红外云顶亮温在西北太平洋热带气旋强度预报中的应用.pdf

红外云顶亮温在西北太平洋热带气旋强度 预报中的应用Ξ陈佩燕1 ,2 端义宏1 ,2 余 晖1 ,2 胡春梅31中国气象局上海台风研究所,上海,2000302中国气象局台风预报技术重点开放实验室,上海,2000303重庆市气象台,重庆,401147摘 要应用GMS25气象卫星红外云顶亮温(TBB)资料,分析西北太平洋的热带气旋( TC) TBB、TBB的对称和非对称分量与滞后0—48 h TC强度的相关关系发现,TC眼墙附近东南侧的TBB、 距TC中心半径0. 8° —1. 7° 范围内TBB对称分量和1—10波振幅之和与0—48 h的TC强度有很好的负相关关系,与滞后24 h的TC强度相关极值分别达到- 0. 52 , - 0. 59和- 0. 625考虑气候持续因子、 天气因子及TBB因子,针对1996—2002年西北太平洋远海区域(0° —50°N ,120° —155°E)热带风暴(TS)等级以上样本,建立12 ,24 h和48 h强度预报方程并进行独立样本检验结果表明,1. 0° —1. 5° 环域平均的TBB对12 h强度预报的方差贡献位居第4 ,TC东南侧TBB的平均值和1. 1° —1. 5° 范围TBB极大与极小值之差对24 h强度预报的方差贡献分列第3和第5位。

考虑TBB因子的回归方程对TS和强热带风暴(STS)的强度预报能力有较大提高,对12 h内强度减弱15 m/ s以上TC的12 h预报、 强度稳定TC的24 h预报和强度48 h增强10 m/ s以上TC的48 h预报均有所改善关键词:红外云顶亮温,非对称结构,热带气旋,强度预报1 引 言现阶段,对于热带气旋(TC)强度预报缺少有效 的客观方法应用最早和最为广泛的是根据可见光和红外云图上TC云型和云系特征来估计及预报TC强度的Dvorak技术,在改进的客观Dvorak技术 中[1],用TBB(TBB)资料确定TC中心的位置、 眼和周边的温度,并估计TC参数指数DeMaria和Ka2plan[224]用逐步回归方法建立了大西洋TC强度统 计预报模式(SHIPS) ,该模式引入了从GOES28红 外4通道资料挑选的两个预报因子:200 km范围内TBB 32. 6 m/ s)Fig.2 Sample sizes for different intensity categories(TD:vmax 32. 7 m/ s)文中进行TC强度与TBB、TBB对称及非对称 分量的相关分析时,采用随TC移动的坐标,以TC 中心为极坐标原点,求半径为r处的切向平均即得 到该半径的TBB对称分量(以下简称Symtbb)。

根 据所用资料的分辨率,取Δr= 0. 1°,最大半径取为5°,即只讨论距TC中心5° 范围内的结果原始场 与Symtbb之差即为TBB非对称场 进行谐波分析时,在半径r处,从正东方向开 始,沿逆时针方向每5° 取1点,共72个点组成一个 序列作傅立叶分解,讨论1—10波振幅与同时及未来TC强度的相关关系 文中时间均为世界时3 TBB与TC强度的总体相关特征虽然不少学者对TBB与TC强度的相关关系做过详细的分析与讨论[427],但由于所用资料长度、 分辨率及样本等的不同,本文仍首先讨论两者之间 的总体相关性 图3a是TC强度与TBB同时相关的相关系数 分布由图可见,TC强度与大部分区域的TBB为负相关关系,TBB值越低,代表TC对流越深厚,TC 也就越强负相关极值( - 0. 477)位于TC东南象 限离中心约1° 处TC中心为正相关这表明,中 心点温度越高,TC强度越强一般来说,当TC较 强时,其眼区是晴空区,TBB值较高,而当TC较弱时,没有明显的眼区或眼区下沉气流弱,中心TBB 值也就较低类似地,统计分析了TBB与滞后6 ,12 ,18 ,24 ,36 ,48 h TC强度的相关,相关系数分布基本与同时 相关一致。

图3b和3c为TBB与滞后24 ,48 h TC强度的相关系数分布,可见,随滞后时间延长,负相 关显著区明显南缩西扩相关极值所在方位略向顺 时针方向移动当滞后时间为48 h时,北侧离TC 中心约2° 以外区域的TBB值与TC强度已经没有 什么显著的相关性此外, TC中心以南的负相关显著区明显向西侧扩展TC中心TBB值(简称TBBc)与TC强度的相关系数随滞后时间延长而逐 渐减小其与滞后18—30 h的TC强度没有什么 相关性,与36 h后的强度则有一定的负相关关系不同滞后时间的样本量、 负相关极值及其离TC中心的距离列于表1 ,从负相关极值看,TC强度与前18 h东南象限的TBB负相关关系最好,达到- 0.53 ,5744期 陈佩燕等:红外云顶亮温在西北太平洋热带气旋强度预报中的应用 图3 TC强度与TBB的相关场(a.同时相关,b.强度滞后24 h ,c.强度滞后48 h;区域中心为TC中心纵横坐标为离TC中心点的经纬度;等值线为相关系数,间隔为0. 05 ,阴影区为通过置信度为99 %的信度检验)Fig. 3 Correlations of tropical cyclone intensity and its ambient equivalent black body temperature (TBB)in the northwest Pacific (The panel center is located at the center of TC , and shadings indicate the correlationcoefficients(intervals: 0. 05) significant at the 0. 01 confidence level ; a. lag20 ; b. lag224 h; c. lag248 h)表1 TBB与滞后0—48 h的TC强度相关的样本数、 负相关系数极值及其离TC中心的距离Table 1 Sample size and extremum of the negative correlation of TBB and the TC intensity at varioustime lag of 0—48 h , and the distance of extremum point to TC center滞后时间(h)00061218243648样本数(个)2255221021582107205519551838 负相关极值- 0. 48- 0. 51- 0. 52- 0. 53- 0. 52- 0. 47- 0. 38 离TC中心距离(°)1. 101. 101. 031. 051. 011. 000. 89此时负相关极值位置离TC中心也最远(1. 05°)。

