征難以描述[7]；臺風北上快速移動時，模式對臺風（2019年“玲玲”）的移動速度預報明顯偏慢[8]。多臺風共存時，西側臺風的移速可能受到東側臺風的影響[6]。

2022年第12號臺風“梅花”是全年登陸我國強度最強的臺風，其自南向北先后登陸4?。ㄊ校?，給我國華東與東北地區(qū)東部造成長時間、大范圍的風雨影響。繼2021年臺風“煙花”在近海的長時間、大范圍的大風過程[9-10]以來，2022年臺風“梅花”在華東、東北東部沿海造成的大風不容小覷。臺風會引發(fā)山東極端降水，多出現(xiàn)在夏秋季（7—9月）[11]，“梅花”是1949年以來登陸山東和遼寧最晚的臺風，其降水過程于2022年9月中旬影響山東，“梅花”北上過程中路徑預報的準確性影響降水預報準確率?！懊坊ā被顒悠陂g，環(huán)流形勢復雜，臺風受到西風槽、切斷低渦、副熱帶高壓及其東側另一臺風的共同影響，路徑預報難度大。針對“梅花”預報過程中的難點問題進行復盤總結，有助于積累預報經(jīng)驗，提升未來臺風的預報服務水平。

1 數(shù)據(jù)資料來源

所使用的數(shù)據(jù)資料包括：國家氣象信息中心提供的國家級自動氣象觀測站風雨觀測資料；中央氣象臺的官方主觀分析和實時業(yè)務預報資料；中國氣象局區(qū)域臺風數(shù)值預報系統(tǒng)（China Meteorological Administration Regional Typhoon Numerical Prediction System，CMA-TYM）、全球集合預報模式（Global Ensemble Prediction System， CMA-GEPS）、區(qū)域集合預報模式（Regional Ensemble Prediction System， CMA-REPS）和歐洲中期天氣預報中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts， ECMWF）提供的臺風數(shù)值預報產(chǎn)品；歐洲中期天氣預報中心（ECMWF）第五代大氣再分析數(shù)據(jù)集（ERA5）[12]的位勢高度、水平風場等大氣環(huán)流變量資料。

2 臺風“梅花”概況和特點

2022年第12號臺風“梅花”于9月8日08時（北京時，下同）在西北太平洋洋面上生成，9日02時加強為強熱帶風暴，10日11時加強為臺風，11日凌晨加強為強臺風并轉向偏北方向緩慢移動，12日14時減弱為臺風，13日05時再度加強為強臺風，并向北偏西方向移動，靠近浙江東北部一帶沿海，14日20：30前后在浙江舟山普陀沿海登陸（14級，42 m·s-1，強臺風）。穿過杭州灣后，于15日00：30前后在上海奉賢沿海再次登陸（12級，35 m·s-1，臺風），爾后北偏西行，15日中午減弱為熱帶風暴并由江蘇射陽進入黃海，16日00時前后在山東青島嶗山區(qū)第三次登陸（9級，23 m·s-1，熱帶風暴），之后向北偏東方向移動，穿過渤海海峽后于16日12：40前后在遼寧大連金普新區(qū)第四次登陸（9級，23 m·s-1，熱帶風暴）。“梅花”在登陸后北上的過程中與冷空氣結合，經(jīng)歷變性過程，于16日夜間在遼寧東北部轉化為溫帶氣旋，中央氣象臺于16日20時停止對其編號（圖1a）。

“梅花”（2212）是1949年以來第3個4次登陸我國的臺風，之前兩個分別是1990年第12號臺風“楊?！焙?014年第16號臺風“鳳凰”。“梅花”自南向北先后登陸浙江、上海、山東和遼寧，是首次4次在不同?。ㄊ校┑顷懙呐_風。

臺風“梅花”于9月16日登陸山東、遼寧，是1949年以來最晚登陸山東、遼寧的臺風。同時，“梅花”以強臺風級登陸浙江舟山普陀（14級，42 m·s-1），是2022年登陸我國的最強臺風，以臺風級登陸上海奉賢（12級，35 m·s-1），僅次于1949年臺風Gloria（13級，40 m·s-1），是1950年以來登陸上海的最強臺風。

臺風“梅花”與冷空氣結合，9月12日08時—17日08時，浙江東部、上海、江蘇東部、山東半島、遼寧東部等地最大陣風有8～10級，上海沿海、浙江沿海及部分島礁最大陣風為12～16級，極值出現(xiàn)在浙江舟山徐公島（16級，53.6 m·s-1）。浙江東北部沿海海面12級以上陣風累計時長達12 h。

