基于ec/jma全球格點預(yù)報資料的臺風(fēng)自動化預(yù)報方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及臺風(fēng)自動化預(yù)報方法，特別是涉及一種基于EC/JMA全球格點預(yù)報資料的臺風(fēng)自動化預(yù)報方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在熱帶氣旋活動過程中，往往伴隨有狂風(fēng)、暴雨、巨浪和風(fēng)暴潮。為減輕熱帶氣旋帶來的嚴(yán)重災(zāi)害及造成的損失，需要對熱帶氣旋的路徑與強度進行準(zhǔn)確的預(yù)報。在臺風(fēng)發(fā)生發(fā)展的研宄方面，以往的研宄中，多采用全風(fēng)場資料或者衛(wèi)星遙感資料，并結(jié)合人眼識別的方法判別熱帶氣旋中心，但是這種方法往往帶有一定的主觀誤差，而且工作相當(dāng)繁瑣。隨著臺風(fēng)探測手段的逐漸豐富、臺風(fēng)理論水平逐步提高、計算機性能和數(shù)值預(yù)報模式的快速發(fā)展，臺風(fēng)路徑逐漸發(fā)展為以數(shù)值預(yù)報為基礎(chǔ)，以人機交互處理系統(tǒng)為平臺，綜合應(yīng)用多種資料和方法的預(yù)報技術(shù)路線。
[0003]而臺風(fēng)強度預(yù)報方面，至今進展緩慢。目前在實際業(yè)務(wù)中占重要指導(dǎo)地位的仍是統(tǒng)計預(yù)報模式。日本和美國開展了使用數(shù)值預(yù)報方法預(yù)報臺風(fēng)強度變化的業(yè)務(wù)，但效果不理想。國內(nèi)關(guān)于臺風(fēng)強度數(shù)值預(yù)報的方法也不太成熟。
[0004]作為業(yè)務(wù)化系統(tǒng)，一些單位和部門進行過的相關(guān)研宄工作，如吳金塔等建立了福建省防臺風(fēng)風(fēng)情實時監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)著重對臺風(fēng)風(fēng)情捕捉和預(yù)報方面進行了硬件建設(shè)和通訊組網(wǎng)方案的實現(xiàn)，而對我們關(guān)注的臺風(fēng)路徑預(yù)報、預(yù)警等均為涉及。江春發(fā)等用GIS技術(shù)建立了廈門市臺風(fēng)跟蹤預(yù)警系統(tǒng)，在臺風(fēng)跟蹤監(jiān)測，更主要是地圖信息的豐富性方面比較突出，但該系統(tǒng)主要限于臺風(fēng)數(shù)據(jù)庫的建立和在地理信息系統(tǒng)上的顯示應(yīng)用方面，功能還是不能滿足氣象部門臺風(fēng)業(yè)務(wù)的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)氣象部門人工預(yù)報臺風(fēng)識別誤差和過程繁瑣等問題，本發(fā)明提供了一種提供臺風(fēng)路徑預(yù)報產(chǎn)品、風(fēng)圈強度預(yù)報產(chǎn)品和登陸點預(yù)報產(chǎn)品一體化的自動化預(yù)報方法。
[0006]為了解決上述問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:
