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实时观测实况分析系统:3D刻画台风“形象”

中国气象报记者 简菊芳

  10月13日,中国气象局组织的台风加密会商中,一张13日2时至12时的假相当位温(以下简称EPT)图直观地展示了今年第16号台风“浪卡”在海上移动过程中高低空能量输送及逐步增强的过程。这张EPT图来源于中国气象局气象探测中心2018年研发的实时观测实况分析系统(RTOAS)(以下简称RTOAS)。在捕捉今年以来影响我国的台风时,该系统提供的EPT图、暖心结构图和风圈图(7级、10级和12级风圈)等资料,为预报员提供了直观的参考依据,而这些图也屡屡被中国气象报网、新媒体以及其他媒体使用,成为网红产品。

  

  RTOAS“眼中”的台风

  每年汛期,台风都是灾害防御的重点对象。在RTOAS的研发过程中,如何为台风强度预报提供更为可靠和直观的资料,成为系统要解决的重要任务之一。

  8月25日,今年第8号台风“巴威”气势汹汹一路北上。RTOAS实时启动,跟踪分析台风“巴威”。当天,实况分析系统中10级、12级风圈资料显示,“巴威”北上过程中积蓄能量,强度加强。

  RTOAS中比较受欢迎的产品是EPT。专家解释,台风的加强和发展与海洋、大气中能量传输关系密切,EPT能够显示海洋和大气之间温湿等能量传输,如果海洋中水汽、温度向高空传递,则有利于台风维持和加强。

  通俗地说,EPT就是看台风生成后上下等温层中间的柱状是否可以建立起来。EPT值的大小表明能量的强弱,高低层中间等值面的柱状面积越大,表明低层和高层之间的能量传输越稳定增强,台风的强度便加强。反之,如果柱子慢慢变细,甚至断裂,说明低层和高层之间该强度能量传输减弱甚至中断,台风从海面补充能量开始减弱,台风也就慢慢减弱了。

  以今年的几个台风为例,“黑格比”和“巴威”EPT对比图可以清晰看到,中间柱状在发展和鼎盛期不断加大、加厚,而台风确实也用强大的风雨“实力”证明了EPT图。台风“浪卡”的中间柱状块小且分散,实力较弱。

  台风的暖心结构图,是今年的“网红”产品。台风中心温度较高,暖心结构图可直观显示台风中心和周围温差值。差值越大,台风强度越强。此外,从暖心结构图上看,形状规整、均匀、紧凑成圆形或者椭圆形,说明暖心稳定维持,强度较大。

  风圈、假相当位温、暖心结构,是实况分析系统产品中衡量台风是否稳定维持和台风强弱的重要指标,为台风强度预报提供支撑,也为卫星产品提供有力验证。

  

  RTOAS如何刻画台风?

  专家介绍,实况分析系统是基于气象观测系统中的地面、探空、雷达、风廓线、海洋浮标、船舶等多种地基观测和卫星遥感观测资料,融合观测和模式格点场资料,将实况观测通过格点的形式展示出来,形成三维数字大气的一个系统。

  基于多种观测融合的三维数字大气,通过三维可视化技术,将大气中的天气系统进行立体三维直观展示,能够使天气系统的结构清晰地描述和刻画出来,极大提升了预报员和公众对天气系统的立体感知体验。

  我国地面气象站、探空、雷达、卫星等观测的时间和空间分辨率不一致,探测的时效性也不一样。RTOAS通过融合,有效取长补短,发挥观测的综合作用,为预报和服务提供更加全面客观的产品。

  在研发之初,RTOAS使用国际领先的多尺度模型融合技术,采用顺序变分方法,空间上从大尺度到小尺度逐步迭代,不同尺度采用不同的物理约束,加入不同尺度的数据,时间上应用临近层分析,将高时间分辨率的观测资料进行融合,使得变化更加连续,物理上考虑了地形的强迫和影响作用,使得低层近地面要素融合分析更加精确。

  经过两年的检验、比对,RTOAS在精度、分辨率和算法上都得到了较大改进,开始进入可视化产品研发阶段,先后有了高低空急流、零度层高度、边界层高度、云水、云冰、云覆盖、梅雨锋面、台风风圈、暖心、EPT、垂直中心路径、云体等三维产品,并在预报和服务中大显身手。尤其是2019年和2020年,台风的三维产品在全国天气会商中多次展示,为预报员提供了很好的观测支撑。

  接下来,中国气象局气象探测中心还将根据台风预报和服务等需求,进一步研发定量化产品,如台风风圈定量半径、暖心定量高度等,更加精细化地为台风“画像”,为台风预报、防灾减灾和筑牢第一道防线提供直观资料。

  

  (来源:《中国气象报》2020年10月21日三版 责任编辑:栾菲)

  

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