基于ec/jma全球格點(diǎn)預(yù)報(bào)資料的臺(tái)風(fēng)自動(dòng)化預(yù)報(bào)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及臺(tái)風(fēng)自動(dòng)化預(yù)報(bào)方法，特別是涉及一種基于EC/JMA全球格點(diǎn)預(yù)報(bào)資料的臺(tái)風(fēng)自動(dòng)化預(yù)報(bào)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在熱帶氣旋活動(dòng)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(duì)熱帶氣旋的路徑與強(qiáng)度進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)。在臺(tái)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(chǎng)資料或者衛(wèi)星遙感資料，并結(jié)合人眼識(shí)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(tái)風(fēng)探測(cè)手段的逐漸豐富、臺(tái)風(fēng)理論水平逐步提高、計(jì)算機(jī)性能和數(shù)值預(yù)報(bào)模式的快速發(fā)展，臺(tái)風(fēng)路徑逐漸發(fā)展為以數(shù)值預(yù)報(bào)為基礎(chǔ)，以人機(jī)交互處理系統(tǒng)為平臺(tái)，綜合應(yīng)用多種資料和方法的預(yù)報(bào)技術(shù)路線。
[0003]而臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報(bào)方面，至今進(jìn)展緩慢。目前在實(shí)際業(yè)務(wù)中占重要指導(dǎo)地位的仍是統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)模式。日本和美國(guó)開展了使用數(shù)值預(yù)報(bào)方法預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化的業(yè)務(wù)，但效果不理想。國(guó)內(nèi)關(guān)于臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度數(shù)值預(yù)報(bào)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(jìn)行過的相關(guān)研宄工作，如吳金塔等建立了福建省防臺(tái)風(fēng)風(fēng)情實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)著重對(duì)臺(tái)風(fēng)風(fēng)情捕捉和預(yù)報(bào)方面進(jìn)行了硬件建設(shè)和通訊組網(wǎng)方案的實(shí)現(xiàn)，而對(duì)我們關(guān)注的臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)、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(tái)風(fēng)跟蹤預(yù)警系統(tǒng)，在臺(tái)風(fēng)跟蹤監(jiān)測(cè)，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(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)庫(kù)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(tái)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(bào)臺(tái)風(fēng)識(shí)別誤差和過程繁瑣等問題，本發(fā)明提供了一種提供臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)產(chǎn)品、風(fēng)圈強(qiáng)度預(yù)報(bào)產(chǎn)品和登陸點(diǎn)預(yù)報(bào)產(chǎn)品一體化的自動(dòng)化預(yù)報(bào)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(diǎn)預(yù)報(bào)資料的臺(tái)風(fēng)自動(dòng)化預(yù)報(bào)方法，其特征在于，包括:步驟一，臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)步驟，通過尋找預(yù)報(bào)時(shí)刻上的氣旋中心點(diǎn)，進(jìn)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(duì)應(yīng)的臺(tái)風(fēng)路徑；
