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预报影响香港的全年热带气旋数目

预报影响香港的全年热带气旋数目

李细明
2011年6月

自2001年开始,香港天文台已透过互联网向公众发布每年影响香港的热带气旋数目预测。这预测通常会以一组连续数字来表达,如5至7个热带气旋,并会早于香港的热带气旋季节(以下简称风季)前发表。热带气旋长期预报除满足了公众和传媒的兴趣外,亦可为决策者提供有用的参考资料。例如,有关部门可利用这些资讯在风季来临前做好防灾减灾的计划和准备。
昔日全年热带气旋预报的制定是建基于一个概念模型,这模型以该年预期的厄尔尼诺或拉尼娜状态为因子。经过多年的实践和经验,我们发现这个概念模型的预报技巧与气候平均法相约。近年来,天文台探讨利用主要气候预报中心发出的动力气候模式输出来改善全年热带气旋预报。这些动力气候模式输出可用来预报地区性的季度温度、雨量及热带气旋活动。
目前,影响香港的热带气旋活动定义为进入香港500公里范围内的热带气旋数目(N500)。这个定义既客观亦有意义:香港每年N500的长期平均与每年引致发出本地警告信号的热带气旋数目的气候平均值相约。也就是说,进入香港500公里范围的热带气旋意味着对香港有一定的影响,不论是天气或社会方面。图1 显示1971至2000年期间N500的月平均数目。香港的风季可大概定义为6至10月,因为这段时间内每个月份的平均N500均高于0.5。影响香港的热带气旋活动在7至9月期间最为活跃。一般情况下,全年热带气旋预测在每年3月发布,即风季开始前2个月。
天文台正探讨一个「统计-动力」的方法来预报香港的年N500。很多研究都使用Poisson分布来模拟在某段时间(例如:夏季)、某个地区(例如:南中国海)出现的热带气旋数目的分布。Poisson分布全由一个参数 -「平均出现次数」- 来决定,这个参数一般为未知数而须要从历史数据估计。因此,一个简单的预测热带气旋出现次数的方法就是基于历史数据的平均值。但这个恒常不变的预测是绝不能捕捉观测实况的年际变化。一个较好的预测是假设平均出现次数与一些随时间变化的环境因子(例如:风、海温)有关。这个假设颇为合理,因为热带气旋在某地区的出现要视乎它生成的位置及大气环流是否有利把它带到该区。这些环境因子可从全球动力气候模式的输出中抽取。在建立好旧有观测数据与相对应的环境因子之间的统计关系后,我们便可利用这统计关系来进行预报。
美国国家海洋及大气管理局气候预测中心(CPC)为世界气象组织指定的全球长期预报制作中心之一,在其网站提供以动力气候模式为基础的全球长期预报产品,包括预报及后报数据。天文台尝试以CPC提供的模式数据来预报香港年N500,研究时段为1982至2009年。为了公正地评估这个「统计-动力」方法的预报技巧,我们进行了交叉验证。在这个交叉验证过程中,我们每次遮蔽或删除一个数据,然后利用余下的数据来寻找因子、建立预报模型和预测被遮蔽/删除的数据。我们验证这些预测来评估这个方法的技巧。
图2显示香港年N500的实况观测和新方法给出的预报的时间序列。我们以气候平均为参考预报,其根均方误差为1.87。「统计-动力」的方法能把误差减少 30%至1.28。交叉验证的结果显示这预报方法有高实用潜力。为了更进一步提高预报技巧,我们须要尝试利用其他动力模式的输出并研究改良抽取环境因子的方法。
图1
图1︰ 1971至2000年进入香港500公里范围的热带气旋月平均数目。
 
图2
图2︰ 进入香港500公里范围的年热带气旋数目实况(红色)与「统计-动力」方法给出的预测(蓝色)。