编者按：

作为世界上受台风影响最多的国家之一，我国沿海各地自南向北每年均可能受到台风的侵袭，其影响甚至可以延伸到内陆地区。发展台风监测预报预警业务、探究台风与海洋相互作用关系、开展台风尺度研究、致力于预报技巧提高等一系列台风科学研究，对于科学防御台风、加强防灾减灾意义深远。本期特别策划报道相关科学前沿，集中展现我国台风科学研究领域部分重要成果。

专家顾问：

中国气象学会副理事长、国防科技大学气象

海洋学院教授 费建芳

中央气象台首席预报员 许映龙

中国气象局上海台风研究所研究员 鲁小琴

南京信息工程大学大气科学学院教授 赵海坤

风云气象卫星台风监测图 图片来源：国家卫星气象中心

台风强度增强还是减弱消亡？

答案藏在海洋中

温暖的海洋为台风发生发展提供充沛的水汽和热量；台风在海洋生成后，产生的狂风、暴雨和巨浪又显著改变上层海洋的特性……谈及台风与海洋之间的相互作用，中国气象学会副理事长、国防科技大学气象海洋学院教授费建芳认为，研究二者的作用关系，探究其中的关联和影响，对于科学防御台风和防灾减灾意义深远。

台风与海洋之间的相互作用主要包括：大气从海洋中获取能量从而形成台风，台风又能显著改变上层海洋的特性，改变特性后的海洋又对台风产生新的影响。这种相互作用具体体现在台风与海洋之间的热量、水汽和动量交换的强烈程度上，它们不仅能决定台风的强度和尺度变化，也对台风的最大可能强度起到约束作用。

“可以说，台风与海洋之间的相互作用，是影响台风发生发展最重要的物理过程之一，海洋也当之无愧成为台风的主要能量来源。”费建芳说。

进一步研究二者之间的相互作用过程，会出现一些“专有名词”，而它们也成为台风与海洋之间相互作用的关键推手。

台风伴随的强风，使上层海水产生湍流混合、水平与垂直方向的平流等响应，这会引起海洋状态发生剧烈改变，其中最为典型的是在其路径的右后方形成明显的海水降温，海表温度的低值区即是所谓的台风冷尾流。在冷尾流区，海洋向台风的热量输送减弱，也因此常引起台风强度减弱、台风的风雨影响分布发生变化等。

不仅如此，在台风经过时，还会导致巨大海浪的出现，使海表粗糙度增加，对低层大气产生显著的摩擦拖曳效应。而当海浪破碎时，会有大量的飞沫液滴进入大气边界层，增强海气间的热量和水汽交换。

在台风经过后，上层海洋的温度、盐度和动力结构等均会发生显著变化。这其中，海表温度降低，使海气之间热量交换减弱，减少了海洋进入大气的水汽，增加了大气边界层的热力稳定性。

值得注意的是，这些海气相互作用过程不利于云和降水的形成，特别是在台风冷尾流的上方，降水量、云量、降水概率等均会减少。海洋对台风的这些响应可以持续数日甚至数月之久，对局地天气乃至气候变化起到潜在的调节作用。

那么，台风与海洋的相互作用，对于台风发展加强或减弱消亡还有哪些直接影响？

对此，费建芳解释说，二者的相互作用对台风强度、结构、尺度等都有明显的调节作用。通常而言，台风引起的海表降温、海表粗糙度增加等可抑制台风增强，海洋飞沫效应则对台风增强有一定的促进作用。在导致台风强度减弱方面，以2013年台风“范斯高”为例，其在达到超强台风级别后，由于台风冷尾流和经历的一个海洋冷涡的共同作用，引起海表温度迅速降至26℃以下，导致台风快速减弱。

当前，科学界普遍认为，深入认识台风与海洋的相互作用规律，对于提升台风强度数值预报水平、减少台风导致的人民生命财产损失等具有重要意义。费建芳说，近10年来，台风路径预报准确率稳步提升，而强度预报准确率提升较为缓慢，主要是数值模式对海洋响应过程的描述还不够准确。“提高台风预报水平，实现科学减灾，迫切需要进一步深入研究台风影响下的多尺度海气相互作用过程，研发准确考虑海气相互作用过程的海气耦合数值预报系统。”（宛霞）

台风外围强风范围大小（尺度）如何判断？

用机器学习算法“量出来”

台风外围强风的范围大小和灾害风险密切相关。不同的台风，外围强风的范围大小差异非常大，例如，2017年台风“达维”在越南登陆，其强风范围几乎覆盖整个南海，而2006年台风“桑美”在浙江登陆，其外围强风区域仅较台湾岛稍大一些。

台风外围强风的范围大小可定义为尺度（通常以近地面7级或8级大风半径表示）。统计结果表明，西北太平洋最大的台风和大西洋最小的飓风相比，尺度差距近100倍。因此，了解不同台风的尺度，对做好台风预警、灾情评估和模式初始化等工作非常重要。