步驟二，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報(bào)步驟，將生成的氣旋中心點(diǎn)自然坐標(biāo)插值成極坐標(biāo)，確定中心點(diǎn)周圍范圍內(nèi)的風(fēng)速值；
步驟三，臺(tái)風(fēng)登陸點(diǎn)判斷步驟，將生成的臺(tái)風(fēng)路徑與海岸線資料進(jìn)行距離判斷，保留與海岸線的交點(diǎn)，剔除不滿足登陸條件的點(diǎn)，得到登陸點(diǎn)的登錄區(qū)域范圍，并確定登陸點(diǎn)的登陸時(shí)間范圍。
[0007]前述的一種基于EC/JMA全球格點(diǎn)預(yù)報(bào)資料的臺(tái)風(fēng)自動(dòng)化預(yù)報(bào)方法，其特征在于，所述臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)步驟包括:
步驟la，確定預(yù)報(bào)資料發(fā)生區(qū)域，所用的EC格點(diǎn)資料間隔為2.5個(gè)經(jīng)瑋度，JMA格點(diǎn)資料間隔為1.25個(gè)經(jīng)瑋度；
步驟lb，找出每個(gè)預(yù)報(bào)時(shí)刻上的所有氣旋中心。假設(shè)每一個(gè)格點(diǎn)中心為計(jì)算區(qū)域中心(氣旋中心)，以中心點(diǎn)4角點(diǎn)的格點(diǎn)為“一圈”，由內(nèi)向外進(jìn)行判斷2~3圈，與中心點(diǎn)相鄰的4個(gè)格點(diǎn)為第一圈，連續(xù)4點(diǎn)滿足理想氣旋環(huán)流條件，則該點(diǎn)為氣旋中心，保留該點(diǎn)為熱帶氣旋中心的判斷；
步驟lc，求氣旋近中心點(diǎn)最大風(fēng)速值。根據(jù)所求的自然坐標(biāo)下氣旋中心點(diǎn)經(jīng)瑋度、風(fēng)速值進(jìn)行極坐標(biāo)插值，求出氣旋中心點(diǎn)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(tái)風(fēng)路徑，一條完整的臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)，是通過連續(xù)幾個(gè)預(yù)報(bào)時(shí)段的氣旋中心點(diǎn)進(jìn)行判斷的，如果相鄰兩個(gè)時(shí)段的氣旋中心點(diǎn)距離較近，符合同一條臺(tái)風(fēng)的距離范圍，默認(rèn)這2個(gè)點(diǎn)為同一條路徑上的點(diǎn)。相反2個(gè)點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，則默認(rèn)其中一點(diǎn)為第二條臺(tái)風(fēng)路徑上的點(diǎn)，如果在此預(yù)報(bào)過程中，該點(diǎn)為一孤立時(shí)刻點(diǎn)，則排除該條路徑的可能。
[0008]前述的一種基于EC/JMA全球格點(diǎn)預(yù)報(bào)資料的臺(tái)風(fēng)自動(dòng)化預(yù)報(bào)方法，其特征在于，步驟二，中心點(diǎn)周圍風(fēng)圈等級(jí)，將生成的氣旋中心點(diǎn)自然坐標(biāo)插值成極坐標(biāo)，確定中心點(diǎn)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(diǎn)預(yù)報(bào)資料的臺(tái)風(fēng)自動(dòng)化預(yù)報(bào)方法，其特征在于，臺(tái)風(fēng)登陸點(diǎn)判斷步驟，包括:
3a，海岸線資料選取，為了判斷臺(tái)風(fēng)的發(fā)展是否對(duì)內(nèi)陸有影響，需要針對(duì)臺(tái)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(diǎn)文件，O為海洋，I為陸地；
3b，登陸點(diǎn)判斷，首先將每個(gè)氣旋中心點(diǎn)與海岸線點(diǎn)之間進(jìn)行距離判斷，如果距離小于等于0.2個(gè)經(jīng)瑋度，則認(rèn)為該氣旋中心點(diǎn)可能為登錄點(diǎn)；然后通過陸地與海洋的標(biāo)志性文件，判斷該氣旋中心點(diǎn)周圍的標(biāo)志狀態(tài)1/0，如果該氣旋中心點(diǎn)前面為0，后面為1，則可以判斷該氣旋中心點(diǎn)登陸。將臺(tái)風(fēng)路徑上該氣旋中心點(diǎn)前后2個(gè)氣旋中心點(diǎn)連線建立直線方程，如果在2個(gè)氣旋中心點(diǎn)之間與海岸線有交點(diǎn)，則判斷該交點(diǎn)為登陸點(diǎn)，取最接近陸地點(diǎn)的一個(gè)交點(diǎn)為登陸點(diǎn)，求出登陸點(diǎn)周圍0.5個(gè)經(jīng)瑋度范圍內(nèi)的海岸線點(diǎn)作為登錄區(qū)域范圍；然后通過判斷該登錄點(diǎn)占2個(gè)氣旋中心點(diǎn)之間的距離比例，確定登錄點(diǎn)的時(shí)間范圍；
