衛(wèi)星導(dǎo)風在臺風路徑預(yù)報中的應(yīng)用進展_圖文

1、第 26卷 第 4期 2011年 4月地球科學(xué)進展ADVANCES I N EARTH SC I ENCEV o. l 26N o . 4 A pr . , 2011文章編號 :1001-8166(2011 04-0386-08衛(wèi)星導(dǎo)風在臺風路徑預(yù)報中的應(yīng)用進展詹奕哲 , 王振會 , 官 莉 , 張 蕾(1. 南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害省部共建教育部重點實驗室 , 江蘇 南京 210044;2. 南京信息工程大學(xué)大氣物理學(xué)院 , 江蘇 南京 210044摘 要 :臺風作為全球危害巨大的自然災(zāi)害 , 對其路徑預(yù)報的準確度尤為重要 。 在常規(guī)觀測資料稀 少的熱帶洋面上 , 衛(wèi)星云圖是監(jiān)測熱帶氣旋的主

2、要工具 , 其中衛(wèi)星導(dǎo)風技術(shù) , 通過對云及晴空區(qū)特 征的追蹤 , 反演出的衛(wèi)星風矢 , 在一定程度上彌補了海洋上由于風場觀測資料稀缺對臺風路徑研究 的限制 , 顯著提高了臺風路徑預(yù)報水平 。 結(jié)合近年來逐步成熟的衛(wèi)星導(dǎo)風中的云導(dǎo)風技術(shù)在臺風 預(yù)報上的應(yīng)用 , 總結(jié)了國內(nèi)云導(dǎo)風技術(shù)在改善臺風路徑預(yù)報中的貢獻 , 如加密觀測資料 、 臺風中心 定位 、 優(yōu)化數(shù)值模式初始場和客觀分析場 、 構(gòu)造人造臺風 Bogus 模型以及由其揭示的發(fā)展和不發(fā)展 熱帶氣旋的對流層上部環(huán)流特征 , 同時展望了衛(wèi)星導(dǎo)風技術(shù)及其資料在臺風預(yù)報實際應(yīng)用中有待 進一步研究的內(nèi)容 。關(guān) 鍵 詞 :衛(wèi)星導(dǎo)風 ; 云導(dǎo)風 ; 臺

3、風路徑預(yù)報中圖分類號 :P405; P444文獻標志碼 :A1引 言熱帶氣旋 (Trop ica l Cyclone , TC 是一種暖心結(jié) 構(gòu)的、 具有巨大破壞性的天氣事件和自然災(zāi)害。在 與中國密切相關(guān)的西北太平洋地區(qū) , 臺風主要源地 為關(guān)島的西南部、 馬紹爾群島附近及南海的中、 東部 3個海域 1。 Gray 2曾對全球八大洋區(qū)熱帶風暴的 發(fā)生數(shù)進行統(tǒng)計 , 表明西北太平洋是全球熱帶風暴 最多的地區(qū) , 全球熱帶風暴的 36%集中于此。隨著 對臺風路徑研究的深入 , 從 20世紀 50年代把臺風 渦旋作為隨大尺度引導(dǎo)氣流漂移的一個質(zhì)點 , 到 50 90年代把臺風當作一個軸對稱的渦旋系統(tǒng)

4、 , 再到 目前同化各種非常規(guī)資料 , 用人工資料 (bogus 來構(gòu) 造一個擬真的非對稱人造臺風 , 并提高模式的垂直 和水平分辨率 , 改進模式物理過程 , 從而提高了預(yù)報 能力 , 縮小了預(yù)報誤 差 3。近年來 , 國際臺 風界認 為 , 正確給出初始臺風模型 , 是提高路徑預(yù)報準確率 的一個關(guān)鍵問題。而對臺風轉(zhuǎn)折路徑的預(yù)報 , 除考 慮大尺度環(huán)流形式對熱帶氣旋路徑的影響外 , 當熱 帶氣旋某側(cè)有對流云團顯著發(fā)展時 , 應(yīng)充分考慮其 對熱帶氣旋路徑的可能 影響 4。對 流云團屬于中 小尺度系統(tǒng) , 在洋面常規(guī)觀測資料中常常因站點稀 疏而被忽略。而引入衛(wèi)星導(dǎo)風資料 , 不僅可以改進 初始臺