受臺風“梅花”影響，9月12日08時—17日08時，浙江北部和東部、上海、江蘇東部、山東半島、遼寧東部及臺灣島北部等地累計降雨量有100～200 mm，其中浙江紹興、寧波、舟山及山東青島、煙臺等地部分地區(qū)250～500 mm，紹興上虞和嵊州、寧波余姚局地達600～707 mm。最大過程累積降水出現(xiàn)在浙江余姚夏家?guī)X（707 mm）。浙江（2個）、山東（8個）、遼寧（11個）、吉林（2個）共23個國家氣象觀測站日降雨量突破9月極值，其中山東福山日降雨量突破建站以來歷史極值。

綜上所述，總結“梅花”的主要特點為：登陸次數(shù)多，登陸強度強，大風范圍廣、持續(xù)時間長，降雨強度大、持續(xù)時間長。

3 路徑預報難點分析

中央氣象臺在對“梅花”的業(yè)務路徑預報中存在兩個較大的預報偏差，分別為：生成初期的中長期時效路徑預報，登陸后陸上路徑預報偏西偏慢。以下將主要針對這兩個預報難點問題做具體分析。

3.1 生成初期的中長期時效路徑預報

一般將臺風的3～5 d路徑預報稱為中長期時效路徑預報，即72 h至120 h預報時效的路徑預報?！懊坊ā鄙沙跗陂L時間處于弱引導氣流環(huán)境中（圖2a），9月9—10日確定性模式CMA-GFS、CMA-TYM間的預報分歧大、臺風移速差距大（圖3a），CMA-TYM預報“梅花”將快速西北行，而ECMWF和NCEP的確定性模式與CMA-GFS一致（圖略），預報臺風將在臺灣以東洋面緩慢移動，登陸不確定性大。集合預報發(fā)散度大，9月10日20時起報的CMA-GEPS絕大多數(shù)成員預報臺風將于近海北上，CMA-REPS成員預報路徑則大幅偏西（圖3a）。ECMWF集合預報9月10日08時起報的預報路徑僅有6個成員登陸浙江，多數(shù)成員在東海西部北上，有近三成的成員轉向東北方向移動（圖3b）；預報132 h的臺風位置發(fā)散度大，24°～40°N的廣闊范圍內(nèi)均有分布，向東北方向轉折至琉球群島以南（無登陸可能）或者登陸浙江后深入內(nèi)陸均存在可能性（圖3c）。在集合預報產(chǎn)品絕大多數(shù)成員如此表現(xiàn)的前提下，中長期時效的路徑預報不確定性很大，預報員難以做出臺風是否登陸浙江的預報結論。

“梅花”登陸前受多個系統(tǒng)的影響（圖2b），例如副熱帶高壓、東側另一臺風（第14號臺風“南瑪都”生成前的熱帶擾動）、陸上切斷低渦及中緯度槽等，分析ECMWF確定性模式對于同一時刻（臺風登陸時刻14日20時）的500 hPa風場預報（圖4）可見，8日20時、9日20時起報的模式預報“梅花”的位置由臺灣以東調整至東海南部，直至10日20時起報的預報才調整至浙江近海，即96 h預報時效的預報場（圖4c）更接近實況（圖2b）。不同起報時次的預報之間，針對臺風“南瑪都”的強度和陸上切斷低渦的位置預報也有極大的調整，隨著“梅花”不斷西調北調的同時，“南瑪都”的強度也逐漸調強。以上可見，數(shù)值模式對臺風主要影響系統(tǒng)的中長期時效預報存在明顯偏差，針對登陸時刻的不同起報時間的預報調整幅度大。

臺風生成初期的中長期時效路徑預報是目前國際公認的臺風路徑預報難點之一，在面對預報調整較大（圖4）、集合發(fā)散度大（圖3）的情形下，主觀預報做出是否登陸浙江的判斷十分艱難。以ECMWF集合模式9月10日08時起報的預報為例，集合成員中挑選路徑登陸的成員4（近似于實況）和不登陸的成員30（圖5a），對比其對登陸時刻500 hPa高度場的預報，可見成員4可成功預報“南瑪都”初始擾動發(fā)展（圖5b），接近于實況（圖2b），而成員30預報“南瑪都”無發(fā)展，“梅花”路徑預報也較實況偏東偏慢。同時，兩個集合成員對中緯度系統(tǒng)位置和強度的預報也存在分歧。