前述的一種基于EC/JMA全球格點(diǎn)預(yù)報(bào)資料的臺(tái)風(fēng)自動(dòng)化預(yù)報(bào)方法，其特征在于，步驟Ib中還包括:對(duì)于較弱的氣旋，采用上述方法會(huì)判斷出多個(gè)中心點(diǎn)，記錄每一個(gè)氣旋中心點(diǎn)的滿足條件的起始風(fēng)圈，哪個(gè)中心點(diǎn)的起始風(fēng)圈最靠近中心，則保留該點(diǎn)為氣旋中心點(diǎn)，其余氣旋中心點(diǎn)去除。同時(shí)若氣旋出現(xiàn)明顯的雙中心結(jié)構(gòu)，判斷兩個(gè)氣旋中心點(diǎn)是否距離較遠(yuǎn)，如果兩個(gè)氣旋中心點(diǎn)距離超過5個(gè)格點(diǎn)以上，則同時(shí)保留兩個(gè)中心點(diǎn)，判斷出現(xiàn)雙臺(tái)風(fēng)的情況。
[0009]前述的一種基于EC/JMA全球格點(diǎn)預(yù)報(bào)資料的臺(tái)風(fēng)自動(dòng)化預(yù)報(bào)方法，其特征在于，所述EC/JMA全球格點(diǎn)預(yù)報(bào)資料形式為二維數(shù)據(jù)(X/Y)，其中EC資料格點(diǎn)為145*37，JMA資料為113*73，均以micaps形式存放，EC資料時(shí)間分辨率為24h —次，JMA資料時(shí)間分辨率為前48小時(shí)每6小時(shí)一次和后36小時(shí)每12小時(shí)一次。
[0010]前述的一種基于EC/JMA全球格點(diǎn)預(yù)報(bào)資料的臺(tái)風(fēng)自動(dòng)化預(yù)報(bào)方法，其特征在于，所述步驟la，確定預(yù)報(bào)資料發(fā)生區(qū)域，對(duì)于西北太平洋熱帶氣旋多活動(dòng)于低瑋度的對(duì)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(diǎn)預(yù)報(bào)資料的臺(tái)風(fēng)自動(dòng)化預(yù)報(bào)方法，其特征在于，根據(jù)預(yù)報(bào)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(dá)到的有益效果:本發(fā)明利用臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)中心的模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品(EC/JMA)，提供臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)產(chǎn)品、風(fēng)圈強(qiáng)度預(yù)報(bào)產(chǎn)品和登陸點(diǎn)預(yù)報(bào)產(chǎn)品一體化的自動(dòng)化預(yù)報(bào)。通過該方法的研發(fā)，大幅度提升區(qū)域臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)與實(shí)時(shí)災(zāi)害預(yù)警能力。
【附圖說明】
[0013]圖1是EC/JMA全球格點(diǎn)預(yù)報(bào)資料的臺(tái)風(fēng)自動(dòng)化預(yù)報(bào)平臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)圖圖2是理想氣旋的風(fēng)場(chǎng)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(jì)算風(fēng)場(chǎng)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(tái)風(fēng)過程路徑預(yù)報(bào)示意圖。
[0017]圖6是風(fēng)圈等級(jí)預(yù)報(bào)示意圖。
[0018]圖7是登陸點(diǎn)預(yù)報(bào)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)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(hù)范圍。
[0020]如圖1所示，基于EC/JMA全球格點(diǎn)預(yù)報(bào)資料的臺(tái)風(fēng)自動(dòng)化預(yù)報(bào)平臺(tái)包括三個(gè)子模塊:臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)模塊、臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報(bào)模塊、臺(tái)風(fēng)登陸點(diǎn)預(yù)報(bào)模塊。
