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热带气旋风场预报的改进

陈晛

南京信息工程大学地理与遥感学院，江苏 南京 21004

摘要:本文提出了两种典型的热带气旋，即对风场预报的改进研究，凡亚比和柳桉，发生在2010。三个现有模型的性能对龙卷风风场的回报是第一次检查，然后两种改性方法提出了改进后报结果。第一个是叠加的方法，即超操作系统的风场，从交叉校准的多平台得到了参数的气旋模型计算（CCMP）再分析资料。用于叠加的半径是基于风场最小差分分析。另一种是直接修改的方法，直接修改CCMP再分析资料，根据测得的比最大风速的分析价值以及从气旋中心的距离。使用这两种方法，对再分析资料强风低估的问题是可以克服的。这两种方法都显示在热带气旋风场的回报相当大的改进，与台风风场模型和再分析资料。

关键词：热带气旋台风风场模型；参数；CCMP风场预报的再分析数据

1.绪论

一个热带气旋（通常称为西太平洋台风，在东太平洋和大西洋的飓风）可能导致严重的风暴潮和强波和构成GRE威胁到沿海地区。热带气旋风场的准确的回报是很重要的，减少和防止海岸灾害，例如，通过海堤系统评估波条件的评价，以及对未来气旋的保护策略的优化。世纪60年代（杰氏，1965，1966；罗素，1968），已被广泛应用于热带气旋的风场，由于它的简单性和准确性后报（杜布等人。，1985；基尼系数和sutyrin，1995；Lee，2008）。不同的准度量台风风场模型已被提出和使用世界各地的热带气旋的回报。三热带气旋模式特别提出的是，杰氏（1966），荷兰（1980），和纳夫等人。（2007），分别已被普遍使用于已发表的研究中。荷兰（1980）模型，强烈推荐通过先进的循环（ADCIRC）模型研究组（例如，锄et al.，2006）。纳夫等人的。（2007）模型，也称为D09模型（DeMaria et al.，2009），并成功地应用在许多旋风事件后报（Pande et al.，2002；锄et al.，2006；谢et al.，2006；锄和福布斯，2008；DeMaria et al.，2009；桑普森等，2013）。在这些模型中，类风湿关节炎最大风速半径，从而控制热带眼直径旋风，被认为是一个关键因素，在确定后铸造的风场。它可以通过一些经验公式估算（Graham和纳恩纳夫等人，1959。，2007）或通过几个特征风速（谢等人，2006，高等人，2013）的半径。虽然气旋风场模型可以再现的风场中的中心区域的热带旋风，模拟风场的气旋从更远的距离不够准确，因为控制风场远离旋风可能是其他一些磨损的主要因素有系统，而不是热带气旋。

长期再分析风获得的数据从数据同化模型也被广泛用于风场后报由于其可达性和准确性好。提供的数据由美国国家环境预报中心（NCEP），欧洲中期天气预报中心（ECMWF），和交叉校准的多平台（CCMP）是最常用的三维再分析资料。这些数据已被广泛用于解决海洋和海岸后报的问题（例如，Brenner et al.，2007；路uml;et al.，2014；moeini et al.，2010；吴和蒋，2007）。然而，预—以往的研究表明，在从分析得到的热带气旋中心风速数据通常低于实际值（卡瓦列瑞和炭疽，2006；薛尼尔et al.，2005），使用前需要和修正。在本文中，提出了热带气旋风场后报的一些改进。三常用的台风风场模型，提出由杰氏（1966），荷兰（1980），和KNAFF等人。（2007），分别是第一个在这项研究中使用的计算两个典型的热带气旋，即凡亚比和柳桉，发生在2010。性能对旋流风倒推三模型的性能字段进行比较和讨论。作为热带气旋模型和再分析资料都有其自身的局限性，即热带气旋模式不能再现特征远离热带气旋中心的风场再分析数据往往低估了大风，两莫迪提出了提高高空风场的精度验证方法。一个是叠加的方法，它将从热带气旋的风场计算再分析资料的模型，另一方面是直接的直接修改再分析的修正方法风速在热带气旋中心附近，有一个放大系数随测量的比率而变化。

2.热带气旋的回报现有模型

2.1参数化风场模型

在经典的参数台风风场模型，被认为是由两种不同组分的风暴，移动部件和旋转部件。移动组件是三维UE的热带气旋中心移动，和旋转部件的平衡是由于气压梯度力的重要性，科里奥利力、离心力和摩擦力。下面的章节中描述了细节，2节介绍了旋流风场后报现有模型。第3节给出了一个简要说明所研究的区域和选定的热带气旋。第4节介绍后铸造结果使用不同型号或不同方法对热带气旋的最大风速半径计算。5节提出了热带C后报两种改性方法yclone风场。第6节总结论文。

