王海平，渠鴻宇，董林，向純怡

摘要：2023年第5號(hào)臺(tái)風(fēng)“杜蘇芮”海上維持超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)約72 h，登陸福建時(shí)為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)，登陸后維持時(shí)間長(zhǎng)達(dá)22 h，給我國(guó)近海、沿海和內(nèi)陸地區(qū)造成了嚴(yán)重的風(fēng)雨影響。各家數(shù)值模式預(yù)報(bào)出現(xiàn)較大分歧，給綜合預(yù)報(bào)造成較大困難。為了更好地對(duì)模式做出解釋?xiě)?yīng)用，重點(diǎn)檢驗(yàn)了中國(guó)氣象局區(qū)域臺(tái)風(fēng)數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)（China Meteorological Administration Typhoon Model，CMA-TYM）和中國(guó)氣象局全球同化預(yù)報(bào)系統(tǒng)（China Meteorological Administration Global Forecast System，CMA-GFS）的路徑和強(qiáng)度預(yù)報(bào)在“杜蘇芮”預(yù)報(bào)過(guò)程中的表現(xiàn)，并采用歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）和美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心（National Centers for Environmental Prediction，NCEP）預(yù)報(bào)與之對(duì)比，從而找出國(guó)產(chǎn)模式的優(yōu)勢(shì)和不足。檢驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，CMA-TYM路徑預(yù)報(bào)誤差與NCEP相近，大于ECMWF和CMA-GFS。在臺(tái)風(fēng)生成初期，CMA-TYM對(duì)其移動(dòng)方向預(yù)報(bào)出現(xiàn)較大偏差，明顯偏向了實(shí)況路徑的右側(cè)。23日開(kāi)始的路徑預(yù)報(bào)對(duì)登陸點(diǎn)把握良好，誤差主要由對(duì)移動(dòng)速度的預(yù)報(bào)偏快造成。且CMA-TYM對(duì)快速加強(qiáng)過(guò)程的預(yù)報(bào)效果較其他模式具有顯著優(yōu)勢(shì)。CMA-GFS的路徑預(yù)報(bào)質(zhì)量較好，平均誤差略大于ECMWF，但小于NCEP和CMA-TYM，尤其是對(duì)長(zhǎng)時(shí)效預(yù)報(bào)具有較好的可參考性，但對(duì)強(qiáng)度預(yù)報(bào)明顯偏弱。

關(guān)鍵詞：臺(tái)風(fēng)“杜蘇芮”；數(shù)值模式；預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

中圖分類號(hào)：P457.8? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? 文章編號(hào)：2096-3599（2023）04-0001-00

DOI：10.19513/j.cnki.issn2096-3599.2023.04.003

Forecast verification of CMA models for Typhoon Doksuri （2305）

WANG Haiping， QU Hongyu， DONG Lin， XIANG Chunyi

（National Meteorological Center， Beiing 100081， China）

Abstract： Typhoon Doksuri （2305） maintains as super typhoon at sea for about 72 h， lands in Fujian as severe typhoon， and maintains for 22 h after landing， causing serious wind and rain impacts to Chinas offshore， coastal， and inland areas. There are great differences in the forecast of various numerical models， which cause great difficulties to forecasters. In order to better explain and apply the models， this paper focuses on the verification for the performance of CMA-TYM （China Meteorological Administration Typhoon Model） and CMA-GFS （China Meteorological Administration Global Forecast System） track and intensity prediction in the process of Doksuri， and compares them with the forecasts of ECMWF （European Centre for Medium-Range Weather Forecasts ） and NCEP （National Centers for Environmental Prediction，NCEP） to find out the advantages and disadvantages of CMA models. The results show that the CMA-TYM track forecast errors are similar to those of NCEP and greater than those of ECMWF and CMA-GFS. The prediction of its movement direction at the initial stage has a large deviation， which is obviously biased to the right side of the real track. The track forecast starting on 23 June has a good grasp of the landing point， and the error is mainly due to the prediction of faster moving speed. Compared with other models， the CMA-TYM prediction of fast strengthening process has significant advantages. The CMA-GFS track forecast performs well， whose mean error is slightly larger than that of ECMWF， but smaller than that of NCEP and CMA-TYM. CMA-GFS can provide a good reference for long-term prediction， while it is obviously weak for intensity prediction.

