[科普中国]-西北太平洋台风

西北太平洋台风是指发生在西北太平洋、赤道以北，日界线以西，亚洲太平洋国家或地区的热带气旋。

概念在台湾、日本等地，将中心持续风速每秒17.2m或以上的热带气旋（包括世界气象组织定义中的热带风暴、强热带风暴和台风）均称台风。在非正式场合，“台风”甚至直接泛指热带气旋本身。

2010年西北太平洋台风预报精度评定及分析2010年，西北太平洋及南海海域共生成14个热带风暴以上的台风。不仅台风生成总频数平了1998年的最低纪录（同为14个），而且生成时间呈明显的阶段性特征：近60%的台风生成在8月下旬到9月下旬之间，而11月和12月没有台风生成，这在1949年有记录以来尚属首次。所有14个台风中登陆我国有7个，其中登陆海南1个，广东1个，台湾1个（1011号台风凡亚比登陆台湾后在福建二次登陆），其余4个全部在福建登陆。虽然2010年登陆台风个数与常年相比趋于正常（气候平均为7个），但登陆个数与生成个数的比例之高为1949年以来之最，达50%（气候平均为27%）。2010年两个超强台风均登陆我国，其中1011号超强台风凡亚比为该年登陆时强度最强的台风，也是2010年仅有的一个二次登陆的台风。1013号超强台风鲇鱼为该年度最强台风，其路径复杂多变，最终于10月23日在福建漳浦登陆，成为新中国成立以来最晚登陆福建的台风。整体而言，登陆比例大，预报难度大，影响力强，个例偏少成为2010年西北太平洋台风活动特点。

当前可供台风实际业务预报参考的主客观方法众多，由于关注重点以及技术水平等差异，不同方法对于不同类型、不同区域台风的预报表现并不一致。因此，对各方法预报误差进行客观评定和综合分析，将有利于预报业务人员深入了解各种方法，更好地提高预报和服务水平；另一方面便于科研人员定量化分析当前台风预报变化趋势，更好地改进预报方法。基于上面的考虑，多年来国内外有不少工作从不同侧面总结了西北太平洋台风（热带气旋）业务路径和强度预报情况。研究依据《台风业务和服务规定》，对2010年主要的主客观预报方法进行性能客观评估并针对数值模式的路径预报误差进行初步分析，以期能够帮助台风业务科研人员加深对2010年度台汛期我国各种业务方法预报表现有较为系统的认识，从而为今后更好地改进和使用相关方法打好基础。

资料和方法研究所采用的台风最佳路径数据来源于中国气象局上海台风研究所整编的台风最佳路径数据集。该数据集包括6小时间隔的台风最佳路径和强度记录（其中台风强度为近中心底层最大风速和近中心最低海平面气压）。参加业务评定的各预报方法数据取自实时业务资料库（各种数据已经过与相关业务预报台站核对），主要参加业务评定与分析的方法有12个综合预报方法、3个客观预报方法，6个数值模式的确定性路径预报（含登陆点预报）精度评定以及5个方法的强度（以近台风中心地面最大风速为表示，下同）预报精度评定。利用最佳路径和相关方法的报文资料，利用上海台风研究所正在开发的台风预报评估与分析系统工具对数据进行定量化分析。

台风路径预报精度分析（1）平均距离误差

各综合预报方法的24h、48h和72h预报的台风平均距离误差列于表2a。由表2a可见，绝大多数综合方法24h预报平均距离误差小于125km；所有综合方法48h预报的平均距离误差均不超过340km；72h路径预报的平均距离误差在250～420km之间。各家综合预报24h、48h和72h平均距离误差分别为110．0km（1392次）、210．6km（945次）和322．4km（364次），均小于2009年各家综合预报相应预报时效的平均距离误差[123．0km（1697次）、228．2km（1371次）和376．0km（699次）]。中央台的24h、48h和72h预报误差总平均为113．0km（220次）、209．3km（173次）和340．7km（127次），较2009年平均距离误差（分别为120．3km、218．1km和327．1km）有一定幅度减小。亚太地区4个国家级台风业务中心（中国、日本、JTWC和韩国）预报横向比较，JTWC24h、48h和72h平均距离误差中均为最小，分别为103．2km（204次），188．9km（162次）和336．1km（127次）。中央台在48h和72h路径预报平均距离误差均比日本（48h：215．7km，174次；72h：361．1km，135次）小，仅次于JTWC；24h路径预报平均距离误差略大于日本（108．0km，220次），小于韩国123．6km（207次）。