2.2选择热带气旋

研究区位于中国福建省台湾海峡沿岸，如图1所示。热带气旋经常受到该地区的影响。风在一个观测站测量的速度，在2501003600n和11902105400e。典型的热带气旋，即凡亚比和柳桉，发生在2010，选择。是一个典型的超级台风凡亚比VR比较大的值（最大VR是52米/秒）。它在9月15日成为一个热带风暴，2010、增强为2010年9月18日超强台风。是一个典型的台风莫兰蒂相对地小的VR值（最大容积为35米/秒）。它成为一个热带低气压，九月记得8，2010和2010年9月10日增强为台风。这2个热带气旋的足迹如图1所示。

3.现有方法的性能比较

现有的参数化模型的性能与热带气旋的最大风速半径计算方法的性能进行比较，通过实验的方法生产测量风速的观测站。

3.1不同的热带气旋模式

对高空风速不同热带气旋模型得到的时间序列进行比较的第一。计算公式是运动部件的风场（5）和T的风场他旋转构件的计算公式。（6）、（7）和（9），从杰氏（1966）荷兰（1980）的模型，模型，和纳夫等人。（2007）模型，分别地。风速计算的智慧不同的模型和测量数据在凡亚比和莫兰蒂观测站绘制在图2（a）和图2（b），分别。均方根误差（RMSE）风速值为荷兰（1980）的模型，纳夫等人。（2007）模型，和杰氏（1966）图2的模型（一）4.402，3.607，和4.111米/秒。

图1气旋中心的轨迹和柳桉凡亚比

图2对高空风速不同热带气旋模型和实测数据的时间序列的两个热带气旋

在图2中可以看到，当热带气旋中心远离观测站，从纳夫等人得到的风速。（2007）模型往往要高于从OB了荷兰（1980）和杰氏（1966）模型，特别是在前一天的峰值风速。然而，在最大风速的不同模型之间的差异相当小（LAR最大的区别是只有1.67米/秒），表明不同的热带气旋模型可能显示最大风速后报相似的性能。

3.2最大风半径计算的不同方法

一般有2种不同的方法计算最大风速半径。一种是基于纳夫等人的方程。（2007），另一种是基于蛮力行进法谢等人提出。（2006）。为了验证这两种方法之间的差异，公式（5）和式（7）计算移动及转动的组分，分别，但半径的最大风速计算相关的纳夫等人。（2007）方法和谢等。（2006）方法。图3（1）和图3（2）显示观测站的计算风速对于凡亚比和柳桉，随着比较实测数据。对谢等人风速的RMSE值。（2006）和纳夫等人。（2007）图3的方法（一）分别为6.173和4.402米/秒。

图3比较hindcasted风速采用不同的方法对最大风速半径计算和实测数据两个热带气旋

在图3中可以看到，不同方法计算的最大风速半径具有更重要的影响比在不同参数的气旋模型对风SP的峰值火工品。由于热带气旋眼直径，这是由最大风速半径确定，控制高速风表，它是RAD的不同价值观的理解在最大风速会对高空风速影响显著。相反，在纳夫等人。（2007）方法进行更好的凡亚比的一个相当大的最大的VR，和谢等人。（2006）方法进行更好的柳桉具有相对小的最大容积。其他热带气旋2010后报产生相似的结果（虽然这里没有显示），和AP梨表明纳夫等人。（2007）当最大的虚拟现实是大的时候，应该使用的方法，而谢等人。（2006）当最大的虚拟现实是小的时候，应使用方法。显然，进一步的研究有必要确认这些发现。

4.在后报风场对热带气旋的改进

如上所述，参数化的热带气旋模型一般具有较高的精度，在再现的风场附近的气旋中心。然而，错误增加的距离从yclone中心。不像热带气旋模型，再分析数据表现不佳在再现，减少风速在气旋中心但更好远离气旋中心的地区。在这一部分，提出了完善后报结果热带气旋的风场的方法有两种。第一个，超级位置方法，是一个组合使用的参数的热带气旋模型结果和再分析资料。该方法使用的两组数据的更好的一部分。第二，直接改离子法，是一种基于旋风路径的再分析资料的修正。的叠加方法是一个优化的组合的数据，从两种方法，因此它被认为是一般表现良好。