Keywords： Typhoon Doksuri; numerical model; forecast verification

引言

近年來(lái)，現(xiàn)代數(shù)值天氣預(yù)報(bào)已成為天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)的核心支撐，在氣象防災(zāi)減災(zāi)、社會(huì)公眾服務(wù)等工作中發(fā)揮著不可替代的作用[1]。隨著數(shù)值模式的發(fā)展，臺(tái)風(fēng)路徑和強(qiáng)度預(yù)報(bào)質(zhì)量不斷提高[2-4]。目前，中國(guó)氣象局區(qū)域臺(tái)風(fēng)數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)（China Meteorological Administration Typhoon Model，CMA-TYM）和中國(guó)氣象局全球同化預(yù)報(bào)系統(tǒng)（China Meteorological Administration Global Forecast System，CMA-GFS）通過(guò)對(duì)臺(tái)風(fēng)初始化和數(shù)據(jù)同化方案的不斷改進(jìn)，預(yù)報(bào)效果明顯提高[5-6]，與歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）、美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心（National Centers for Environmental Prediction，NCEP）等國(guó)際主流模式通常都對(duì)0～72 h短期時(shí)效的路徑預(yù)報(bào)效果較好，且各家模式預(yù)報(bào)結(jié)果一般具有較好的一致性，為提高綜合主觀預(yù)報(bào)的確定性提供了極大的幫助。但對(duì)部分疑難路徑臺(tái)風(fēng)，特別是疑難路徑的較長(zhǎng)時(shí)效路徑預(yù)報(bào)，各家模式仍會(huì)產(chǎn)生極大的分歧，集合預(yù)報(bào)產(chǎn)品也會(huì)產(chǎn)生相對(duì)較大的發(fā)散度[7-8]，給主觀綜合預(yù)報(bào)帶來(lái)極大的挑戰(zhàn)，增大了預(yù)報(bào)結(jié)果的不確定性。為了能夠逐步提高數(shù)值模式的釋用能力，需要通過(guò)不斷的個(gè)例檢驗(yàn)，及時(shí)評(píng)估模式在不同方面的預(yù)報(bào)性能和可參考性，同時(shí)也為模式改進(jìn)提供意見(jiàn)和建議。

在對(duì)CMA預(yù)報(bào)系統(tǒng)的臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)檢驗(yàn)評(píng)估中發(fā)現(xiàn)，CMA-TYM的臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)存在系統(tǒng)性偏北問(wèn)題[9-10]，此后通過(guò)調(diào)整渦旋初始化方案中的強(qiáng)度半徑得到了較好的改進(jìn)[11-12]。在對(duì)CMA區(qū)域集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)的檢驗(yàn)評(píng)估中發(fā)現(xiàn)[13-14]，集合平均移動(dòng)路徑總體優(yōu)于控制預(yù)報(bào)，在強(qiáng)度預(yù)報(bào)中，存在最低氣壓和近中心最大風(fēng)速在登陸前偏弱而登陸后偏強(qiáng)的趨勢(shì)[11]。同時(shí)，通過(guò)檢驗(yàn)評(píng)估國(guó)際其他主流模式的臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)也發(fā)現(xiàn)，ECMWF模式高分辨率確定性預(yù)報(bào)與其模式集合平均相比較，集合平均在24～120 h預(yù)報(bào)誤差較小[15-17]。通過(guò)分析NCEP全球集合預(yù)報(bào)的天氣學(xué)檢驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，路徑與強(qiáng)度的集合預(yù)報(bào)質(zhì)量密切相關(guān)，路徑集合平均相對(duì)強(qiáng)度集合平均質(zhì)量較好[18-20]?？梢?jiàn)，目前多數(shù)模式的檢驗(yàn)結(jié)果表明，集合平均的路徑預(yù)報(bào)仍有較大的優(yōu)勢(shì)。

本文將通過(guò)分析數(shù)值模式對(duì)2023年第5號(hào)臺(tái)風(fēng)“杜蘇芮”的路徑和強(qiáng)度預(yù)報(bào)質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，評(píng)估中國(guó)氣象局?jǐn)?shù)值模式的臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)性能，同時(shí)采用ECMWF和NCEP的臺(tái)風(fēng)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品與國(guó)產(chǎn)模式進(jìn)行對(duì)比，了解國(guó)產(chǎn)模式的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)，為模式應(yīng)用和改進(jìn)提供技術(shù)支持。