表1列出各家数值模式对2010年台风预报平均距离误差。24h和48h预报误差总平均分别为118．2km（971次）和226．7km（797次），与2009年的24h和48h平均预报距离误差水平（118．5km（482次）和225．4km（394次））相当。国内各家数值模式中，上海G-TCM模式24h预报平均距离误差最小（118．7km，206次），48h预报平均距离误差最小的是广州数值（220．1km，78次），北京数值在72h预报平均距离误差最小（393．1km，128次）。横向比较国内外各家数值模式预报，发现ECMWF（欧洲中心数值模式）在24h、48h和72h均为平均距离误差最小，分别为68．2km（83次）、134．1km（70次）和210．3km（52次）。24h、48h和72h的同样本比较显示（表略）：欧洲中心模式（ECMWF）分别比相应预报时效的北京数值模式平均距离误差小50．7km（81次）、87．0km（66次）和126．1km（47次）。日本数值模式不同时效路径预报的总平均距离误差也均小于国内各家数值模式结果，仅次于欧洲中心模式（ECMWF）。

（2）台风登陆点预报

2010年共有7个编号热带气旋登陆我国，其中2个登陆华南（1个登陆广东吴川，1个登陆海南三亚），5个登陆华东（全部均在福建登陆，但1011台风凡亚比为两次登陆，登陆点分别在台湾花莲和福建漳浦）。各方法的24h登陆点预报误差列于表3a～b（括号内为起报时间相对于台风登陆时间的提前时间（单位：h，下同）。可见，各方法对不同台风登陆点的预报误差从几千米到几百千米不等，国内综合预报大部分的平均登陆误差都小于100km，登陆时间的预报，普遍都比实况提前9～24h。国内各家综合预报方法中，中央台和上海台风所集成方法对于登陆点预报误差最小且正确预报登陆命中率最高，分别为49．4km和49．1km。从个例登陆情况看，国内各综合预报方法对1010台风凡亚比在台湾花莲的登陆预报比较成功，有多家方法预报误差小于10km。对于“凡亚比”在福建的登陆，各家主客观以及数值模式预报也较为精确，其中广东台误差点预报误差最小（4．9km）。北京数值和日本数值对于“凡亚比”登陆福建漳浦的预报在各家数值模式预报结果中误差较小，分别为15．4km和8．5km。

2010年台汛期，登陆预报误差最大的是对1002台风康森的预报。各家主客观方法对“康森”24h预报登陆误差在70～410km不等；对1008热带风暴南川的登陆情况也相对较差，大部分主客观方法都没有正确预报其登陆，仅有北京数值和上海G-TCM模式分别提前24h和18h正确预报南川登陆，登陆误差分别为162．3km和52．4km。

台风强度预报（1）平均强度误差

研究对于台风强度及强度误差相关计算主要采用近中心底层最大风速作为计算量。统计中央气象台综合预报方法、广西遗传神经方法、上海统计释用方法、偏最小二乘法和气候持续法对台风强度的预报平均绝对误差、预报趋势一致率和均方根误差，结果如表2所示。24h、48h和72h近中心最大风速预报的误差范围分别为3～6m·s－1、6～10m·s－1和6～10m·s－1。除去新投入业务运行的偏最小二乘法，中央台综合预报、广西遗传神经方法和上海统计释用3个强度预报方法24h和48h平均强度预报误差分别为5．32m·s－1和6．70m·s－1。而2008年24h和48h平均误差分别为4．6m·s－1和7．59m·s－1，2009年则分别为4．79m·s－1和6．64m·s－1。对比发现，2010年各种主客观方法24h和48h强度预报误差与前两年比水平相当。包括偏最小二乘法在内的4个强度预报方法2010年24h和48h的平均强度预报误差分别为5．64m·s－1和7．41m·s－1。

不同方法相比，24h平均强度误差最小的为中央台综合预报（4．44m·s－1，220次），48h平均强度预报误差较小的是广西遗传神经方法（5．17m·s－1，18次）。在同样本比较中，中央台综合方法24h平均强度预报误差比广西遗传神经方法大0．9m·s－1（25次），而48h平均强度预报误差中央台综合方法比广西遗传神经方法小0．3m·s－1（17次）。

