引言

2011年，西北太平洋及南海海域共生成21个风暴及以上等级的热带气旋(以下简称TC)，比常年偏少，但影响我国的TC频数偏多、登陆比例偏高。其中，登陆我国的TC有7个(登陆华南5个，华东2个)，接近常年平均。有3个TC两次登陆，包括1104号热带风暴海马在广东登陆两次、1111号超强台风南玛都在台湾和福建各登陆一次、1117号强台风纳沙在海南和广东各登陆一次。

目前，可供台风实际业务预报参考的主客观预报方法众多，但是由于各方法的分析手段及技术水平的差异，不同方法对于不同类型、不同区域或不同季节台风的预报能力会有所不同^[1-6]。本文依据《台风业务和服务规定》^[7]中相关的客观评估办法，对2011年主客观业务方法进行定位、路径预报和强度预报的误差分析。特别地，对全球参加观测系统研究和可预报性试验(The Observing System Research and Predictability Experiment, THORPEX)的交互式全球集合(THORPEX Interactive Grand Global Ensemble, TIGGE)资料中的热带气旋资料交换的集合预报系统的路径预报能力进行了分析，以供业务预报参考。

1 资料和方法

本文所进行的定位、路径和强度检验所参考的基础值是中国气象局上海台风研究所(CMA-STI)整编的台风最佳路径数据集^[8]，该数据集包括6小时间隔的TC最佳路径和强度记录[热带气旋强度包含有近中心附近最大(距地面10 m高度处)风速和中心最低(海平面)气压]。参加评定的各定位和确定性预报方法(表 1)数据取自CMA-STI实时业务资料库，包括6个定位方法、26个路径预报方法(13个综合预报方法、3个客观预报方法和10个数值预报方法)、19个强度预报方法(6个综合预报方法、4个客观预报方法和9个数值预报方法)。TC路径集合预报方法数据取自TIGGE热带气旋资料交换网^[9]，各方法名称、成员数、预报时效和预报间隔时间等详见表 2。

2 热带气旋定位精度评定

统计中央气象台(简称中央台)、日本气象厅(简称日本)、美国联合台风警报中心(简称JTWC)和韩国气象厅(简称韩国)的主观实时定位及北京、日本卫星实时定位的平均距离误差(表 3)。结果显示，6种方法总体平均定位误差为24.9 km，较2010年(平均误差19.8 km)略有偏大。其中，日本卫星的平均定位误差最小，为17.0 km，中央台误差次之，为20.7 km。2011年各方法定位误差与2009和2010年相比，除日本卫星误差较好于往年(2010年为20.7 km^[1]和2009年为15.7 km^[2])以外，其他方法的定位精度均有所降低，主要原因一方面与2011年强度较弱、定位难的TC个数占全年总TC个数的比例较高有关，另一方面与2011年某些TC生成初期定位误差较大(如1105号米雷和1112号塔拉斯)有关。

3 热带气旋路径预报精度评定 3.1 平均距离误差

各综合预报方法的TC平均距离误差列于表 4a。可见，2011年国内综合预报方法24 h平均距离误差均小于145 km，48 h不超过280 km，72 h预报的平均距离误差在260~340 km之间。2011年国内各综合预报方法24、48和72 h预报总体平均距离误差分别为112.6 km(1008次)、209.7 km(804次)和333.6 km(576次)，其中24和48 h预报的平均距离误差与2010年相当，但72 h预报的平均距离误差比2010年略偏高(2010年国内各综合预报方法24、48和72 h预报的平均距离误差分别为110.0、210.6和322.4 km)。2011年中央台的24、48和72 h预报的平均距离误差分别为122.3 km(439次)、199.5 km(358次)和289.3 km(283次)，与2010年相比(分别为113.0、209.3和340.7 km)，24 h平均距离误差略有增加，48 h平均距离误差略有减小，而72 h平均距离误差则大幅减小。

2011年国内各数值预报方法(见表 4b)24、48和72 h预报的总体平均距离误差分别为121.4 km(1310次)、220.1 km(1097次)和380.5 km(834次)，均比2010年(132.9、253.8和429.0 km)要小。国内各数值模式中24、48和72 h平均距离误差最小的均为广州数值，分别为99.0 km(195次)、186.3 km(149次)和325.3 km(109次)。国外各数值模式中，日本数值24、48和72 h平均距离误差分别为119.6 km(458次)、201.9 km(382次)和292.0 km(304次)，而欧洲中心数值模式24、48和72 h平均距离误差更是达到了63.1、127.4和208.6 km。广州数值与日本数值及欧洲中心数值的24、48和72 h预报的同样本比较显示(表略)：日本数值分别比相应预报时效的广州数值模式平均距离误差小12.0 km(165次)、15.9 km(127次)、和69.1 km(92次)；而欧洲中心数值模式比相应预报时效的广州数值模式平均距离误差小36.1 km(125次)、76.1 km(96次)和160.9 km(69次)。此外，在参加评定的三个客观方法中，上海集成方法在24和48 h预报中的平均距离误差最小。