1 臺(tái)風(fēng)“杜蘇芮”概況

2023年第5號(hào)臺(tái)風(fēng)“杜蘇芮”于7月21日08時(shí)（北京時(shí)，下同）在西北太平洋洋面上生成（圖1），之后向西偏北方向移動(dòng)，23日早晨加強(qiáng)為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴級(jí)，下午加強(qiáng)為臺(tái)風(fēng)級(jí)，24日上午加強(qiáng)為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)，晚上加強(qiáng)為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)，隨后以超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)穿過(guò)巴士海峽。進(jìn)入南海東北部海域后，強(qiáng)度略減弱，并轉(zhuǎn)向北偏西方向移動(dòng)。27日再次加強(qiáng)為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)，并向偏北方向移動(dòng)，維持超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)約72 h，是南海臺(tái)風(fēng)近?？焖偌訌?qiáng)的典型個(gè)例[21-22]。28日09時(shí)55分前后以強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)（15級(jí)，50 m·s-1）的強(qiáng)度登陸福建晉江沿海。登陸后向北偏西方向移動(dòng)，強(qiáng)度逐漸減弱，登陸后維持時(shí)間長(zhǎng)達(dá)22 h。

2 數(shù)據(jù)和方法

所使用的數(shù)據(jù)來(lái)源包括：（1）國(guó)家氣象信息中心提供的國(guó)家級(jí)地面氣象觀測(cè)站風(fēng)雨觀測(cè)資料。（2）中央氣象臺(tái)、日本氣象廳（Japan Meteorological Agency，JMA）和美國(guó)聯(lián)合臺(tái)風(fēng)警報(bào)中心（Joint Typhoon Warning Center，JTWC）的官方主觀分析和實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)資料。（3）模式預(yù)報(bào)資料主要來(lái)自中國(guó)氣象局區(qū)域中尺度臺(tái)風(fēng)數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)（CMA-TYM，水平分辨率為0.09°×0.09°，起報(bào)頻次為逐6 h）及其區(qū)域集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)（CMA-REPS，水平分辨率為0.15°×0.15°，起報(bào)頻次為逐6 h）、全球數(shù)值模式系統(tǒng)（CMA-GFS，水平分辨率為0.25°×0.25°，起報(bào)頻次為逐6 h）確定性和集合預(yù)報(bào)（CMA-GEPS，水平分辨率為0.5°×0.5°，起報(bào)頻次為逐12 h）產(chǎn)品。同時(shí)采用ECMWF確定性（水平分辨率為0.25°×0.25°，起報(bào)頻次為逐6 h）及其集合預(yù)報(bào)產(chǎn)品（水平分辨率為0.5°×0.5°，起報(bào)頻次為逐6 h）、NCEP的臺(tái)風(fēng)數(shù)值預(yù)報(bào)確定性（水平分辨率為0.25°×0.25°，起報(bào)頻次為逐6 h）及其集合預(yù)報(bào)產(chǎn)品（水平分辨率為0.5°×0.5°，起報(bào)頻次為逐6 h），并與國(guó)產(chǎn)模式進(jìn)行對(duì)比，了解國(guó)產(chǎn)模式的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)。采用中央氣象臺(tái)業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)定位和定強(qiáng)資料進(jìn)行誤差計(jì)算，所有模式的誤差計(jì)算結(jié)果采用同樣本進(jìn)行比較，即僅當(dāng)所有參與檢驗(yàn)的模式都在某時(shí)刻有預(yù)報(bào)時(shí)，該時(shí)刻才能作為一個(gè)樣本參與檢驗(yàn)。

3 模式路徑預(yù)報(bào)誤差分析

3.1? 確定性預(yù)報(bào)誤差分析

通過(guò)對(duì)比CMA-TYM、CMA-GFS和其他各家模式的路徑確定性預(yù)報(bào)平均誤差（圖2）可以看到，各家的24 h路徑預(yù)報(bào)誤差均相對(duì)較小，約為60 km，低于近年來(lái)平均預(yù)報(bào)誤差。CMA-TYM的路徑預(yù)報(bào)誤差與NCEP相近，在48～120 h相對(duì)其他模式誤差較大，120 h誤差分別達(dá)到548 km和538 km。CMA-GFS的路徑預(yù)報(bào)誤差與ECMWF相近，誤差相對(duì)較小，CMA-GFS的120 h誤差為378 km，ECMWF的120 h誤差為276 km。這說(shuō)明在對(duì)“杜蘇芮”的路徑預(yù)報(bào)過(guò)程中，區(qū)域模式CMA-TYM誤差偏大，全球模式CMA-GFS表現(xiàn)較好，與ECMWF基本相當(dāng)，有較好的可參考性。