5、風環(huán)流 , 使路徑預(yù)報有所改善 , 而且還大幅度 地加密了洋面觀測風場 , 為盡早發(fā)現(xiàn)中小尺度系統(tǒng) 創(chuàng)造了更好的條件。衛(wèi)星導(dǎo)風 或稱 AMV s(A t m osphere M otion Vec -to rs 通過紅外 (I R 、 水汽 (WV 和可見 光 (V IS 衛(wèi) 星云圖上追蹤云或通過水汽 (WV 通道內(nèi)的晴空特 征反演出風場矢量 5。其中 , 云導(dǎo)風資料已被證明 對天氣分析和預(yù)報 , 尤其是對探測資料稀少的海洋 和沙漠地區(qū)有積極作用 6。對全球 天氣和臺風分 析以及提供數(shù)值預(yù)報 N W P (Nu m ericalW eather Pre -diction 初始風場資料都是十分重

6、要的 7。云跡風¹收稿日期 :2010-07-22; 修回日期 :2010-11-03.*基金項目 :國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目 /臺風登陸前后異常變化及機理研究 0(編號 :2009CB421502; 國家自然科學(xué)基金項目 /傅里葉 相位分析技術(shù)研究及其在衛(wèi)星云圖導(dǎo)風的應(yīng)用 0(編號 :40475018 資助 .作者簡介 :詹奕哲 (1988-, 男 , 福建三明人 , 碩士研究生 , 主要從事衛(wèi)星遙感資料的研究和應(yīng)用工作 . E -m a i :l s m z yz 126. co m資料己經(jīng)廣泛應(yīng)用于臺風、 暴雨和洪澇災(zāi)害、 中尺度 天氣分析等天氣學(xué)研究 , 云跡風能清楚生動

7、地顯示 天氣系統(tǒng)發(fā)展變化的細節(jié) , 對暴雨落區(qū)分析及預(yù)測、 臺風范圍以及熱帶氣旋移向預(yù)報等方面有重要的指 示意義 6。國際上應(yīng)用靜止衛(wèi)星資料反演云跡風是從 20世紀 70年代開始的 , 我國雖然在此領(lǐng)域起步較晚 , 但自 1997年發(fā)射第一顆地球靜止氣象衛(wèi)星以來 , 我 國云跡風反演 技術(shù)已取得了很 快的發(fā)展。許健民 等 8, 9用紅外和水汽 2個通道的衛(wèi)星測值指定云跡 風的高度 , 陳華等 10用高度調(diào)整法進行云跡風高度 的質(zhì)量控制 , 有效地提高了各個高度層的云跡風風 矢準確性。在將云跡風資料應(yīng)用到臺風移向預(yù)報的 研究中 , 張守峰等 11的研究表明 , 衛(wèi)星云導(dǎo)風資料 訂正客觀分析風場對

8、臺風路徑有明顯改進 ; 所構(gòu)造 的臺風模型非對稱風場對臺風的路徑預(yù)報也有所改 進。馮業(yè)榮 12利用云跡風結(jié)合實測風 , 從渦度方程 出發(fā) , 對熱帶氣旋進行診斷分析 , 結(jié)果表明 , 云跡風 為熱帶氣旋的業(yè)務(wù)預(yù)報提供了重要的參考依據(jù) , 對 于判別熱帶氣旋路徑及其轉(zhuǎn)折有著特殊的意義。王 振會等 6, 13和 河惠 卿 等 14運 用自 主 研 發(fā)的 基 于 TCFM 技術(shù)的衛(wèi)星導(dǎo)風系統(tǒng) , 得到的 導(dǎo)風資料顯著 改善了臺風眼壁東部區(qū)域的垂直氣流活動 , 使臺風 螺旋雨帶更加明顯 ; 將云跡風資料同化于 MM 5數(shù)值 模式后 , 臺風中心誤差有所降低。本文結(jié)合近年來逐步成熟的云導(dǎo)風技術(shù)在臺風 預(yù)