（2）技巧水平

如表3所示，中央台的2010年台风强度预报对于各种客观方法有一定优势，其24h、48h和72h相对于气候持续法技巧分别为35．94（220次），46．93（173次）和44．52（127次）。广西遗传神经方法在24h和48h时效预报也具有较高的正预报技巧。表5给出了2009和2010年强度预报方法相对于气候持续法的技巧水平。统计显示：除上海统计释用方法在24h、48h和72h以及偏最小二乘法72h强度预报均为负技巧外，其他业务化的强度预报方法24h、48h和72h预报相对于气候持续法主要为正技巧。

研究结论通过对2010年台风路径和强度预报精度评定和分析，我们得到以下初步结论：

（1）国内各家综合预报24h、48h和72h平均距离误差为110．0km（1392次），210．6km（945次）和322．4km（364次），比2009年有一定减小；而国内数值预报方法不同时效的平均距离预报误差整体比各台站综合预报方法误差大。亚太地区4个国家级台风业务中心（中国、日本、JTWC和韩国）的预报横向比较：JTWC24h、48h和72h平均距离误差均为最小；中央台在48h和72h路径预报次之，平均距离误差均比日本综合预报小；24h平均路径预报误差略大于日本。

（2）整体而言，各家业务台综合方法对于台风登陆预报的24小时预报误差明显小于各家数值模式。中央台与JTWC综合预报对2010年8次台风登陆预报相对较好，且水平相当（分别为49．4km和47．5km）。数值模式登陆点平均预报误差较小的为日本数值模式（47．6km）而大多数的数值模式均在70～190km。这可能意味着阶段登陆预报更应偏重于各主要业务预报中心的综合预报经验，他们的预报表现证明对于24h以内台风登陆点的预报误差已经小于100km，登陆点预报时效也普遍在9～24h，具有较高的可信度。

（3）比较国内外各家数值模式预报，发现ECMWF（欧洲中心数值模式）在24h、48h和72h均为平均距离误差最小。24h，48h和72h时效的同样本比较显示：欧洲中心模式（ECMWF）分别比相应时效的北京数值平均距离误差小；日本数值模式24h、48h和72h平均距离误差也均小于国内各个数值模式。

（4）通过与ECMWF模式同样本分析，我国的各家模式与ECMWF模式更大的差距在移动方向误差方面。这可能意味着，一方面台风业务预报人员在借鉴国内外不同模式时，应该有所侧重；另外一方面，我国的台风数值模式相关开发人员可能更需要关注台风移动方向方面的改进。国内主要台风数值模式在较早时效预报时（12～24h阶段）相对于ECMWF模式落后的幅度更大；而随着预报时效的延长，ECMWF模式优势逐步减少，但仍有一定优势。1

西北太平洋台风生成频次与南极涛动的关系台风是非常重要的天气现象，对亚洲和太平洋区的很多国家和地区均有重要影响。回顾了有关台风活动气候问题的研究进展。很多研究都揭示了西北太平洋台风活动的频次、路经和ENSO的关系，并且提出了ENSO影响台风活动的一些机制，如纬向风的垂直切变、海表温度(SST)、瓦克(Walker)环流、西北太平洋季风槽等等。还揭示了热带风暴和台风活动与平流层准两年振荡的关系。

关于ENSO影响台风活动的研究，ENSO的暖位相时有更多的台风生成，然而这个结论和Landert的结论并不一致。另一方面，指出ENSO与西北太平洋的西北区和东南区热带风暴频次的关系并不一样。研究热带对纬向模(即南极涛动和北极涛动)的响应，并指出两个半球的纬向模都和另外一个半球的副热带和热带大气相联系。

既然AAO和热带大气环流有密切关系，那么AAO和台风活动到底是否有联系呢?因此，研究研究南极涛动和西北太平洋地区生成台风频数的关系问题。关于南极涛动有两种定义。这里我们用纬向平均的标准化海平面气压在40°S和60°S的差来定义。研究重点研究年际变化，因此在作相关分析中均扣除了线性趋势。

资料介绍本工作使用的台风资料来自美国联合台风监测中心(JTWC)(时间为1945～2004年)。海平面气压(SLP)资料是英国Hadley中心的5°×5°月平均资料(1871～1998年)。其他大气资料来自美国的国家环境预报中心和大气研究中一心(1949—1998年)，垂直方向有17层，水平分辨率为2.5°×2.5°，使用的资料时间段为1949～1998年。此外，我们还使用了NOAA分析的海表温度资料。