進(jìn)一步檢驗(yàn)?zāi)Ｊ剿衅饒?bào)時(shí)刻的24 h、48 h、72 h、96 h、120 h路徑預(yù)報(bào)誤差（圖3）發(fā)現(xiàn)，各家數(shù)值模式的最大誤差大致都出現(xiàn)在對(duì)“杜蘇芮”7月26—27日的位置預(yù)報(bào)時(shí)刻，即由巴士海峽進(jìn)入南海東北部的過(guò)程中。CMA-TYM （圖3a）和NCEP（圖3d）的120 h最大預(yù)報(bào)誤差均達(dá)到約900 km。CMA-GFS（圖3b）有1個(gè)起報(bào)時(shí)刻的最大預(yù)報(bào)誤差達(dá)到700 km以上，其余起報(bào)時(shí)刻誤差基本保持在450 km以下。ECMWF的最大預(yù)報(bào)誤差在450 km以下（圖3c）。由分析結(jié)果可以看到，CMA-GFS的路徑預(yù)報(bào)表現(xiàn)較好，誤差明顯小于CMA-TYM和NCEP，而與ECMWF相近。

根據(jù)2007年Froude等[23]對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑位置誤差（total track error，TTE）的分解方法，將路徑誤差分解為沿著臺(tái)風(fēng)路徑方向預(yù)報(bào)誤差（along-track errors，ATE）和垂直于臺(tái)風(fēng)移動(dòng)路徑方向預(yù)報(bào)誤差（cross-track errors，CTE）（圖4）。當(dāng)VATE>0（VATE<0）時(shí)，表示預(yù)報(bào)位置位于實(shí)況位置的前方（后方），當(dāng)VCTE>0（VCTE<0）時(shí)，表示預(yù)報(bào)路徑位于實(shí)況路徑的右側(cè)（左側(cè)）。

通過(guò)檢驗(yàn)ATE和CTE，可以了解模式對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑誤差的產(chǎn)生來(lái)源。由對(duì)ATE的檢驗(yàn)結(jié)果（圖5a）來(lái)看，CMA-TYM出現(xiàn)較大誤差的原因主要是對(duì)“杜蘇芮”移動(dòng)的速度預(yù)報(bào)明顯偏快，且偏快程度隨預(yù)報(bào)時(shí)效的增加而增大。CMA-GFS在24～48 h預(yù)報(bào)略偏快，但在72～120 h預(yù)報(bào)偏慢，偏慢的程度隨預(yù)報(bào)時(shí)效的增加而增大。NCEP預(yù)報(bào)在各個(gè)時(shí)效也略偏慢。ECMWF在各時(shí)效對(duì)移動(dòng)速度的把握較好[24]。由對(duì)CTE的檢驗(yàn)結(jié)果（圖5b）來(lái)看，各家數(shù)值模式對(duì)24～48 h預(yù)報(bào)誤差均較小，說(shuō)明對(duì)較短時(shí)效的移動(dòng)方向把握均較好。CMA-TYM和NCEP預(yù)報(bào)在72～120 h明顯偏向于實(shí)況路徑的右側(cè)，120 h預(yù)報(bào)誤差分別達(dá)到482 km和524 km，其余模式對(duì)路徑移動(dòng)方向的把握較好，略偏向?qū)崨r路徑的左側(cè)。ECMWF在各時(shí)效對(duì)移動(dòng)方向的把握較好，僅在120 h時(shí)效略偏向?qū)崨r路徑的右側(cè)。

由以上分析發(fā)現(xiàn)，CMA-TYM和CMA-GFS路徑預(yù)報(bào)在24～48 h預(yù)報(bào)效果均較好。在72～120 h預(yù)報(bào)中，CMA-TYM對(duì)“杜蘇芮”移動(dòng)速度和移動(dòng)方向的預(yù)報(bào)均出現(xiàn)了較大的偏差，導(dǎo)致平均路徑預(yù)報(bào)誤差偏大。CMA-GFS的路徑誤差主要是由于對(duì)較長(zhǎng)時(shí)效移動(dòng)速度的預(yù)報(bào)偏慢。

由于“杜蘇芮”持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)8 d，移動(dòng)路徑經(jīng)歷了菲律賓以東洋面、巴士海峽、南海東北部及臺(tái)灣海峽，登陸后進(jìn)入福建和江西省境內(nèi)，模式在不同階段的預(yù)報(bào)有一定差異。以下將通過(guò)對(duì)7月21日08時(shí)—23日08時(shí)起報(bào)（“杜蘇芮”是否經(jīng)巴士海峽進(jìn)入南海）的預(yù)報(bào)和7月23日08時(shí)—29日08時(shí)起報(bào)（“杜蘇芮”登陸的時(shí)間和位置）的預(yù)報(bào)2個(gè)階段模式路徑預(yù)報(bào)性能進(jìn)行分析。