9、報上的應(yīng)用 , 總結(jié)了云導(dǎo)風技術(shù)在改善臺風路徑 預(yù)報中的貢獻 , 如加密觀測資料、 優(yōu)化數(shù)值模式初始 場和客觀分析場、 構(gòu)造人造臺風 Bogus 模型以及臺 風中心定位 , 同時展望了云導(dǎo)風技術(shù)及其資料在臺 風預(yù)報實際應(yīng)用中有待進一步研究的內(nèi)容。2衛(wèi)星風資料對臺風路徑預(yù)報的影響Goerss 15針對衛(wèi)星觀測對中熱帶氣旋 (TC 路 徑預(yù)報的影 響 , 利 用美國 艦隊 全球 氣象 預(yù)報系 統(tǒng) (NOGAPS 對 2005年、 2006年夏季大西洋和北太平 洋海域 TC 路徑進行了各種衛(wèi)星資料的同化分析和 預(yù)報研究 , 得到如圖 1所示的綜合結(jié)果。在圖 1a 中 , CNTL 表示在 NOGAP

10、S 中同化了所 有資料 (包含 AM 、 P W 、 S W , NOS W 是在除去同化 5顆靜止衛(wèi)星 (覆蓋熱帶和中緯度地區(qū) 的導(dǎo)風和美 國宇航局 Aqua 和 Terra 衛(wèi)星所攜帶的 MODIS 設(shè)備 反演的極地區(qū)域的風場 ; NOP W 為剔除了 SS M /I 大氣 可降水量的觀測資料 ; AM SU-A 輻射率資料在 NOA M圖 1衛(wèi)星觀測對熱帶氣旋 (TC 路徑預(yù)報的影響 15 F ig . 1H o m ogeneou s co mparison of (a TC track forecast error and (b percen t i m prove m en t i

11、n TC track forecast error as a re s u lt of the assi m ilation of d ifferen t sets of sate llite observations 15a . 同條件下熱帶氣旋路徑預(yù)報誤差比較 ; b . 衛(wèi)星觀測資料對熱帶氣旋路徑預(yù)報的改進百分比中被剔除 , 由圖 1a 可見 , 熱帶氣旋路徑的預(yù)報誤差 隨預(yù)報時效增加而增加 , 但對于確定的時效 , 不使用 衛(wèi)星資料都將明顯地增大預(yù)報誤差 , 且當剔除衛(wèi)星 導(dǎo)風資料時 , 預(yù)報誤差增大最為明顯。圖 1b 是不同 衛(wèi)星觀測設(shè)備對路徑預(yù)報的改善百分比。其中 , 對 熱帶氣旋

12、路徑預(yù)報影響最大的觀測資料是衛(wèi)星導(dǎo)風 (F /TW i n ds 。同化其他衛(wèi)星資料 , 如 SS M /I大氣 可降 水 量 (SS M /I P W 、 AM SU-A 輻 射 率 (AM SU-A 、 MOD I S 風 場 (MODI S W inds 、 ERS -2散射計風 矢量 (SCATT 和 SS M /I 風速 (SS M /IW S 雖亦可以 改善路徑預(yù)報精度 (除 72h 中使用 MOD I S W i n ds, 但效果都沒有使用衛(wèi)星導(dǎo)風明顯。圖 1a 、 b 中都可 以看出 , 對熱帶氣旋路徑預(yù)報效果影響最大的觀測 資料是衛(wèi)星反演的風場。同化風場資料使預(yù)報改進 百分