受观测局限性影响，台风的尺度资料相对匮乏，导致针对台风尺度的研究相对不多。总的来说，目前业务分析的主观性比较强，缺乏一些客观方法，且对比发现，不同机构分析同一台风在同一时次的大风半径时，得到的结果可能会有较大的差别。

目前基于地面天气图、飞机探测或地面观测、最佳路径资料、卫星观测、模式分析等5种资料开展的系列研究，取得了一定成果。但在缺少飞机探测的西北太平洋区域，迄今为止，仍缺乏一套统一定义、科学量化、长时序、公开的台风尺度精细结构数据集，尚不能满足科研和业务需求，因此需要开展台风尺度估算研究。

台风尺度估算研究采用了静止气象卫星红外观测数据、中国气象局和联合台风警报中心（JTWC）的最佳路径资料，以及少量的台风中心和外围飞机观测报数据；选用多层感知器（MLP）、广义回归神经网络（GRNN）等5种典型的机器学习算法，建立卫星观测及台风本体物理属性信息与台风特征大风半径之间的非线性关系。

首先设定了13个表征台风尺度的参数，使用5种算法对给出的8种输入方案进行算法模型训练、验证和测试，通过对各算法模型估算性能的评估，确定各参数的最佳估算模型和最优输入方案，之后进行模型优化再训练，最终确定算法模型最优参数。

基于模型构建了1981—2020年西北太平洋的台风尺度精细结构数据集，使用飞机探测报、JTWC最佳路径资料及QuikScat资料进行独立样本评估，并针对构建的两万多个样本的数据集分不同大小、不同纬度带、不同月份及空间分布等，进行偏差分析。

评估表明，模型的整体估算结果与观测是一致的，但对于个别的样本把握不够。对于大台风（95%分位以上）的估算精度有明显低估，但总体精度优于业务估计的精度，满足业务需求，可投入业务试用。

中国气象局上海台风研究所研究员鲁小琴指出，通过构建的数据集，对西北太平洋台风尺度特征及其变化规律进行初步分析得出，台风尺度年均值无明显变化趋势，而年度极大值有略微的增大趋势，可能对华东地区的影响范围在增大。合成分析显示，尺度和强度总体具有一致的变化趋势，在达到最强时刻或发生转向后，尺度和强度短时间内存在相反变化，最终仍趋向一致。台风径向风廓线在增强阶段较减弱阶段更陡峭，从低纬度向高纬度移动时，廓线趋缓，且与季节无明显相关。（吴彤）

提前1周至4周更精确的预报技巧如何实现？

开展台风生成延伸期预报

台风是影响我国最重要的极端灾害性天气之一，给人民生命财产安全带来严峻挑战，理解台风活动变化规律，提高台风活动预报水平，是台风业务和科研的迫切需求。南京信息工程大学大气科学学院教授赵海坤团队研发的融合多尺度环流信息的台风生成延伸期预报模型，瞄准业务需求，实现提前1周至4周更精确的预报技巧。

延伸期预报作为衔接中短期与季节预报的桥梁，是实现无缝隙预报的核心和关键。该模型的提前预报技巧与欧洲中心动力模式的预报技巧相当，甚至更优，可为台风灾害防御提供科学参考，也为其他天气气候事件的延伸期预报提供了方法与思路。该模型的构建，为研发台风活动预测系统提供了重要一环。

除了台风生成延伸期预报模型的研发，研究团队考虑到直接利用全球或区域数值模式预报台风活动的内在缺陷，基于理论研究成果，研发了一套计算量小、物理意义明确、预报产品直接适用于业务预报的台风季节活动动力—统计模式预测系统，包括台风生成、路径和强度等三个模块。赵海坤介绍，在团队的共同努力下，预测系统已实现产品化，由最初的台风生成频数和盛行路径变化两类预报产品，增至台风生成频数、盛行路径变化、登陆概率和不同等级强度台风频数、城市影响概率等多类预报产品。该预测系统对台风季节活动已显示出较好的预测能力，尤其对台风生成频数和盛行路径预报优势明显。

目前，该预测系统的台风盛行路径预报准确率达81%，频数预报准确率达75%，强度预报准确率达60%。去年5月至10月，预测系统准确预报西北太平洋21个热带气旋的生成总频数，较好地预报了去年路经不同区域的台风频数，并准确预报登陆台风总频数变化趋势。同时，预测系统也对今年5月至10月西北太平洋热带气旋活动进行了预测，预计今年台风生成总频数比正常略偏多，且呈南海增多、西北太平洋“北多南少”的空间分布；登陆广东以北的台风频数减少，登陆广西、海南的台风频数正常。

“未来，在气候变化大背景下，台风预报预测将面临更大的挑战，非常期待更多的专家、学者能够持续致力于热带气旋观测、业务预报以及防灾减灾等领域研究，并及时分享最新成果和动态。”赵海坤说，只有这样，台风预报预测水平才能进一步提高，国家也能进一步提高对台风带来的突发性暴雨、大风等灾害的防御能力。（李佳妮）