7月21日08時(shí)—23日08時(shí)起報(bào)階段（圖6），CMA-TYM與NCEP路徑預(yù)報(bào)誤差較大，其中CMA-TYM的移動(dòng)速度預(yù)報(bào)誤差較小，移動(dòng)的方向明顯偏向了實(shí)況路徑的右側(cè)，因此，路徑預(yù)報(bào)的誤差主要來(lái)源于對(duì)臺(tái)風(fēng)移動(dòng)方向的把握出現(xiàn)偏差。CMA-GFS對(duì)移動(dòng)速度預(yù)報(bào)相對(duì)CMA-TYM誤差偏大，預(yù)報(bào)的移動(dòng)速度較實(shí)況總體偏慢，但對(duì)移動(dòng)方向的把握則較CMA-TYM更好，特別是在24～72 h，預(yù)報(bào)誤差在30 km以內(nèi)，在96～120 h預(yù)報(bào)誤差也明顯小于CMA-TYM和NCEP，比ECMWF略大。NCEP對(duì)移動(dòng)速度預(yù)報(bào)明顯偏慢，且移動(dòng)方向的預(yù)報(bào)也明顯偏向于實(shí)況路徑的右側(cè)。

7月23日08時(shí)—29日08時(shí)起報(bào)階段（圖7），CMA-TYM的預(yù)報(bào)誤差在24～72 h大于其他模式，在96 h與NCEP相近，在120 h誤差大于NCEP，但小于其他模式。CMA-GFS預(yù)報(bào)效果較好，誤差與ECMWF相近，總體小于其他模式。由ATE（圖7c）來(lái)看，CMA-TYM誤差明顯偏大于其他模式，說(shuō)明其對(duì)移動(dòng)速度的預(yù)報(bào)明顯偏快，CMA-GFS對(duì)移動(dòng)速度的預(yù)報(bào)效果較好，在24～48 h預(yù)報(bào)誤差小于30 km，而在72～120 h的移動(dòng)速度預(yù)報(bào)相比實(shí)況偏慢。由CTE（圖7d）來(lái)看，CMA-TYM的誤差在各預(yù)報(bào)時(shí)效的誤差總體好于其他模式，略偏向?qū)崨r路徑的右側(cè)，NCEP預(yù)報(bào)路徑偏向右側(cè)的程度更為明顯，其他模式則主要偏向于實(shí)況路徑的左側(cè)?？梢?jiàn)，CMA-TYM的路徑預(yù)報(bào)在這一階段的誤差主要來(lái)源于對(duì)“杜蘇芮”移動(dòng)速度的預(yù)報(bào)偏快，導(dǎo)致預(yù)報(bào)的登陸時(shí)間較實(shí)況偏早，但對(duì)移動(dòng)方向的把握總體優(yōu)于其他模式，使得其對(duì)登陸點(diǎn)位置的預(yù)報(bào)誤差小且穩(wěn)定。CMA-GFS的移動(dòng)方向預(yù)報(bào)誤差在24～72 h小于CMA-TYM，在96～120 h略大于CMA-TYM，主要偏向了移動(dòng)路徑的右側(cè)。總體來(lái)看，CMA模式對(duì)移動(dòng)方向的把握好于其他模式。

3.2? 集合預(yù)報(bào)誤差分析

已有研究表明，一般路徑集合預(yù)報(bào)平均會(huì)優(yōu)于控制預(yù)報(bào)，為了更好的應(yīng)用集合預(yù)報(bào)產(chǎn)品，將比較數(shù)值模式集合平均路徑與其確定性預(yù)報(bào)的性能。由圖8可以看到，CMA-TYM和CMA-GFS對(duì)“杜蘇芮”路徑的確定性預(yù)報(bào)平均誤差在0～48 h均小于集合平均，但在72～120 h平均誤差均大于集合平均。ECMWF在0～96 h時(shí)效，確定性模式誤差較小，在120 h集合平均預(yù)報(bào)誤差較小。NCEP在24 h預(yù)報(bào)時(shí)效，確定性和集合平均誤差相近，在48～120 h的集合平均誤差均小于確定性預(yù)報(bào)。也就是說(shuō)，CMA確定性預(yù)報(bào)在短時(shí)效表現(xiàn)較好，在中長(zhǎng)期預(yù)報(bào)時(shí)效，集合預(yù)報(bào)效果相對(duì)較好。ECMWF和NCEP也有在較長(zhǎng)時(shí)效集合平均預(yù)報(bào)質(zhì)量相對(duì)較好的傾向?？梢?jiàn)，目前對(duì)于臺(tái)風(fēng)的較長(zhǎng)時(shí)效預(yù)報(bào)，集合平均一般具有較好的可參考性。