13、比從 24h 的 7%到 120h 的 24%以上。因此 , 對現(xiàn)有的衛(wèi)星導(dǎo)風在臺風路徑預(yù)報中的 應(yīng)用進行總結(jié) , 對于進一步研究提高臺風路徑預(yù)報的質(zhì)量具有重要的意義。根據(jù)國內(nèi)所做的關(guān)于云導(dǎo) 風在臺風路徑預(yù)報應(yīng)用中的研究 , 可以將工作總結(jié) 為以下幾個方面。 2. 1 增加觀測資料數(shù)量增加臺風風場的觀測密度 , 對臺風路徑的預(yù)報起著重要作用。 1986年 Burpee 等 16曾提出 , 提高 臺風中心以及周圍的風場和熱力場的觀測 , 可使模 式初始分析 場得到 改善 , 而獲 得較 佳的 臺風路 徑 預(yù)報。云導(dǎo)風資料可以為大氣分析和數(shù)值預(yù)報模式 , 提供在赤道兩側(cè) 50b 范圍內(nèi)大量有用資料

14、 , 是對全 球風場資料的有益補充 , 克服了洋面上常規(guī)觀測資 料匱乏的不足。圖 2是中國氣象科學(xué)研究院網(wǎng)上 ¹截取的常規(guī)探空站點與由導(dǎo)風資料確定的細網(wǎng)格探 空位置的比較圖 , 從圖中可以清楚的看出 , 云導(dǎo)風資 料的密度遠遠大于常規(guī)探空資料 , 且在熱帶洋面上 更有著極為巨大的優(yōu)勢。圖 2 常規(guī)探空站點與衛(wèi)星導(dǎo)風資料 點比較Fig . 2 A co mparison between (a conven ti onal rad i osondesites and (b gr i d s deter m ined by C MWa . 常規(guī)探空站點 ; b . 衛(wèi)星導(dǎo)風資料點表 1是張

15、守峰等11以 9711號臺風的 8月 14日 00時的客觀分析為例 , 把觀測資料加入云導(dǎo)風前 后的結(jié)果 (表中 NH 、 NQ 、 NU 、 NV 分別表示高度、 比 濕、 緯向風分量、 經(jīng)向風分量的資料數(shù) 。從表 1可看出 , 在 8月 14日 00時的客觀分析 中 , 850、 500和 200hPa 的風場觀測資料數(shù)分別由原 來的 547、 334和 603增加為 1284、 387和 2812, 資 料數(shù)明顯增加。增加的觀測資料 , 尤其 是低于 400hPa 的資料 , 雖然存在錯誤、 凌亂的風矢 , 但經(jīng)過合 理的質(zhì)量控制后 , 再用三維多變量的最優(yōu)插值方法 進行客觀分析17,

16、可使云導(dǎo)風這種非常規(guī)觀測資料直接用于改進模式的初值。其他研究也表明 6, 12,由于熱帶氣旋附近對流云系發(fā)展旺盛 , 且相對穩(wěn)定 , 故熱帶氣旋周圍云導(dǎo)風資料比較密集 , 能彌補海洋 上探空資料的不足。表 1 觀測資料加入云導(dǎo)風前后用來進行 客觀分析的資料數(shù)T ab le 1 Th e numb er of ob servati on s before and after joi n ing the C MW data u sed for ob jec ti ve analysis2932152152152152932. 2 臺風定位氣象領(lǐng)域中利用衛(wèi)星云圖進行臺風中心定位的 2種基本方法分別是

17、基于單幅云圖的定位和基于多 幅相關(guān)云圖的定位。然而 , 單幅云圖受圖像信噪比、 分辨率和時間、 頻段的局限 , 信息量較小 , 對于人工 定位來說 , 主要依靠目測云系的幾何形狀是云墻和 云帶輔以套用模板擬合螺旋云帶的方法 , 其準確率 取決于可視性特征的完整程度和工作人員的經(jīng)驗 ; 在臺風的自動識別和定位中 , 由于機器難以自動識 別螺 旋 云 帶18, 定 位 準 確 性 往 往 不 高。 其 中 ,¹www. ca m s . c m a . gov . cn /cam s _973/973_z xdt/973_ppt/04/zhang. pptDvorak 技術(shù)是目前較為通用