綜上分析，數(shù)值模式對“梅花”主要影響系統(tǒng)的中長期時效預報存在明顯偏差，對比集合預報不同路徑的成員特征有助于分析影響臺風路徑的關鍵系統(tǒng)。因此，預報員對模式預報形勢場中的關鍵系統(tǒng)或者關鍵區(qū)的及時檢驗和訂正非常重要，依托于集合預報建立和發(fā)展相關實時檢驗系統(tǒng)，有助于在目前主觀預報基礎上提前0～12 h做出及時的預報調整。

3.2 登陸后陸上預報路徑偏西偏慢

“梅花”路徑預報的第二個偏差就是陸上預報路徑偏西、移速偏慢。9月12日20時起報的CMA-GFS、CMA-TYM預報臺風登陸后路徑西折，移向安徽省南部（圖6a）。CMA集合全部成員及ECMWF集合約80 %的成員均預報“梅花”將在登陸后陸上滯留（圖6a、b），上述預報較實況顯著偏西（圖6c）。中央氣象臺自9月12日做出臺風“有可能在蘇豫皖交界附近一帶停滯或回旋”的預報，直至14日傍晚才做出轉向北上的調整，這導致了對應時段陸上降水的空報。在模式預報登陸后陸上路徑分歧大的情景下，預報員難以判斷臺風會在陸上滯留還是會快速北上轉向。

進一步分析9月12日20時起報的集合模式的預報場（圖7、8），在集合成員中挑選預報路徑快速轉向的成員10（近似于實況）和路徑陸上滯留的成員18（近似于主觀預報），對比其對于15日08時、16日08時的500 hPa高度場和風場的預報場。能成功預報出快速轉向的成員10預報“南瑪都”強度偏強、位置偏東，且在東北地區(qū)的500 hPa位勢高度低于陸上滯留成員約1.6 dagpm。雖然預報15日08時“梅花”位置相差200 km，但在相似的環(huán)流背景下，成員18預報偏西的臺風位置使得臺風“梅花”落入西向引導氣流環(huán)境（圖8b），并進一步滯留在鞍形場中（圖7c、8d）。成員10預報“梅花”將快速北上，16日08時兩成員針對“梅花”的中心位置預報差距達600 km（圖7c）。對比成員10、18對于臺風“梅花”東側的風速預報可見，成員10預報“梅花”受到北向較強引導氣流作用（圖8a、c），梅花快速北上，并轉化成溫帶氣旋[13]，匯入西風槽中。

根據(jù)ECMWF針對臺風的預報評估報告[14]，ECMWF模式對于北上臺風的路徑預報往往偏西，這在參考數(shù)值模式預報的主觀預報中也有體現(xiàn)[6]，此次“梅花”的陸上路徑預報偏西偏慢。前人研究指出，臺風在變性過程開始后移速明顯加快[15]，基于依據(jù)臺風變性過程中熱力學結構的非對稱性、氣旋核心冷暖性質轉變特征提出的氣旋相空間法可用來界定變性過程[16-18]。中央氣象臺基于氣旋相空間法，使用模式預報場做出的變性客觀參數(shù)預報，在9月14日早晨預測“梅花”將進入變性過程。預報員通過參考臺風變性預報的結論，在14日的路徑預報中逐步增大了臺風移速，縮小了臺風登陸后的陸上路徑預報誤差。可見，關注臺風是否處于變性過程，并以此作為調整臺風預報移速的參考，可作為此類情景下的預報啟示。但由于缺乏多樣本驗證，對于移速的調整仍有待進一步研究，由定性調整向定量調整的方向努力。

4 路徑預報誤差分析

臺風路徑預報誤差（forecast error，F(xiàn)E）的計算參照中國氣象局頒布的《臺風業(yè)務和服務規(guī)定》中臺風分析和預報質量評定方法，見公式（1）。

（1）

其中φ、λ為臺風中心定位的緯度、經(jīng)度，下標O和F分別表示觀測和預報。路徑預報誤差VFE在臺風移動方向上的投影為移速誤差，在垂直于移動方向上的投影為移向誤差，分別表征預報誤差是由對移動速度還是移動方向的誤判所致，計算時以24 h間隔確定移動方向。