基于EC/JMA全球格點預(yù)報資料的臺風(fēng)自動化預(yù)報方法，其特征在于，包括:步驟一，臺風(fēng)路徑預(yù)報步驟，通過尋找預(yù)報時刻上的氣旋中心點，進行極坐標(biāo)插值，獲得近中心的最大風(fēng)速，根據(jù)接收到的資料頻率，生成對應(yīng)的臺風(fēng)路徑；
步驟二，臺風(fēng)強度預(yù)報步驟，將生成的氣旋中心點自然坐標(biāo)插值成極坐標(biāo)，確定中心點周圍范圍內(nèi)的風(fēng)速值；
步驟三，臺風(fēng)登陸點判斷步驟，將生成的臺風(fēng)路徑與海岸線資料進行距離判斷，保留與海岸線的交點，剔除不滿足登陸條件的點，得到登陸點的登錄區(qū)域范圍，并確定登陸點的登陸時間范圍。
[0007]前述的一種基于EC/JMA全球格點預(yù)報資料的臺風(fēng)自動化預(yù)報方法，其特征在于，所述臺風(fēng)路徑預(yù)報步驟包括:
步驟la，確定預(yù)報資料發(fā)生區(qū)域，所用的EC格點資料間隔為2.5個經(jīng)瑋度，JMA格點資料間隔為1.25個經(jīng)瑋度；
步驟lb，找出每個預(yù)報時刻上的所有氣旋中心。假設(shè)每一個格點中心為計算區(qū)域中心(氣旋中心)，以中心點4角點的格點為“一圈”，由內(nèi)向外進行判斷2~3圈，與中心點相鄰的4個格點為第一圈，連續(xù)4點滿足理想氣旋環(huán)流條件，則該點為氣旋中心，保留該點為熱帶氣旋中心的判斷；
步驟lc，求氣旋近中心點最大風(fēng)速值。根據(jù)所求的自然坐標(biāo)下氣旋中心點經(jīng)瑋度、風(fēng)速值進行極坐標(biāo)插值，求出氣旋中心點向外500km范圍內(nèi)極坐標(biāo)風(fēng)速值，插值后極坐標(biāo)上最大風(fēng)速即要求的氣旋近中心的最大風(fēng)速值；
步驟ld，判斷完整的臺風(fēng)路徑，一條完整的臺風(fēng)路徑預(yù)報，是通過連續(xù)幾個預(yù)報時段的氣旋中心點進行判斷的，如果相鄰兩個時段的氣旋中心點距離較近，符合同一條臺風(fēng)的距離范圍，默認(rèn)這2個點為同一條路徑上的點。相反2個點距離較遠，則默認(rèn)其中一點為第二條臺風(fēng)路徑上的點，如果在此預(yù)報過程中，該點為一孤立時刻點，則排除該條路徑的可能。
[0008]前述的一種基于EC/JMA全球格點預(yù)報資料的臺風(fēng)自動化預(yù)報方法，其特征在于，步驟二，中心點周圍風(fēng)圈等級，將生成的氣旋中心點自然坐標(biāo)插值成極坐標(biāo)，確定中心點周圍500km范圍內(nèi)的風(fēng)速值；
前述的一種基于EC/JMA全球格點預(yù)報資料的臺風(fēng)自動化預(yù)報方法，其特征在于，臺風(fēng)登陸點判斷步驟，包括:
3a，海岸線資料選取，為了判斷臺風(fēng)的發(fā)展是否對內(nèi)陸有影響，需要針對臺風(fēng)路徑選取的海岸線資料，所用數(shù)據(jù)包括海岸線的經(jīng)瑋度信息文件，以及陸地與海洋的標(biāo)志性格點文件，O為海洋，I為陸地；
3b，登陸點判斷，首先將每個氣旋中心點與海岸線點之間進行距離判斷，如果距離小于等于0.2個經(jīng)瑋度，則認(rèn)為該氣旋中心點可能為登錄點；然后通過陸地與海洋的標(biāo)志性文件，判斷該氣旋中心點周圍的標(biāo)志狀態(tài)1/0，如果該氣旋中心點前面為0，后面為1，則可以判斷該氣旋中心點登陸。將臺風(fēng)路徑上該氣旋中心點前后2個氣旋中心點連線建立直線方程，如果在2個氣旋中心點之間與海岸線有交點，則判斷該交點為登陸點，取最接近陸地點的一個交點為登陸點，求出登陸點周圍0.5個經(jīng)瑋度范圍內(nèi)的海岸線點作為登錄區(qū)域范圍；然后通過判斷該登錄點占2個氣旋中心點之間的距離比例，確定登錄點的時間范圍；