18、的一種業(yè)務(wù)使用方法 , 不過該方法 人工定 性判斷 的比 重較 大 , 主觀性 較 強 19, 20。隨后發(fā)展的先進 Dvorak 技術(shù) (ADT 采用 人工和自動 2種方法 , 但對于 TC 強 度較小時效果 較差 19。多幅相關(guān)云圖反映了一定 時間內(nèi)云系運 動的變化情況 , 包含的信息量遠大于單幅云圖 , 因此 它在臺風的自動定位中能發(fā)揮更大的作用。而云導(dǎo) 風技術(shù) , 就是基于多幅相關(guān)云圖 , 從云系反演出風場 變化的矢量圖。它是一種基 于灰度的運動 檢測方 法 , 能反映出臺風云系微元的運動趨勢。國內(nèi)學(xué)者 在此 方面做 了有 益 的嘗 試 :劉正 光 等 21利用求出的云導(dǎo)風矢量圖中與臺

19、風整體移動 矢量大小和方向一致的矢量集合的最密集區(qū) , 經(jīng)過 數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)處理后得到臺風中心。實驗結(jié)果表明 , 用該方法進行臺風中心定位效果較好。王萍等 22對云導(dǎo)風算法進行改進 , 根據(jù)由此生 成的云導(dǎo)風矢量圖能夠準確體現(xiàn)風場繞臺風中心旋 轉(zhuǎn)這一客觀事實 , 將云導(dǎo)風與臺風中心的關(guān)系歸納 為臺風定位判定規(guī)則 , 編制的定位算法對于各類形 成期臺風具有普遍適應(yīng)性 , 表 2為其隨機選出的一些 尚處于形成期的臺風云圖通過導(dǎo)風方法得出的定位 結(jié)果。該結(jié)果與專家定位結(jié)果相比 , 緯度、 經(jīng)度絕對 誤差分別 0. 40、 0. 70; 平均誤差分別 0. 23、 0. 42。表 2形成期臺風定位結(jié)果T

20、ab le 2Position i ng of the resu lts of th eformation of T yphoon編號實際中心位置 定位結(jié)果 臺風云系范圍 北緯 東經(jīng) 北緯 東經(jīng) 緯度 經(jīng)度 名稱 Kate9904241415. 0129. 214. 9129. 91513Kate 9904242015. 4130. 015. 3129. 41010Kate 9904250216. 0130. 516. 0130. 31010Kate 9904250816. 5130. 816. 1130. 3710Kate 9904251417. 4131. 317. 6131. 7810K

21、ate 9904252018. 5132. 018. 6131. 566Kate 9904290816. 5112. 915. 9112. 6811Leo 9908200818. 0122. 417. 6122. 12015Sa m 9909200223. 5125. 623. 2125. 477B art2. 3訂正數(shù)值模式初始場數(shù)值預(yù)報的一個關(guān)鍵問題是初始場的準確性。 麻素紅等 23在研究不同初始場及側(cè)邊界對臺風路 徑預(yù)報的影響時 , 指出初始值及側(cè)邊界的改進對臺 風路徑預(yù)報的提高是非常重要的。由于在海上缺乏 觀測資料 , 常規(guī)風場資料分布稀疏 , 通過插值得出的 流場常常難以顯示出中小尺

22、度系統(tǒng)的信息。云導(dǎo)風 資料不受測站布點位置的限制 , 而且密度大精度高 , 可以彌補常規(guī)觀測站點的空間不均勻性 , 提高了資 料的空間分辨率。從而使進入同化系統(tǒng)迭代的初始 場不僅含有大的環(huán)流形式 , 而且還含有某些中小尺 度的信息 , 得到與模式相協(xié)調(diào)的最優(yōu)初始場 , 從而使 模式預(yù)報的結(jié)果更加貼近實況。表 3是黃彥彬等 24應(yīng)用 GM S -5靜止氣象衛(wèi)星 導(dǎo)出的云跡風資料對中尺度 G 坐標有限區(qū)域數(shù)值 模式 (RE M 的初始風場進行改進處理并進行數(shù)值 模擬的結(jié)果。列出了 2001年 7月 28日 0000GMT (世界時 云跡風在 G 坐標各層增加的風矢數(shù) , 從表 3可以看出云導(dǎo)風在