[0021]臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)模塊，包括數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)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(chǎng)資料(氣象研宄中通常用的三維風(fēng)場(chǎng)資料中的其中一個(gè)高度層的資料，對(duì)應(yīng)的平均海拔高度約為1500米)，每日定點(diǎn)從氣象臺(tái)下載。將下載完的數(shù)據(jù)進(jìn)行氣旋中心判斷。北半球的氣旋具有逆時(shí)針風(fēng)場(chǎng)、環(huán)流結(jié)構(gòu)閉合的特點(diǎn)。理想氣旋的風(fēng)場(chǎng)是對(duì)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(qiáng)度越強(qiáng)，風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)越滿足理想條件(圖2)。根據(jù)氣旋特點(diǎn)，同一時(shí)刻可能找出多個(gè)氣旋中心，需要通過判斷所有氣旋的風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)和環(huán)流強(qiáng)度，去除不滿足條件的氣旋中心。最終保留的氣旋中心，進(jìn)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(duì)應(yīng)的臺(tái)風(fēng)路徑產(chǎn)品并發(fā)布。
[0022]臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報(bào)模塊，包括極坐標(biāo)插值、風(fēng)圈等級(jí)確定，以及產(chǎn)品的生成與發(fā)布。將生成的氣旋中心點(diǎn)自然坐標(biāo)插值成極坐標(biāo)，確定中心點(diǎn)周圍500km范圍的風(fēng)速。
[0023]臺(tái)風(fēng)登陸點(diǎn)模塊，包括海岸線資料的獲取，海岸線距離判斷、登陸點(diǎn)時(shí)間判斷，以及產(chǎn)品的生成與發(fā)布。將生成的臺(tái)風(fēng)路徑產(chǎn)品與海岸線資料進(jìn)行距離判斷，保留與海岸線的交點(diǎn)，剔除不滿足登陸條件的點(diǎn)。取登陸點(diǎn)周圍0.5個(gè)經(jīng)瑋度范圍內(nèi)的點(diǎn)作為登陸點(diǎn)，并確定登陸點(diǎn)的登陸時(shí)間范圍。
[0024]為了最終得到基于EC/JMA資料的臺(tái)風(fēng)自動(dòng)化預(yù)報(bào)的產(chǎn)品，投入業(yè)務(wù)化應(yīng)用，本發(fā)明集成了臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)、臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報(bào)，以及登陸點(diǎn)預(yù)報(bào)三個(gè)模塊，最終生成臺(tái)風(fēng)自動(dòng)化預(yù)報(bào)產(chǎn)品。
[0025]下面介紹個(gè)模塊的預(yù)報(bào)步驟 1、臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)步驟
EC/JMA資料形式為二維數(shù)據(jù)(X/Y)，其中EC資料格點(diǎn)為145*37，JMA資料為113*73，均以micaps形式存放。EC資料時(shí)間分辨率為24h —次，JMA資料時(shí)間分辨率為前48小時(shí)每6小時(shí)一次和后36小時(shí)每12小時(shí)一次。為了方便讀取資料，本方法使用F90程序編寫。對(duì)于風(fēng)場(chǎng)資料的每一個(gè)格點(diǎn)，均進(jìn)行以下計(jì)算:
1)、確定發(fā)生區(qū)域。對(duì)于西北太平洋熱帶氣旋多活動(dòng)于低瑋度的對(duì)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(diǎn)資料間隔為2.5個(gè)經(jīng)瑋度，JMA格點(diǎn)資料間隔為1.25個(gè)經(jīng)瑋度。
[0026]2)、找出每個(gè)預(yù)報(bào)時(shí)刻上的所有氣旋中心。如圖3所示，假設(shè)每一個(gè)格點(diǎn)中心為計(jì)算區(qū)域中心(氣旋中心)，以中心點(diǎn)4角點(diǎn)的格點(diǎn)為“一圈”，由內(nèi)向外進(jìn)行判斷2~3圈，與中心點(diǎn)相鄰的4個(gè)格點(diǎn)為第一圈，連續(xù)4點(diǎn)滿足理想氣旋環(huán)流條件，則該點(diǎn)為氣旋中心，保留該點(diǎn)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(chǎng)結(jié)構(gòu)往往不對(duì)稱，中心風(fēng)場(chǎng)有時(shí)較為混亂，為避免尺度滿足條件而環(huán)流較弱