4? ?模式強(qiáng)度預(yù)報(bào)誤差分析

4.1? 確定性預(yù)報(bào)誤差分析

目前全球模式受分辨率所限，對(duì)臺(tái)風(fēng)的快速增強(qiáng)過(guò)程一般預(yù)報(bào)偏弱[25]?！岸盘K芮”在菲律賓以東洋面經(jīng)歷了快速加強(qiáng)至超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)的過(guò)程，在由巴士海峽進(jìn)入南海東北部過(guò)程中短暫減弱后再次加強(qiáng)為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)。由對(duì)其強(qiáng)度預(yù)報(bào)的平均絕對(duì)誤差（mean absolute error，MAE；臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)強(qiáng)度與實(shí)況強(qiáng)度之差的絕對(duì)值，計(jì)算方法見(jiàn)式（1））的檢驗(yàn)結(jié)果（圖9a）來(lái)看，區(qū)域模式CMA-TYM相比其他模式在各時(shí)效的預(yù)報(bào)誤差最小，較好的預(yù)報(bào)了“杜蘇芮”的快速增強(qiáng)過(guò)程和進(jìn)入南海的極值強(qiáng)度，24 h平均誤差僅為4.4 m·s-1，表現(xiàn)出較高的可參考性。CMA-GFS的絕對(duì)誤差在12～72 h略大于NCEP，在96～120 h小于NCEP，在0～120 h小于或接近ECMWF的誤差?？梢?jiàn)，CMA-GFS相比其他全球模式， 120 h的強(qiáng)度預(yù)報(bào)誤差最小。

，? ? ? ? ? ? ?（1）

式中：Ifk表示第k次預(yù)報(bào)強(qiáng)度，Ik表示第k次預(yù)報(bào)所對(duì)應(yīng)的實(shí)況強(qiáng)度，N表示樣本數(shù)。

由預(yù)報(bào)的偏差（bias；臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)強(qiáng)度偏離實(shí)況強(qiáng)度的值，正值代表預(yù)報(bào)偏強(qiáng)，負(fù)值代表預(yù)報(bào)偏弱，計(jì)算方法見(jiàn)式（2））（圖9b）情況來(lái)看，各模式對(duì)“杜蘇芮”的預(yù)報(bào)強(qiáng)度均明顯偏弱，但CMA-TYM的偏弱程度最低，24 h僅偏弱0.6 m·s-1。CMA-GFS偏差與其余全球模式基本相當(dāng)，且隨著預(yù)報(bào)時(shí)效的增加，誤差基本穩(wěn)定，并未呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。這說(shuō)明目前全球數(shù)值模式對(duì)于強(qiáng)度預(yù)報(bào)偏弱程度更高，尤其是對(duì)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)以上級(jí)別的熱帶氣旋。

，? ? ? ? ? ?（2）

式中，變量含義同式（1）。

4.2? 集合預(yù)報(bào)誤差分析

通過(guò)比較數(shù)值模式的確定性預(yù)報(bào)與集合平均的強(qiáng)度預(yù)報(bào)質(zhì)量（圖10）發(fā)現(xiàn)，CMA-TYM、CMA-GFS和NCEP的確定性預(yù)報(bào)誤差在各時(shí)效均小于集合平均，特別是CMA-TYM的24 h平均預(yù)報(bào)偏差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于集合平均，但ECMWF的確定性和集合平均預(yù)報(bào)誤差差別不明顯，預(yù)報(bào)質(zhì)量相當(dāng)。因此，對(duì)于強(qiáng)度預(yù)報(bào)而言，目前多數(shù)模式的確定預(yù)報(bào)質(zhì)量仍高于集合平均，具有更高的可參考性。

由各模式的逐預(yù)報(bào)時(shí)次偏差（圖11）來(lái)看，整體預(yù)報(bào)偏弱，偏弱最大值均出現(xiàn)在25日和28日，即對(duì)應(yīng)“杜蘇芮”兩次加強(qiáng)過(guò)程，分別加強(qiáng)至62 m·s-1和58 m·s-1，所有模式預(yù)報(bào)均明顯偏弱。對(duì)25日的加強(qiáng)過(guò)程，CMA-TYM的預(yù)報(bào)偏弱小于20 m·s-1，小于相對(duì)時(shí)段其他模式，CMA-GFS偏差最大值達(dá)到偏弱34 m·s-1，ECMWF偏差最大值達(dá)到偏弱33 m·s-1，NCEP偏差最大值也相對(duì)較小，為偏弱22 m·s-1。對(duì)28日加強(qiáng)過(guò)程的預(yù)報(bào)，CMA-TYM偏弱程度較25日過(guò)程嚴(yán)重，最大值達(dá)到偏弱30 m·s-1。CMA-GFS的偏弱程度小于30 m·s-1，ECMWF、NCEP的最大偏弱程度均在30 m·s-1以上。由此可見(jiàn)，CMA-TYM對(duì)第一次加強(qiáng)過(guò)程預(yù)報(bào)效果較好，對(duì)第二次加強(qiáng)過(guò)程預(yù)報(bào)效果相對(duì)較差，而CMA-GFS對(duì)第一次加強(qiáng)過(guò)程預(yù)報(bào)偏差較大，對(duì)第二次加強(qiáng)過(guò)程的預(yù)報(bào)偏差則相對(duì)較小。ECMWF和NCEP的強(qiáng)度預(yù)報(bào)偏差較大，預(yù)報(bào)偏弱程度較CMA模式更為嚴(yán)重。