前述的一種基于EC/JMA全球格點預(yù)報資料的臺風(fēng)自動化預(yù)報方法，其特征在于，步驟Ib中還包括:對于較弱的氣旋，采用上述方法會判斷出多個中心點，記錄每一個氣旋中心點的滿足條件的起始風(fēng)圈，哪個中心點的起始風(fēng)圈最靠近中心，則保留該點為氣旋中心點，其余氣旋中心點去除。同時若氣旋出現(xiàn)明顯的雙中心結(jié)構(gòu)，判斷兩個氣旋中心點是否距離較遠，如果兩個氣旋中心點距離超過5個格點以上，則同時保留兩個中心點，判斷出現(xiàn)雙臺風(fēng)的情況。
[0009]前述的一種基于EC/JMA全球格點預(yù)報資料的臺風(fēng)自動化預(yù)報方法，其特征在于，所述EC/JMA全球格點預(yù)報資料形式為二維數(shù)據(jù)(X/Y)，其中EC資料格點為145*37，JMA資料為113*73，均以micaps形式存放，EC資料時間分辨率為24h —次，JMA資料時間分辨率為前48小時每6小時一次和后36小時每12小時一次。
[0010]前述的一種基于EC/JMA全球格點預(yù)報資料的臺風(fēng)自動化預(yù)報方法，其特征在于，所述步驟la，確定預(yù)報資料發(fā)生區(qū)域，對于西北太平洋熱帶氣旋多活動于低瑋度的對流層低層，因此資料范圍限制為O?50° N，100?180° E范圍內(nèi)。
[0011]前述的一種基于EC/JMA全球格點預(yù)報資料的臺風(fēng)自動化預(yù)報方法，其特征在于，根據(jù)預(yù)報資料發(fā)生區(qū)域，海岸線資料范圍為5?45° N，100?125° E。
[0012]本發(fā)明所達到的有益效果:本發(fā)明利用臺風(fēng)預(yù)報中心的模式預(yù)報產(chǎn)品(EC/JMA)，提供臺風(fēng)路徑預(yù)報產(chǎn)品、風(fēng)圈強度預(yù)報產(chǎn)品和登陸點預(yù)報產(chǎn)品一體化的自動化預(yù)報。通過該方法的研發(fā)，大幅度提升區(qū)域臺風(fēng)預(yù)報業(yè)務(wù)與實時災(zāi)害預(yù)警能力。
【附圖說明】
[0013]圖1是EC/JMA全球格點預(yù)報資料的臺風(fēng)自動化預(yù)報平臺的整體結(jié)構(gòu)圖圖2是理想氣旋的風(fēng)場結(jié)構(gòu)，圖中氣旋的尺度滿足熱帶氣旋的尺度條件。
[0014]圖3是計算風(fēng)場氣旋中心示意圖。
[0015]圖4是熱帶氣旋中心定位示意圖。
[0016]圖5是一次臺風(fēng)過程路徑預(yù)報示意圖。
[0017]圖6是風(fēng)圈等級預(yù)報示意圖。
[0018]圖7是登陸點預(yù)報示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0020]如圖1所示，基于EC/JMA全球格點預(yù)報資料的臺風(fēng)自動化預(yù)報平臺包括三個子模塊:臺風(fēng)路徑預(yù)報模塊、臺風(fēng)強度預(yù)報模塊、臺風(fēng)登陸點預(yù)報模塊。
