西北太平洋是全球热带气旋活动最频繁的海域，该区域的热带气旋活动频发常给沿海地区造成严重影响，有效且无缝隙的热带气旋活动预报是灾害防御的关键，也是当前台风业务预报的主要内容和难点问题。随着计算机技术的快速发展、数值模式的不断完善、相关物理过程认识的逐步深入，过去几十年来台风活动预报水平有了较为明显的提高尤其是台风路径预报能力，可提供有效的天气（~10天）预报和季节（~3-6个月）预测。相比之下，延伸期预报技术的研究起步较晚、目前预测技巧也很有限。次季节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，也是当前国际天气气候研究的重要方向。因此，开展台风延伸期预报研究既是科研的重要课题，也是气象业务的迫切需求。
最近的研究综合考虑了多尺度环流系统对西北太平洋热带气旋生成的协同影响，融合了气候态、次季节与年际尺度的重要物理信息，基于多元正则逻辑回归方法构建了西北太平洋热带气旋生成的延伸期预报统计模型，并对1979-2019年期间热带气旋活动季节内（5-10月）西北太平洋及其三个子区域的热带气旋生成概率展开了回报试验（图1）。回报试验效果采用内部和外部交叉验证方法进行评估（图2）。评估结果表明该融合多尺度信息构建的正则逻辑回归延伸期预报模型具有较好的预报技巧，并指出了不同时间尺度预报因子对西北太平洋热带气旋生成区域预报技巧的影响不同（图3）。首先，热带气旋生成季节循环的再现能力是决定次季节预报性能的基础原因，若气候状态下热带气旋生成的季节变化特征能较好地重现，统计模型可更好地预测次季节时间尺度热带气旋生成，否则热带气旋生成的次季节预报能力则不如气候平均预报。其次，两类主要大气季节内振荡MJO和QBWO是影响次季节尺度热带气旋生成预报技巧的主要来源。同时，ENSO和两类主要大气季节内振荡对西北太平洋热带气旋生成预报技巧的影响存在显著的区域差异，这主要是ENSO对热带气旋生成位置的调控和ENSO期间大气季节内振荡对流活动传播的区域性特征密切相关。
进一步比较了构建的统计模型与国际上热带气旋生成延伸期预报能力最好的ECMWF动力模式对西北太平洋和三个子区域的延伸期预报能力。结果表明，对西北太平洋热带气旋生成，基于多尺度信息的正则逻辑回归延伸期预报模型的稳定性更好、次季节尺度热带气旋生成的概率预报技巧更高（图4）。
上述研究融合多尺度环流信息，基于多元正则逻辑回归方法构建了一套西北太平洋热带气旋生成的延伸期预报统计模型，可为防台减灾提供科学参考，也为其他天气气候事件的延伸期预报提供了有效的方法与思路。该工作由赵海坤教授、硕士研究生卢莹、美国洛杉矶分校蒋贤安研究员、复旦大学吴立广教授等共同完成，相关研究成果已发表在《Journal of Climate》上。
图1 统计模型构建方法及预报技巧评估示意图
图2基于内部和外部交叉验证的模型预报性能评估流程图
图3 构建的统计模型TC生成的整个西北太平洋和三个子区域的预报技巧
图4 ECMWF（实线）与构建的统计模型（虚线）预报技巧比较
论文信息
Zhao, H., Lu, Y., Jiang, X., et al. (2022). A Statistical Intraseasonal Prediction Model of Extended Boreal Summer Western North Pacific Tropical Cyclone Genesis, Journal of Climate, 35, 2459-2478.