在18 h内,相关极值有增大趋势,从- 0. 477增大到- 0. 53 ,其后略有缩小,至第48小时,相关系数极值 减小为- 0. 38 ,不过仍通过99 %信度检验以上分析表明,研究区域内的TBB值与滞后0—48 h的TC强度以显著的负相关关系为主,尤以 东南象限离TC中心约1° 附近区域最为明显这种TBB与TC强度的时滞相关性意味着TBB隐含了TC强度变化的信息4 TBB对称分量与TC强度的相关特征用前面介绍的方法计算得到Symtbb该量在 一定程度上代表了各半径处的平均对流情况Symtbb和滞后0—48 h TC强度相关的样本数与表1所列相同图4表明,除TC中心附近外,各半径 处的Symtbb与TC强度均为负相关关系,即平均对 流越强, TC也就越强离TC中心约1° —1. 5° 的Symtbb与TC强度相关最好以该半径为中心,相 关关系向两侧逐渐减弱从滞后相关来看,Symtbb与滞后24 h的TC强度负相关关系最好,极值达- 0. 59(表2) ,与滞后48 h TC强度的负相关系数 也达到了- 0. 49图4 Symtbb与滞后0—48 h的TC强度的相关 系数(当样本数为1800时,信度达99 %显著性检验的相关系数临界值为0. 06)Fig. 4 Correlation coefficient between Symtbb(thetangential mean value of TBB at radiusr)and theTC intensity at various time lag of 0—48 h(As the sample size is 1800 , the critical value of the correlationcoefficient passing the 99 % significance level is above 0.06)674气 象 学 报 64卷 表2 Symtbb与滞后0—48 hTC强度相关的负相关系数极值及其离TC中心的距离Table 2 Extremums of the negative correlation coefficients between Symtbb and the TC intensity at various timelag of 0—48 h , and the distance of extremum point to TC center滞后时间(h)00061218243648负相关极值- 0. 45- 0. 51- 0. 55- 0. 58- 0. 59- 0. 56- 0. 49 离TC中心距离(°)1. 401. 351. 351. 351. 351. 251. 15Gentry[5]建立的TC强度预报方程中用到了111—333 km平均的TBB值,王瑾等[7]建立的TC 强度客观估计算式则用到了120和150 km平均的TBB值。

这些结果与本文的分析结果基本一致在滞后时间上,Gentry[5]认为TBB提前TC强度变 化约24—36 h ,与本文得到的Symtbb与滞后24—30 h的TC强度相关较好的结果也是一致的 由此可见Symtbb对未来48 h以内的TC强度变 化有一定指示意义TBB的切向平均值在一定程度 上代表了TC在该半径处的平均对流情况,而距中心 约1° —1.5° 范围基本上是TC眼墙所处位置这意味 着眼墙对流越强,当前和未来的TC也就越强5 TBB非对称分量与TC强度的相关关系由谐波分析得到的各个波动分量的振幅在一定 意义上代表了TC非对称波动的强度波动振幅与TC强度的相关关系可反映TC非对称程度与TC 强度的关系分析1—10波各个波数分量及1—2 ,1—3 ,1—10波振幅之和与同时及未来TC强度的相关关系发现,1—10波振幅之和(简称SA10)与TC强度相关性最好,因此本节将仅给出SA10与滞后0—48 h TC强度的相关分析结果SA10和滞后0—48 h TC强度相关分析的样本 数也与表1一致由图5可见,离TC中心约0. 2° 以内的SA10与TC强度为正相关关系,且离TC中心越近,正相关关系越好,正相关极植均出现在TC 中心附近。

在18 h内,TC中心附近的正相关性相 当,相关系数极值为0. 36—0. 38(表3)24 h后,正 相关性明显减小,至48 h极值仅为0. 14图5 SA10与滞后0—48 h TC强度的相关系数分布Fig.5 Correlations between SA10(the sumof the amplitudeof tangential 1 - 10 waves (SA10) of the TBB at radiusr)and the TC intensity at various time lag of 0 - 48 h表3 SA10与滞后0—48 h TC强度的相关系数极值及其离TC中心的距离Table 3 Extremums of th。