針對“梅花”，中央氣象臺主觀24、48、72、96和120 h的路徑預報誤差分別為64.5、133.8、199.5、307.3和447.0 km。依據(jù)起報時間將路徑預報分為8日08時—9日08時（紅）、9日11時—13日05時（綠）和13日08時—16日17時（藍）起報這三個階段（圖9a），并計算相應時段的移速誤差和移向誤差（圖10），以明確預報誤差的來源。

圖10揭示了在“梅花”生命歷程的不同階段，誤差來源不同，移速誤差和移向誤差占比不同，誤差分布呈現(xiàn)出的特征也不同：9月8日，24～48 h預報以移向誤差為主，幾乎所有時次總體誤差大于過去五年平均，72～120 h預報誤差尚可；9月9日臺風轉向西北方向移動后，24～48 h預報效果好，72～120 h預報大誤差均以移速誤差為主，預報顯著偏慢，72、96、120 h預報時效的最大誤差分別超過300、600、900 km，對應預報難點一所指出的臺風生成初期長時效路徑預報誤差大；13日開始，由于預報時效縮短，長時效預報樣本減少，24～72 h預報均偏左（即對應陸上路徑預報偏西），尤其是48～72 h預報明顯偏左、偏慢，均大于過去五年平均誤差。

在“梅花”活動期間，其東側的“南瑪都”經(jīng)歷了從熱帶擾動發(fā)展到超強臺風的歷程。臺風在雙臺風作用階段路徑復雜[19]，可造成極大的預報誤差，且多表現(xiàn)為預報偏左、偏慢[3]，臺風在變性過程開始后移速明顯加快[15]，易出現(xiàn)預報偏慢的情景?！懊坊ā钡诙⑷A段的誤差表現(xiàn)與之前研究相符。

以預報同一時刻（16日17時）“梅花”的位置為例，11日、12日、13日、14日和15日17時起報的主觀預報差異大（圖9b），整體表現(xiàn)為預報偏慢，導致了該個例出現(xiàn)極大的路徑預報誤差，分別為919.7 km（120 h）、677.2 km（96 h）、842.8 km（72 h）、370.2 km（48 h）和215.2 km（24 h）。極大路徑誤差有80%來源于移速誤差，這也揭示了在北上臺風快速移動的過程中，對于臺風移速的低估是預報失誤的主要原因。

5 結論

應用中央氣象臺官方綜合預報和多家模式預報資料對2022年第12號臺風“梅花”的主要特點、路徑預報誤差、路徑誤差特征及可能原因進行了分析和研究，得出主要結論如下：

（1）“梅花”登陸次數(shù)多、登陸強度強，是首個4次登陸不同?。ㄊ校┑呐_風，也是2022年最強登陸臺風。其造成華東、東北地區(qū)長時間、大范圍的風雨影響，最大過程累積降水出現(xiàn)在浙江余姚夏家?guī)X（707 mm），最大陣風出現(xiàn)在浙江舟山徐公島（16級，53.6 m·s-1），浙江東北部沿海海面12級以上陣風累計時長達12 h。

（2）臺風生成初期的中長期時效路徑預報是路徑預報難點之一，臺風初始渦旋較弱并且位于弱引導氣流環(huán)境中時，數(shù)值模式分歧大、集合預報發(fā)散度大，數(shù)值模式對臺風主要影響系統(tǒng)的長時效預報存在明顯偏差。預報員對模式預報場的關鍵系統(tǒng)或者關鍵區(qū)的及時檢驗和訂正非常重要，依托于集合預報建立和發(fā)展相關實時檢驗系統(tǒng)有望為預報員提供支撐。

（3）雙臺風或多渦旋情景下，集合預報發(fā)散度大，不同集合成員預報場中，“梅花”東側臺風“南瑪都”的強度和位置差異與“梅花”的后期預報位置存在聯(lián)系。“梅花”環(huán)境場不同的引導氣流決定著“梅花”登陸后的路徑趨勢是否與實況一致。

（4）臺風變性過程中移速加快，其所導致的移速誤差是登陸后極大路徑誤差的主要來源，關注臺風是否處于變性過程可作為調整臺風預報移速的參考，但針對移速的定量訂正仍缺乏技術支撐。

針對臺風“梅花”的路徑預報顯示，臺風路徑集合預報信息需進一步深度挖掘，未來開展多模式交叉實時檢驗，基于集合預報研發(fā)針對轉向變性臺風路徑預報訂正技術有望為臺風的路徑預報提供支撐。

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