[0021]臺風(fēng)路徑預(yù)報模塊，包括數(shù)據(jù)的實時接入、熱帶氣旋中心判斷、中心最大風(fēng)速判斷，以及產(chǎn)品的生成與發(fā)布。選取850hpa全風(fēng)場資料(氣象研宄中通常用的三維風(fēng)場資料中的其中一個高度層的資料，對應(yīng)的平均海拔高度約為1500米)，每日定點從氣象臺下載。將下載完的數(shù)據(jù)進行氣旋中心判斷。北半球的氣旋具有逆時針風(fēng)場、環(huán)流結(jié)構(gòu)閉合的特點。理想氣旋的風(fēng)場是對稱的，且中心東西向的風(fēng)向分別為南/東南風(fēng)和北/東北風(fēng)，南北向分別為西/西北風(fēng)和東/東南風(fēng)，一般情況下氣旋的尺度越小，中心氣壓越低，強度越強，風(fēng)場結(jié)構(gòu)越滿足理想條件(圖2)。根據(jù)氣旋特點，同一時刻可能找出多個氣旋中心，需要通過判斷所有氣旋的風(fēng)場結(jié)構(gòu)和環(huán)流強度，去除不滿足條件的氣旋中心。最終保留的氣旋中心，進行極坐標(biāo)插值，獲得近中心的最大風(fēng)速。根據(jù)接收到的資料頻率，生成對應(yīng)的臺風(fēng)路徑產(chǎn)品并發(fā)布。
[0022]臺風(fēng)強度預(yù)報模塊，包括極坐標(biāo)插值、風(fēng)圈等級確定，以及產(chǎn)品的生成與發(fā)布。將生成的氣旋中心點自然坐標(biāo)插值成極坐標(biāo)，確定中心點周圍500km范圍的風(fēng)速。
[0023]臺風(fēng)登陸點模塊，包括海岸線資料的獲取，海岸線距離判斷、登陸點時間判斷，以及產(chǎn)品的生成與發(fā)布。將生成的臺風(fēng)路徑產(chǎn)品與海岸線資料進行距離判斷，保留與海岸線的交點，剔除不滿足登陸條件的點。取登陸點周圍0.5個經(jīng)瑋度范圍內(nèi)的點作為登陸點，并確定登陸點的登陸時間范圍。
[0024]為了最終得到基于EC/JMA資料的臺風(fēng)自動化預(yù)報的產(chǎn)品，投入業(yè)務(wù)化應(yīng)用，本發(fā)明集成了臺風(fēng)路徑預(yù)報、臺風(fēng)強度預(yù)報，以及登陸點預(yù)報三個模塊，最終生成臺風(fēng)自動化預(yù)報產(chǎn)品。
[0025]下面介紹個模塊的預(yù)報步驟 1、臺風(fēng)路徑預(yù)報步驟
EC/JMA資料形式為二維數(shù)據(jù)(X/Y)，其中EC資料格點為145*37，JMA資料為113*73，均以micaps形式存放。EC資料時間分辨率為24h —次，JMA資料時間分辨率為前48小時每6小時一次和后36小時每12小時一次。為了方便讀取資料，本方法使用F90程序編寫。對于風(fēng)場資料的每一個格點，均進行以下計算:
1)、確定發(fā)生區(qū)域。對于西北太平洋熱帶氣旋多活動于低瑋度的對流層低層，因此資料范圍限制為0~50° N，100~180° E范圍內(nèi)。所用的EC格點資料間隔為2.5個經(jīng)瑋度，JMA格點資料間隔為1.25個經(jīng)瑋度。
[0026]2)、找出每個預(yù)報時刻上的所有氣旋中心。如圖3所示，假設(shè)每一個格點中心為計算區(qū)域中心(氣旋中心)，以中心點4角點的格點為“一圈”，由內(nèi)向外進行判斷2~3圈，與中心點相鄰的4個格點為第一圈，連續(xù)4點滿足理想氣旋環(huán)流條件，則該點為氣旋中心，保留該點為熱帶氣旋中心的判斷。
[0027]在熱帶氣旋的形成初期和末期環(huán)流尺度較弱，風(fēng)場結(jié)構(gòu)往往不對稱，中心風(fēng)場有時較為混亂，為避免尺度滿足條件而環(huán)流較弱