3.2 登陆点预报

2011年共有7个编号热带气旋登陆我国，其中5个登陆华南、2个登陆华东(表 5)。各综合预报方法24 h登陆点预报误差列于表 5。国内各主观方法24 h登陆点预报误差基本在120 km以下，其中中央台准确地预报出1117号纳沙(第一次登陆)和1119号尼格的登陆点。从国内各主观方法的登陆命中率(即某方法正确预报TC登陆次数除以TC总的登陆次数再乘以100%)上看，中央台和广东台均达到了90%，两家预报的TC平均登陆点预报误差分别为39.7和75.9 km。比较四大国家级台风业务中心登陆点预报误差发现，日本气象厅、JTWC、韩国气象厅的登陆命中率分别为70%、60%和70%，登陆点预报误差分别为59.9、56.2和73.0 km，登陆命中率和登陆误差均比中央台要差。

2011年7个登陆TC中，国内各综合方法对1103号热带风暴莎莉嘉在广东汕头的登陆点预报比较成功，几家综合预报方法都提前23小时左右预报出了“莎莉嘉”在广东汕头登陆，且登陆误差均未超过55 km。国内外各方法对“海马”第二次在广东吴川的登陆预报较差，误差在55~240 km不等，而对于1105号强热带风暴米雷未能提前24 h预报登陆或登陆前24 h内无预报结果。

4 热带气旋强度预报精度评定

本文所涉及的台风强度均为近中心底层最大风速。统计各综合、客观和数值预报方法的平均绝对误差、预报趋势一致率和均方根误差(表 6a和6b)后可见，综合和客观预报方法24、48和72 h预报的平均误差范围分别为3~5、5~9和7~12 m·s^-1, 四个国家级台风业务中心表现最好的是日本气象厅，平均误差分别为3.9、6.4和6.9 m·s^-1，广西遗传神经24和48 h强度预报误差分别为3.5和5.3 m·s^-1，不仅优于其他客观预报方法，其误差甚至小于主观预报方法。

数值模式24、48和72 h的平均误差范围分别为5~15、8~17和9~17 m·s^-1。不同的数值模式方法对比后可知，24 h平均预报误差最小的是日本集合，误差为4.8 m·s^-1，48 h平均强度预报误差最小的是广州数值，误差为7.8 m·s^-1，而上海台风模式以9.6 m·s^-1的误差成为72 h平均强度预报误差最小的数值模式。显然，从平均误差上看数值模式强度预报水平与主观和客观预报还具有一定的差距。

5 集合预报路径精度评定 5.1 平均距离误差

台风集合预报技术作为减小台风预报初始条件不确定性和模式本身不确定性对数值预报结果的影响的有效方法，近年来在台风路径和强度预报上也有了长足的发展。在此对TIGGE网站上参加TC集合预报资料交换的集合预报方法进行距离误差精度评定。如表 2所示，各集合预报方法在集合成员数、预报台风个数、预报时效及预报间隔上均存在一定的差异，尤其是预报时效，从120到360 h不等，本文只选取前120 h(间隔12 h)的预报结果进行距离误差评定。图 1是2011年各集合预报方法12~120 h平均距离误差图。从图 1中可以发现，欧洲中心集合预报系统除了12和24 h集合平均预报误差达到82.8和111.9 km略逊于NCEP集合预报(68.5和108.8 km)以外，剩下的各时次平均预报误差(36~120 h误差分别为144.4、184.0、229.3、273.8、322.6、382.8、452.9和523.8 km)均小于其余6个集合预报系统。NCEP集合预报系统36~120 h集合平均预报误差分别为151.0、197.5、250.6、304.9、363.2、434.2、498.3和586.5 km，略高于欧洲中心集合预报的误差水平。国家气象中心集合预报系统集合平均预报误差水平处于中游水平，72 h以内的中短期平均预报误差略高于日本一周天气集合预报系统，84~120 h的中长期平均预报误差与日本一周天气集合持平或略优于它，而总体上要优于日本台风集合系统。加拿大集合预报系统各时次的距离预报误差在所有参加评定的集合预报系统中均为最大。

5.2 集合预报路径预报误差特点分析

中央台、日本气象厅和JTWC三家国家级台风业务中心作为发布西北太平洋台风路径和强度预报的主要机构，其预报结果和效果备受广大科技和业务人员关注。同时，通过第3节关于距离误差的相关分析，发现欧洲中心数值模式在各预报时效内误差表现均优于国内外各数值模式。对各集合预报系统与中央台、日本气象厅和JTWC三家主观预报结果及国内外数值预报方法中预报效果最好的欧洲中心数值模式进行同样本比较分析，以期对国内外各集合预报系统的预报能力有更进一步的认识。