23、G 坐標的第 214層 181. 7 862. 1hPa 分別增加 4. 4%33. 2%的風矢資料 , 在 426. 6hPa 的第 6層增加近 1/3的風矢資料。其分 析得出 , 同化云跡風資料有利于改善因測站稀疏造 成的中小 尺度系 統(tǒng)漏報 的不 足 , 提高 降水的 預(yù)報 精度。表 3云跡風在 G 模式各層增加的風矢數(shù)Tab le 3The i n creased C MW vectors i n each l ayer in th e G model層次/hPaCD W風矢數(shù)增加/%層次/hPaCDW風矢數(shù)增加 /% 1127. 2002181. 75720. 6 3238. 339

24、14. 14299. 65018. 1 5363. 13111. 26426. 69233. 2 7490. 15319. 18551. 44215. 2 9610. 33412. 310669. 3217. 6 11726. 03211. 612775. 9238. 3 13821. 33211. 614862. 1124. 4 15898. 40016930. 200 17955. 10018973. 300 19986. 900201000. 000?；哿盏?25的研究也認為 , 云導(dǎo)風資料彌補了 常規(guī)探空站點稀疏 , 資料不夠豐富引起的中小尺度 系統(tǒng)缺失 , 其比較了未加入云導(dǎo)風資料和

25、加入云導(dǎo) 風資料后 850和 200hPa 上 的風場 , 得出導(dǎo)風資料 可以大幅度增加高層大氣風場資料 數(shù)量并提高質(zhì) 量 , 可以將其所含的有關(guān)天氣系統(tǒng)及系統(tǒng)演變的信 息加入到初始場中 , 對模式預(yù)報效果產(chǎn)生了十分重 要的作用。2. 4訂正客觀分 析風場與構(gòu)造非對稱人 造臺風模型 20世紀 90年代以前的半個世紀 , 對臺風研究 多著重在 軸對稱 的動力 過程 , 但 典型 的臺風 是由 /軸對稱流場 0及 /非軸對稱流場 0所組成。理論研 究 26, 27證明控制熱帶氣旋 移動的 2個最重要的因 389第 4期 詹奕哲等 :衛(wèi)星導(dǎo)風在臺風路徑預(yù)報中的應(yīng)用進展子是非對稱的環(huán)境流場以及熱帶氣旋

26、的水平尺度和 外部結(jié)構(gòu)。對于非對稱的環(huán)境流場的改善 , Gray 28曾對臺 風中心外圍 7個緯距內(nèi)的風 場用合成技術(shù) 進行分 析 , 結(jié)果表明 , 臺風移向與 500hPa 合成風向關(guān)系最 好 , 并右偏 18b 。因此可以通過使用 云導(dǎo)風資料提 高客觀分析風場的質(zhì)量進行改善。張守峰等 11通 過 2種方法利用云導(dǎo)風訂正客觀分析風場 , 試驗取 得較好的預(yù)報效果 , 得到的 12、 24、 36、 48h 臺風路 徑預(yù)報誤差都比業(yè)務(wù)系統(tǒng)小 , 再通過質(zhì)量場的調(diào)整 , 獲得訂正后的協(xié)調(diào)分析場 , 又使預(yù)報精度進一步提 高。在同化實驗方面 , 王棟梁等 29將國家衛(wèi)星氣象 中心提供的 G M S

27、-5水汽和紅外云跡 風資料用于美 國 NCAR /PSU中尺度模式 MM 5及其四維變分同化 系統(tǒng)。采用四維變分同化技術(shù)同化云跡風對熱帶氣 旋路徑預(yù)報有一定改善 , 12、 24、 36和 48h 預(yù)報的平 均距離誤差分別降低 5%, 12%, 10%和 7%。王振 會等 13將云跡風資料同化于 MM 5(V3. 6 中尺度非 靜力模式 , 得到的臺風移動路徑與實況比較接近 , 臺 風中心位置誤差減小 23%74%。對于熱帶氣旋的水平尺度和外部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化 , 最新的技術(shù)是用人工資料 (bogus 來構(gòu)造一個擬真 的非對稱人造臺風。在國內(nèi) , 表 4是張守峰等 30嘗 試將云導(dǎo)風場引入到軸對稱風