结果分析图1我们首先给出了6-9月份(JJAS)AAO和全年西北太平洋台风数(WNPTN)1945—1998年的时间序列(图1)。扣除线性趋势后1949～1998年期间两者的相关系数为-0.48(相关的显著性水平为99%)，如果用Thompson和Wallace的AAO指数来计算，则相关系数为-0.32(相关的显著性水平为95%)。我们使用的AAO指数和Thompson和Wallace定义的指数的相关系数为0.80，所以用两个指数均可以得到AAO和WNPTN的显著的反相关关系。很多工作都揭示了热带气旋活动和纬向风垂直切变幅度(MWS)的反相关关系，大的MWS可以阻止热带气旋的产生或者减弱热带气旋的强度甚至使热带气旋消亡。所以，我们就分析一下AAO和WNPTN分别和JJAS 150hPa和850hPa之间的MWS的相关分布(图2)，图2(b)显示WNPTN确实和145°E以东的热带西太平洋区(A区)的MWS反相关，在我国南海区(B区)也是反相关，而在C和D区则是正相关；而图2(a)给出的AAO和MWS的相关系数在A和B区则是正的，在C和D区是负的，这个分布特征几乎正好和图2(b)的相反。因此，图2很好地反映出了风切变所揭示的AAO和WNPTN的反相关关系。

为了进一步考察大气低层环流的变异和南极涛动的关系，我们又分析了925hPa涡度场。图3给出了南极涛动指数AAO以及西北太平洋台风数WNPTN和该涡度场的相关系数分布。可见，在赤道以北的西太平洋区，AAO和涡度的相关系数是负值，而在其以北地区基本上是正的相关系数。这样的分布特征和WNPTN与涡度场的相关系数分布特征几乎正好相反，即在赤道以北的西太平洋地区台风数和涡度是正相关关系，而在其以北地区是反相关关系。因此涡度场的相关分析进一步证实了AAO和WNPTN反相关关系的存在性。

海洋表面的温度是另外一个对于台风生成很重要的条件。暖的上层海洋可以为台风生成提供必要的“热机”。于是，我们分析了AAO和WNPTN分别和SST的相关分布(图4)。图4(b)是WNPTN和SST的相关分布，我们看到，在A区为正相关。而图2(a)的AAO和SST的相关分布在A区是负的相关系数。所以，两者正好相反。另外，AAO和WNPTN与SST的相关系数在B区和C区也是相反的。所以，当AAO处于正位相时，主要的台风生成区域的海温处于负异常状态，因而不利于台风生成。反之亦然。

下面，我们来分析一下热带太平洋区域对流层高层和低层风场的变化特征来讨论为什么AAO会和热带的大气环流变化相关联。我们选择了标准化AAO大于0.5的年份作为AAO的正异常组合，把AAO小于-0.5的年份作为负异常组合。为了把ENSO的可能影响排除，在作组合分析时，我们还分别扣去了ENSO年(1951，1953，1957，1963，1965，1972，1982，1987，1991，1997)和La Nina年(1954，1955，1956，1964，1970，1971，1973，1975，1988，1998)。图5给出了JJAS150hPa和850hPa风场的组合差值分布，结果表明，在热带西太平洋150hPa是异常气旋式环流，在850hPa是异常反气旋式环流，因而不利于对流活动的发展，从而也不利于台风的生成和发展。并且，阴影区显示的散度场的变化表明：高层是异常辐合流场，低层是异常辐散流场，这也同样不利于台风的生成和发展。

已经有研究结果说明AAO是通过经向的遥相关波列和热带大气环流联系起来的，正如图5所示，确实存在着经向的遥相关波列。另外，经向遥相关波列使得赤道西太平洋区的大气低层出现异常辐合而高层出现异常辐散流场，因而，对流活动异常加强。该赤道区对流的异常加强会通过准定常行星波(称为东亚波列，或者太平洋一日本波列)的传播导致西北太平洋相反的对流活动异常，进而影响台风活动。

研究结论研究了南极涛动和西北太平洋台风频次的关系，发现两者具有反相关关系。研究分析了产生这种关系的原因，结果表明，当AAO处于正位相时，纬向风切变幅度变大，海温变低，在对流层低层有异常反气旋式环流高层有异常气旋式环流存在，抑制对流活动的发展。这些变化都不利于台风的生成和发展。反过来，AAO处于负位相时则有利于台风的生成和发展。

研究还揭示，从南半球中高纬到赤道西太平洋区的遥相关波列可能是联系AAO和台风活动的一个关键纽带，它会使得赤道西太平洋区对流活动异常，进而影响到西北太平洋区的对流活动异常，从而影响台风活动。2

本词条内容贡献者为:

赵阳国 - 副教授 - 中国海洋大学