未来还将何处发力

发展综合集成预报应用技术

在总结数十年来国内台风预报服务经验并借鉴国际成熟台风业务体系的基础上，我国已初步形成功能齐备、布局合理、分工明确的台风业务技术体系，台风预报预警位于世界先进水平。

中央气象台首席预报员许映龙说，早在2012年，中央气象台便建立了台风路径集合预报订正方法，24小时台风路径预报误差首次低于100公里，其后24小时台风路径预报误差一直稳定在70公里左右，达世界先进水平；2017年，开展北印度洋热带气旋监测预报业务，24小时强度误差低于4米/秒，位于世界先进水平；2021年，建立全球热带气旋客观预报流程，开展全球高影响热带气旋预报服务；2022年，发布未来48小时台风生成指导产品，建立海陆融合大风业务流程……

台风定位定强是台风预报的基础。目前，我国建成了以风云气象卫星、多普勒天气雷达、探空气球、地面自动观测站、海上浮标等为基础的实时台风综合观测体系。当台风位于远海时，由于洋面观测资料匮乏，沿海雷达探测范围有限，气象卫星成为台风定位定强的最主要手段。我国建立了基于风云气象卫星和其他卫星相结合的台风定量分析监测体系，采用风云四号气象卫星资料，借助人工智能（AI）技术，建立台风强度和尺度客观估计系列新技术方法，提高台风强度和尺度业务分析的客观技术支撑水平和精度。

台风路径、强度及风雨预报是防御台风的关键。近年来，中央气象台根据多尺度业务数值模式台风路径预报实时评估结果，建立新的1天至7天台风路径预报订正技术，可提供1天至7天台风路径订正预报结果。目前，该方法已集成在中央气象台MICAPS业务平台，并实现全球热带气旋预报业务应用。在建立高低层环流形势分析相结合的台风强度综合预报业务流程基础上，发展包括基于多模式集合预报资料的台风生成预报概率技术、基于AI技术和风云四号气象卫星资料的台风快速增强判识技术等台风关键预报技术，为台风生成和强度预报提供有力的客观技术支撑。同时，基于概率密度匹配的洋面风订正技术和涡流分离的时空融合算法等技术方法，发展台风海洋融合智能网格大风预报技术，提供台风未来全过程逐小时智能网格大风预报和阵风预报；发展面向台风暴雨预报的集合预报成员优选订正技术，为台风风雨精细化预报提供客观化产品支撑。

许映龙说，目前台风监测预报的准确性和精细化程度，与不断增长的台风灾害防御服务需求仍有一定的差距，尤其针对台风路径和强度突变预报、台风陆上精细化路径预报、台风精细化风雨分布和台风极端风雨预报等方面，预报服务能力仍显不足。

下一步，中央气象台将加强多源观测资料在台风定强业务中的客观定量分析技术研发应用，提高台风定强的精度，保障台风预警的有效性和及时性。加强数值/集合预报模式及模式后处理技术研发改进工作，发展基于确定性模式、集合预报、中尺度模式、动力统计模式等多尺度模式和客观预报方法的综合集成预报应用技术，同时通过重大或疑难台风复盘技术总结和相关机理研究，提炼相关天气物理概念模型，提升台风预报预警能力，筑牢气象防灾减灾第一道防线。（张明禄 王周）

锋评

让台风防御更智慧更科学

围绕台风的防灾减灾是一项关系国计民生的重大课题。借助气象科技力量，不断提高台风灾害防御能力和气象服务水平，才能夯实灾害防御的根基，为人民美好生活保驾护航。

不久前，第二十届全国热带气旋科学讨论会暨全国热带气旋科学讨论会50周年纪念活动举行，来自全国气象部门、科研院所和高校的院士、专家、学者就热带气旋观测研究、气候变率与变化、结构与强度变化、风雨及灾害影响、人工智能及数值模式预报技术等科学问题，深入探讨如何用气象科技创新手段积极应对台风灾害挑战，把提高科技支撑能力作为减少台风灾害风险和保障人民生命财产安全的重要抓手，推动防灾减灾救灾事业发展。

长期以来，我国持续推进台风监测、预报预警和科学研究工作，台风学科发展和灾害防御水平不断提升。气象科技的进步，织密了台风预报预警的“安全网”，也筑牢了人民生命财产的“防护墙”。

得益于我国气象综合科技能力的提升和新一代信息技术应用场景的拓展，科技助力防灾减灾成果有目共睹，如在海洋灾害预警领域，建立“海天一体”的监测手段，将灾害带来的损失降到最小。面对台风，大数据、云计算、风险评估模型等气象科技前沿技术大显身手，以科技手段提升台风监测预警决策的精准度和抢险救灾的及时性，让台风防御更智慧、更科学。

科学技术是第一生产力，这个生产力应当在台风灾害防御中发挥攻坚克难的支撑作用。接下来，还要进一步加大科技成果转化和推广应用力度，加强台风预报预警新技术、新产品、新装备、新服务的发展和应用，在加快补齐科技创新短板、推进关键技术研发、更好地发挥科技支撑作用等方面，下更大力气、求更大突破。（李冬梅）

（责任编辑：苏杰西）