28、場上形成非對稱的人 造臺風模擬風場 , 并進行預(yù)報試驗 的結(jié)果 , 可以看 出 , 構(gòu)造的非對稱人造臺風模型風場對減小臺風路 徑預(yù)報誤差有一定作用。表 4云導(dǎo)風構(gòu)造非對稱風場進行臺風 路徑預(yù)報 的平均距離誤差 /k mTable 4The m ean d istance error of typhoon track forecast by the asy mm etr ica l stru cture con struc ted by C MW預(yù)報時效 12h 24h 36h 48h 試驗 89. 8166. 0279. 1431. 3業(yè)務(wù) 129. 1182. 0350. 4526. 02.

29、 5高密度導(dǎo)風資料揭示的發(fā)展和不發(fā)展熱帶氣 旋的對流層上部環(huán)流特征 31C ISK 理論 32認為熱帶氣旋發(fā)展的一個基本條 件是在對流層下部邊界層內(nèi)具有天氣尺度的氣旋性 流入氣流。通過對探空資料進行綜合分析 , Gray 2指出 :熱帶氣旋是發(fā)展還是不發(fā)展 , 與對流層上部的 環(huán)流型密切相關(guān)。不發(fā)展的熱帶氣旋對流層上部是 單一方向的氣流 , 這使云團上空對流層中的垂直切 變較大 , 發(fā)展的熱帶氣旋對流層上部一般為多方向 的外流 , 這不僅有利于減弱氣旋上的垂直切變 , 而且 對氣旋性角動量流入也 是有利的 33。根據(jù)飛機報 告和衛(wèi)星風結(jié)果 , Sadler 34提出發(fā)展的熱帶氣旋上 空對流層頂

30、附近具有多方向的外流。方翔等 35用 高密度衛(wèi)星風資料分析了發(fā)展和不發(fā)展熱帶氣旋的 對流層上部環(huán)流特征 , 指出在發(fā)展的熱帶氣旋上空 對流層上部有多方向外流。在西北太平洋上 , 云團 北側(cè)的對流層上部的西風經(jīng)常是由深入到熱帶的中 緯度西風槽提供的。在盛夏季節(jié)的西北太平洋 , 圖 像北側(cè)的對流層上部的西風是由 TUTT 南側(cè)的西風 提供的。不發(fā)展的熱帶氣旋其對流層上部通常有一 致的東風氣流 , 消散的熱帶風暴或臺風其對流層上 部通常有一致的西風氣流。2. 6衛(wèi)星導(dǎo)風資料存在的不足在臺風路徑預(yù)報中同化云導(dǎo)風資料 , 雖然有著 上述的優(yōu)點 , 但在當前也存在著不足。首先 , 由于目 前所使用的云導(dǎo)風

31、資料大多分布在高層 , 強度較弱 的熱帶氣旋不具有深厚的垂直結(jié)構(gòu) , 因此從云圖上 導(dǎo)出的云跡風矢相對稀少且凌亂 , 對于較弱臺風之 中低層引導(dǎo)氣流掌握可能有限 , 在數(shù)值模式中同化 這些云導(dǎo)風資料后 , 無法對熱帶氣旋路徑預(yù)報起改 善作用 , 有時甚至起負 作用 27, 34。其次 , 在數(shù)值模 式已先植入渦旋再同化云導(dǎo)風場的情況下 , 因云導(dǎo) 風風場分布與植入的渦旋位置有所重疊 , 可能會造 成 2資料間相互影響 , 即模式變量與模式、 變量之間 在同化后不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的負效應(yīng) 29, 36。再次 , 目前 國外對衛(wèi)星導(dǎo)風在臺風路徑預(yù)報中的應(yīng)用研究結(jié)果 大多表明 15, 37, 38, 在數(shù)

