《Tropical Cyclone Research and Review》：Track forecast error analysis for landfall of Chanthu under effects of a Northeast cold vortex in 2021
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本研究针对2021年台风"灿都"在东北冷涡影响下出现的显著路径预报误差问题，通过多源观测资料和数值预报产品分析，揭示了副热带高压配置偏差和台风垂直结构低估是导致预报失误的关键因素，为高影响台风近海预报不确定性提供了新的机理认识。
在西北太平洋地区，台风每年都给沿海地区带来严重威胁。尽管过去三十年间台风路径预报准确率显著提升，但在某些特殊天气形势下，预报误差仍然较大。2021年超级台风"灿都"就是一个典型案例，这个在24小时内从热带风暴加强为超强台风的气旋，在靠近台湾后转向北移，大多数官方预报和集合成员都预测其将在上海登陆，然而实际情况是台风在近海滞留数日后转向日本，这一预报失误对防灾决策和公众准备造成了重大影响。
为什么一个强度如此强大的台风会让预报模型"失准"？这背后隐藏着怎样的天气学机理？发表在《Tropical Cyclone Research andReview》上的这项研究，通过多角度诊断分析，揭示了东北冷涡与副热带高压的相互作用如何主导了"灿都"的特殊路径。
为了深入探究这一问题，研究团队采用了多源数据综合分析的方法。他们获取了上海台风研究所的最佳路径资料，收集了包括AVNO、BABJ、ECMWF和JMA在内的多家业务中心确定性预报产品，并利用ECMWF的51成员集合预报系统分析预报不确定性。通过ERA5再分析资料和NCEP-GFS预报场，研究人员系统比较了500百帕位势高度场等关键环境场特征，并计算了不同层次（200-500百帕、500-850百帕和200-850百帕）的引导气流，以诊断台风垂直结构对环境气流响应的差异。
3.1. 灿都（2021）回顾
路径和强度演变
超级台风灿都（国际编号：2114）是2021年西北太平洋台风季的第14个命名热带气旋。研究显示，该台风在生成后24小时内从热带风暴迅速增强为超强台风，并于9月10日14时北京时达到峰值强度，最大持续风速达68米/秒。特别值得注意的是，灿都维持超强台风强度超过80小时，是2021年季节中持续时间最长的强热带气旋之一。
路径和强度预报误差
预报误差分析揭示了两个误差显著阶段——生成初期和转向阶段。在台风接近上海期间的转向阶段，24小时路径预报误差超过150公里。强度预报方面，所有机构在灿都接近上海时都显著低估了实际风暴强度，且预报的台风垂直结构偏浅，限制了对流层高层引导气流的影响。
3.2. 天气尺度环境气流
天气尺度环境气流是台风运动的主要引导机制，500百帕位势高度场是路径预测的关键诊断工具。分析表明，当灿都北移时，其逐渐切断了副热带高压的两侧结构。至9月13日，副高脊线东移，大陆部分副高增强，台风位于天气系统间的鞍形区，增加了预报不确定性。此外，位于灿都北部的上层冷涡在西风带影响下东移，与中纬度槽的相互作用对路径产生重要影响。
通过比较不同初始时间的确定性预报发现，9月11日初始化的预报中东北冷涡东传更快，导致槽后脊快速重建并与副高重新连接，在风暴北侧和东侧形成阻塞高压，减少了深层引导的东向分量，使轨迹偏西并促进准静止运动。而冷涡传播较慢的预报则因中纬度西风带的南伸加强而允许台风到达更接近实际路径的纬度。
集合预报成员分析进一步证实，那些预测台风登陆或靠近海岸的成员（第二组）与预测台风保持海上的成员（第一组）相比，在副高配置和北部高压系统强度上存在系统性差异。第二组成员中副高更加纬向对称，北部高压系统更强，对台风产生更直接的西向影响。
3.3. 强度（TC的垂直范围）
热带气旋的垂直范围与其强度密切相关。强度越强的TC通常在对流层中垂直延伸越深，使其更容易受到高层环境引导气流的影响。分析发现，9月11日和12日初始化的确定性预报显著低估了灿都的强度，导致模拟的台风垂直结构偏浅，限制了对流层高层引导气流的响应。尽管此期间存在东向的高层引导气流，但模拟的浅薄涡旋未能对该层次气流做出响应，这可能是导致近海西偏误差的重要原因。
3.4. 引导气流
引导气流代表了周围环境风场、风暴垂直范围及其水平尺度的综合效应。针对相对较小的灿都，研究将引导气流分析限制在距台风中心300-700公里的径向带内。结果表明，在9月12日08时至13日期间，台风的移动方向与高层（200-500百帕）引导气流密切吻合，表明系统垂直深厚且受高层引导控制。但此后，随着台风强度快速减弱和结构变浅，低层（500-850百帕）引导气流成为主导台风运动的主要因素。这一引导层次主导性的转变与风暴的快速强度变化密切相关。
4. 讨论
本研究系统分析了台风灿都（2021）预报路径误差的来源，指出预报误差主要来自两个方面：副热带高压表征不准确以及风暴强度和垂直范围低估。在ECMWF确定性和集合预报中，较弱、较浅的涡旋主要受低对流层气流引导，使得路径对局部副高偏差更加敏感，导致显著的近登陆偏差。这些发现强调了在业务预报系统中准确初始化环境背景和风暴结构的重要性。即使相对较小的风暴强度误差也可能改变主导引导层，导致预测路径出现较大偏差。
该研究的意义在于，它揭示了高影响台风近海预报中的关键不确定性来源，特别是副热带高压配置与台风垂直结构的协同影响机制。研究结果提示，未来改进台风预报不仅需要提升环境场的预测准确性，还需要特别关注台风本身强度与垂直结构的正确表征。对于类似灿都这样在复杂天气形势下接近沿海地区的高影响台风，综合考虑环境场偏差和风暴结构误差的相互作用，将有助于提高路径预报的可靠性，为防灾减灾决策提供更可靠的科学依据。