4.1叠加法

由于参数的热带气旋模式和再分析数据之间的差异，更好的性能，这是合理的考虑风场从肾了分析数据为背景和苏目的台风中心附近区域内的背景参数的热带气旋产生的风场模型。图4（a）显示了一个示例的风场在00:00的时刻2010年9月20日，凡亚比台风期间，与荷兰（1980）的计算模型，与图4（b）显示风场在同一时刻，由CCMP再分析数据得出，其中V是计算风速，和长度和箭头标题显示风速度反应的大小和二，分别y的计算域扩展到280n从1150e到180N 1250e，在这里，在本文的其余部分。值得注意的是，在分析数据的旋风的中心点，作为个人出B在图4（b），不符合的气旋模式之一，如图4所示（一）。因此，再分析风场的偏移需要在叠加之前进行。为了使换档平稳，一个椭圆形的绘制，与2个病灶位于没有一个和乙的旋风中心，和与半长轴和线性偏心率之间的差异是一个给定的移位半径，即，Cfrac14;RS正如图5所示（一）。在这项研究中的价值被设置为30经验。椭圆表示移位地区。对于一个给定的位置P场移位后，原有位置P0在椭圆寻求在P0原风矢量被后移风矢量在P.这样做，该线路的扩展线和延伸线的交叉点和椭圆被发现。然后，一条直线平行的线从头画通过P的交叉点L和BC是原位置P0，我们寻求。图5（一）提供了该场位移示意图。图5（二）显示的是移再分析风场的一个例子，那里的红色椭圆域是转移区域，箭头表示原始每一个移动点的位置，箭头的长度表示每个点的移动距离。这场转变之后，我们需要找到一个最佳的半径ROP，在此基础上叠加了。然而，一个突然的数据交换会导致不连续的在Rfrac14;ROP的风场，因此之间的平滑过渡来自参数热带气旋模型和再分析资料。

图4荷兰（1980）模型风场比较 图5再分析风场的场移

作为从反方向的热带气旋中心的距离变化的热带气旋模型的精度和再分析数据，如图6所示，我们可以定义优化的基我们钻进在该半径的热带气旋模式和再分析数据具有相同的精度量级。为了确定ROP的价值，一系列的同心环的第一定义同时围绕热带气旋中心，如图7（a）（其中Ri是第i个同心圆环，半径和DR是每个环的宽度），然后平均差D之间从热带气旋模型中获得的风场和每个环的再分析资料计算出的最小差异。平均差地对应第i个同心环C计算为其中Ni是第i个同心环的网格点的数目，和vmodij和vreaij在第i个同心环两网格点的风速从热带气旋模型再分析资料。

图6 优化半径ROP用于对数据再分析热带气旋模型数据叠加

图7 热带气旋模式数据叠加对热带气旋再分析资料的风速提高

从荷兰的hindcasted结果值（1980）的模型，再分析数据，与图10中的叠加法（B）是6.684，6.601，和5.334米/秒，分别计算（从00:002010年9月10日9月9日23:00）。虽然凡那比的RMSE值一般是不显着的改善，我们可以看到在最大风速的回报明显改善，为图10（一）。

4.2直接修改法

虽然叠加的方法表现出的峰值风速的回报相当完善的热带气旋，有时存在的hindcasted豌豆之间的时间差风的速度和测量的一个，如图10所示（一），这可以归因于参数热带气旋模型本身的计算误差。同时，再分析风资料LY在估计热带气旋的风速较大，但在许多情况下，他们有更好的表现，在最大风速出现时间倒推。基于这一站，一初步提出的再分析资料的直接修改，它可以被数字表示为在vfix是修改后的风速，vr0是最大风速在气旋风场再分析资料得到的，和罗·兰德是修改后的规模的半径，这就等于6rmax在这项研究中。

使用这种方法，从两个热带气旋CCMP再分析资料进行修改。如图11所示，直接修改方法显示了相当大的改进，特别是在峰值风速度。对于凡亚比，直接修改方法执行比叠加方法更好。风速从荷兰得到的RMSE值（1980）的模型，再分析数据，与直接修改图11中的分类方法（一）4.402，3.728，和1.989米/秒，分别为（计算从00:00 9月18日23:00 2010年9月20日）。风速的均方根值从荷兰（1980）模型，再分析资料，和图11（乙）的直接修改方法是6.684，6.601，和5.536米/秒，分别计算从9月9日00:00（2010年9月10日23:00）。的RMSE值的比较表明，直接修改方法优于热带气旋模式和再分析数据。应该提到的是，如果再分析资料是无法捕捉到热带气旋，这往往是小台风的情况下，改进的直接修改方法将是有限。因此，在使用直接修改方法之前，我们要确保热带气旋的再分析数据捕获。

5.结论

在本文中，通过对两个典型的热带气旋风场的回报，对于半径计算不同热带气旋模型和方法的性能检查最大风。两种改性方法，叠加法和直接修改的方法，提出了提高热带气旋风场的回报。这个得出以下结论：

1. 不同的热带气旋模式对该高空最大风速相对较小。然而，最大风速半径对后报结果的影响更为

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