5 形勢(shì)場(chǎng)預(yù)報(bào)誤差檢驗(yàn)

由上述分析可以看到，CMA-TYM和CMA-GFS對(duì)短期時(shí)效的路徑預(yù)報(bào)效果較好，較大的誤差主要出現(xiàn)在對(duì)較長(zhǎng)時(shí)效的預(yù)報(bào)中。為了進(jìn)一步了解模式長(zhǎng)時(shí)效預(yù)報(bào)出現(xiàn)較大誤差的原因，需通過(guò)天氣學(xué)分析的方法對(duì)模式的形勢(shì)場(chǎng)預(yù)報(bào)進(jìn)行檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)影響臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)質(zhì)量的主要天氣系統(tǒng)的預(yù)報(bào)偏差。

前文分析發(fā)現(xiàn)，模式普遍對(duì)“杜蘇芮”在7月26—27日的位置預(yù)報(bào)出現(xiàn)較大偏差。由圖12可以看到，7月26日20時(shí)，“杜蘇芮”環(huán)流中心位置在CMA-TYM的分析場(chǎng)中位于巴士海峽偏南海域，臺(tái)風(fēng)東側(cè)副熱帶高壓（以下簡(jiǎn)稱“副高”）588 dagpm線位于大約128°E處，西脊點(diǎn)位于臺(tái)風(fēng)北側(cè)大約30°N處，副高形態(tài)偏向塊狀。從CMA-TYM路徑預(yù)報(bào)對(duì)該時(shí)刻的500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)預(yù)報(bào)檢驗(yàn)對(duì)比中可以看到，7月21日20時(shí)起報(bào)120 h模式預(yù)報(bào)的臺(tái)風(fēng)中心位于分析場(chǎng)中心東北側(cè)大約900 km的東海南部海面上，因此，模式對(duì)臺(tái)風(fēng)移動(dòng)速度的預(yù)報(bào)明顯偏快，預(yù)報(bào)位置明顯偏北。副高西側(cè)588 dagpm線位置預(yù)報(bào)較分析場(chǎng)偏東，位于大約130°E處，高壓脊位置偏北，位于大約40°N，形態(tài)較分析場(chǎng)更為狹長(zhǎng)。副高北側(cè)西風(fēng)帶較平直，模式預(yù)報(bào)偏差較小。對(duì)“杜蘇芮”東南方向的臺(tái)風(fēng)“卡努”初期擾動(dòng)的預(yù)報(bào)略偏南。22日20時(shí)起報(bào)未來(lái)96 h的500 hPa形勢(shì)場(chǎng)預(yù)報(bào)與21日20時(shí)起報(bào)的預(yù)報(bào)場(chǎng)相比，對(duì)副高的預(yù)報(bào)有所調(diào)整。盡管對(duì)“杜蘇芮”的中心預(yù)報(bào)位置仍位于分析場(chǎng)位置的北偏東方向，但距離縮小到大約500 km。模式對(duì)該時(shí)刻臺(tái)風(fēng)東側(cè)的副高588 dagpm線位置預(yù)報(bào)向西收縮至大約129°E附近。對(duì)臺(tái)風(fēng)北側(cè)副高的形態(tài)和西脊點(diǎn)經(jīng)度位置預(yù)報(bào)都與分析場(chǎng)接近，但西脊點(diǎn)的緯度仍較分析場(chǎng)明顯偏北，塊狀高壓南側(cè)西脊點(diǎn)位于大約35°N處。對(duì)副高北側(cè)較平直的西風(fēng)帶系統(tǒng)預(yù)報(bào)偏差仍較小，對(duì)“杜蘇芮”東南方向的“卡努”初期擾動(dòng)預(yù)報(bào)接近分析場(chǎng)?？梢?jiàn)，CMA-TYM對(duì)“杜蘇芮”較長(zhǎng)預(yù)報(bào)時(shí)效的誤差主要來(lái)源于對(duì)副熱帶高壓脊位置的預(yù)報(bào)偏差，對(duì)附近其他影響系統(tǒng)的預(yù)報(bào)偏差相對(duì)較小。