32、值模式中同化導(dǎo)風資料 , 對中 長期預(yù)報 (48h 的路徑改善作用最為明顯 , 相對 而言對短期臨近預(yù)報的作用不大 , 因此 , 如何使云導(dǎo) 風資料在短期臺風路徑預(yù)報中發(fā)揮更大的作用仍是 一個亟需攻克的難題。3結(jié)語與展望云導(dǎo)風在熱帶氣旋中的應(yīng)用經(jīng)過近 10年的實 踐 , 獲得了巨大的成功 , 其對洋面上空 (尤其是高層 大氣 的加密觀測 , 為研究熱帶氣旋的動力學(xué)機制 提供了寶貴的資料 ; 對改進臺風模擬有著重要的貢 獻 , 使熱帶氣旋轉(zhuǎn)折、 異常路徑分析水平有所提高 ; 為研究新的臺風路徑預(yù)報方式 , 如 Bogus , 提供了豐 富的風場資料 ; 同時 , 還對有關(guān)臺風的一系列其他研 究

33、(如中心定位 , 降水分布 , 強度 也有所幫助。但 由于目前導(dǎo)風技術(shù)的不成熟和有待進一步研究的臺390地球科學(xué)進展 第 26卷第 4期 詹奕哲等: 衛(wèi)星導(dǎo)風在臺風路徑預(yù)報中的應(yīng)用進展 391 風移向理論, 二者的融合還有研究發(fā)展的空間, 在以 下幾個方面值得深入研究: ( 1 研究借鑒新的導(dǎo)風技術(shù), 進行導(dǎo)風產(chǎn)品融 合。云跡風反演明顯的局限是在晴空區(qū)無法獲取風 場, 為克服這種局限, 需要開展 / 晴空區(qū) 0導(dǎo)風技術(shù) 研究。在加快自主創(chuàng)新的同時, 應(yīng)更多地借鑒國外 先進的導(dǎo)風技術(shù), 豐富導(dǎo)風產(chǎn)品, 如可見光、 極軌資 料、 極地風等。鑒于目前的云導(dǎo)風風矢大多集中在 對流層高層, 研究通過融

34、合不同的導(dǎo)風產(chǎn)品 ( 如水 汽導(dǎo)風、 紅外云圖導(dǎo)風等其他導(dǎo)風方式及不同衛(wèi)星 導(dǎo)風風場 豐 富各層的風場資料, 為 臺風發(fā)生時的 大范圍和中小尺度系統(tǒng)提供更加詳細的風場資料。 ( 2 探求更適當?shù)娘L場質(zhì)量控制方法和高度指 定算法。在剔除錯誤、 凌亂的臺風周圍云導(dǎo)風風矢 的情況下, 能夠進一步清晰地顯示出大的流場特征 和小的系統(tǒng)特征; 更加準確的指定云導(dǎo)風的高度, 為 更好地運用于數(shù)值模式中做鋪墊。 ( 3 通過大量的試驗, 比較研究不同數(shù)值模式 下同化云導(dǎo)風產(chǎn)品對臺風路徑預(yù)報影響的結(jié)果, 得 出能夠較好地運用云導(dǎo)風資料進行臺風路徑預(yù)報的 數(shù)值模式。 衛(wèi)星云導(dǎo)風作為一種風場資料獲取手段, 與臺 風

35、路徑預(yù)報的結(jié)合越來越 受到氣象科研人 員的重 視。其豐富的風場資料, 快速的獲取方式將帶給臨 近預(yù)報以福音。雖然目前的理論研究、 實際應(yīng)用尚 且存在不足與缺陷, 但隨著人們的不懈努力, 衛(wèi)星導(dǎo) 風技術(shù)將能更好、 更及時地對臺風路徑預(yù)報提供重 要的觀測資料。本文僅粗略地總結(jié)探討了國內(nèi)目前 云導(dǎo)風技術(shù)在臺風路徑預(yù)報方向上的應(yīng)用情況, 并 針對未來二者更好地結(jié)合提出了一些值得深入研究 的內(nèi)容。 參考文獻 ( R eferences: 12 1 Chen L ianshou D ing Y ihu . The In troduct ion to Typhoons over , i N orthw es

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