图 2~4分别是7个集合预报系统与中央台、JTWC和日本气象厅主观预报不同时次的同样本误差相对差异的箱线图。误差相对差异的定义是：

ΔE=E_eps(x)-E_sub

式中，E_sub表示某种主观预报方法的路径预报误差，E_eps(x)表示某个集合预报第x个成员与E_sub对应的同样本的路径预报误差，则ΔE则为集合预报与主观预报同样本误差相对差异。从上述公式的定义中不难发现，当ΔE＞0时，表明某个集合预报的集合成员预报误差要大于主观预报，ΔE越大，说明该集合成员预报表现越逊于主观预报；反之亦然。

从各集合预报系统各预报时次与中央台主观预报的同样本误差比较中可以看发现(图 2)，美国国家环境预报中心(NCEP)和欧洲中心集合预报系统各个时效与中央台主观预报相比的相对差异的中位数均小于零，其中欧洲中心集合预报系统各预报时效误差相对差异的中位数数值在-50~-20 km之间，而NCEP集合预报96和120 h预报误差相对差异的中位数达到了-59.5和-65.3 km。欧洲中心集合系统在24、48和72 h以及NCEP集合在72 h预报上的同样本误差相对于日本气象厅主观预报也具有一定的优势(图 3)；与JTWC主观预报相比，只有NCEP集合24 h预报及欧洲中心集合24和48 h预报占据一定优势(图 4)。其余5个集合预报系统相对于三家主观预报均无明显优势。上述结果表明，NCEP和欧洲中心集合预报系统在某些时效的路径预报水平已经接近甚至超过主观路径预报水平。

欧洲中心数值模式与各集合预报结果进行同样本比较后可以发现(图 5)，各集合预报与其24 h预报结果相比，相对误差差异中位数数值在30~70 km之间，48和72 h达到40~150 km和50~220 km。可见，集合预报系统与欧洲中心数值模式的确定性预报相比还是有一定差距。

集合预报的一大特点就是能够利用各集合成员不同的初始扰动和物理方案，充分考虑各种不确定性来预测台风未来可能的移动路径。将集合预报与主观预报和数值预报进行同样本比较，考虑的是集合预报整体的预报水平与主观和数值预报之间的差异，当然，这样的同样本分析的目的不是为了说明集合预报与主观和数值预报之间孰优孰劣，只是想展现世界先进的台风集合预报系统的发展程度，为预报员更好地利用台风集合预报系统提供参考。

6 结语

本文通过对2011年西北太平洋台风定位、路径和强度预报精度评定和分析，得到以下结论：

(1)6种定位方法总体平均定位误差为24.9 km，较2010年(平均误差19.8 km)略有偏大，其中，日本卫星的平均定位误差最小，为17.0 km，中央台误差次之，为20.7 km。

(2) 国内各综合预报方法24、48和72 h预报的总体平均距离误差分别为112.6、209.7和333.6 km，24和48 h预报的平均距离误差与2010年相当，但72 h预报的平均距离误差比2010年略偏高。国内各数值方法24、48和72 h预报的总体平均距离误差分别为121.4、220.1和380.5 km，均比2010年的预报总体平均距离误差要小，表现最好的是广州数值，其24、48和72 h平均距离误差分别为99.0、186.3和325.3 km，但与欧洲中心数值模式相比(63.1、127.4和208.6 km)还具有一定的差距。

(3) 四个国家级台风业务中心在台风强度预报中表现最好的是日本气象厅，平均误差分别为3.9、6.4和6.9 m·s^-1。广西遗传神经24和48 h强度预报误差分别为3.5和5.3 m·s^-1，在各客观预报方法中表现最好。数值模式强度预报水平与主观和客观预报还具有一定的差距，其24、48和72 h近中心底层最大风速预报的平均误差范围分别为5~15、8~17和9~17 m·s^-1，且与气候持续法相比，均表现为负技巧水平。

(4) 参加评定的集合预报系统的路径预报平均误差结果显示，整体表现最好的是欧洲中心集合预报系统，其次是NCEP集合系统，国家气象中心集合预报系统处于中游水平，预报水平介于日本一周天气集合和日本台风集合之间。通过与中央台、日本气象厅和JTWC三家主观预报同样本比较后表明，欧洲中心和NCEP集合预报系统在某些时效的路径预报水平已经接近甚至超过主观预报水平。

致谢：余晖研究员，张维、陈佩燕、占瑞芬副研究员为本文提供部分资料和计算帮助，特此感谢！