利用已有的檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，目前全球模式CMA-GFS在路徑預(yù)報(bào)方面總體優(yōu)于區(qū)域模式CMA-TYM。通過(guò)對(duì)比CMA-GFS在21日20時(shí)起報(bào)120 h的500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)預(yù)報(bào)與26日20時(shí)的分析場(chǎng)可以看到，模式預(yù)報(bào)的“杜蘇芮”中心也位于分析場(chǎng)位置的東北方向，距離約為750 km，相對(duì)CMA-TYM的預(yù)報(bào)位置更加偏東，但距離誤差相對(duì)較小。副高的位置較分析場(chǎng)偏東偏北，是導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)位置預(yù)報(bào)較分析場(chǎng)明顯偏東北的主要原因，同時(shí)與CMA-TYM不同的是，CMA-GFS對(duì)副高北側(cè)西風(fēng)帶槽脊的位相預(yù)報(bào)與分析場(chǎng)存在較大差別，也使得副高的位置偏東。CMA-GFS在22日20時(shí)起報(bào)的96 h形勢(shì)場(chǎng)出現(xiàn)明顯調(diào)整，對(duì)副高和其北側(cè)西風(fēng)帶的預(yù)報(bào)均與分析場(chǎng)非常接近，預(yù)報(bào)質(zhì)量較好，對(duì)臺(tái)風(fēng)的預(yù)報(bào)位置接近分析場(chǎng)。

6 結(jié)論

為進(jìn)一步提升國(guó)產(chǎn)模式在臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)產(chǎn)品中的應(yīng)用效果，并發(fā)現(xiàn)模式中存在的問(wèn)題，為模式改進(jìn)提供有效依據(jù)，文中檢驗(yàn)了CMA-TYM和CMA-GFS對(duì)臺(tái)風(fēng)“杜蘇芮”的預(yù)報(bào)誤差，并使用ECMWF和NCEP預(yù)報(bào)與國(guó)產(chǎn)模式進(jìn)行比較，得到以下主要結(jié)論：

（1）CMA-TYM和CMA-GFS對(duì)0～24 h的路徑預(yù)報(bào)效果較好，與其他模式的預(yù)報(bào)誤差相差不大。CMA-TYM在72～120 h的路徑預(yù)報(bào)誤差較大，主要原因是在菲律賓附近洋面時(shí)預(yù)報(bào)路徑明顯的偏向?qū)崨r路徑的右側(cè)。在進(jìn)入巴士海峽后，對(duì)臺(tái)風(fēng)移動(dòng)方向的把握較好，誤差的主要原因是對(duì)臺(tái)風(fēng)移動(dòng)速度的估計(jì)明顯偏快。CMA-GFS路徑預(yù)報(bào)平均誤差略大于ECMWF，但小于NCEP和CMA-TYM，在72～120 h預(yù)報(bào)中效果較好。模式集合平均誤差總體小于其確定性預(yù)報(bào)誤差。

（2）CMA-TYM在強(qiáng)度預(yù)報(bào)方面相比ECMWF、NCEP和CMA-GFS具有較為明顯的優(yōu)勢(shì)，對(duì)“杜蘇芮”的快速加強(qiáng)和強(qiáng)度極值的把握均較好。CMA-GFS強(qiáng)度預(yù)報(bào)在各個(gè)時(shí)效明顯偏弱。模式集合平均的預(yù)報(bào)誤差和偏差總體大于其確定性預(yù)報(bào)誤差。

（3）由對(duì)模式形勢(shì)場(chǎng)的預(yù)報(bào)檢驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，CMA-TYM對(duì)副熱帶高壓脊的位置預(yù)報(bào)在96～120 h存在較大誤差，較模式零場(chǎng)明顯偏北，導(dǎo)致對(duì)“杜蘇芮”的路徑預(yù)報(bào)偏北，移動(dòng)速度偏快。而CMA-GFS對(duì)副熱帶高壓脊的預(yù)報(bào)在120 h的較長(zhǎng)時(shí)效也存在較模式零場(chǎng)偏北的情況，但在96 h便給出了較好的調(diào)整，預(yù)報(bào)接近模式零場(chǎng)，預(yù)報(bào)效果較好。

綜合CMA預(yù)報(bào)系統(tǒng)在臺(tái)風(fēng)“杜蘇芮”預(yù)報(bào)過(guò)程中的表現(xiàn)來(lái)看，區(qū)域模式CMA-TYM在強(qiáng)度預(yù)報(bào)方面具有較好的可參考性，而CMA-GFS在路徑預(yù)報(bào)方面具有更好的可參考性。

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