2024年大西洋飓风季：预测与新模型的应用

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2024年大西洋飓风季：预测与新模型的应用

2024年大西洋飓风季预计将是一个创纪录的季节，美国国家海洋和大气管理局（NOAA）和迈阿密大学（2024USNews美国大学排名：67）的研究人员共同开发的新飓风预测模型将首次全面应用于这一季节。根据预测，今年将有17到25个命名风暴，其中8到13个将成为飓风。本文将深入探讨这一预测的背景、新模型的特点及其对未来飓风预测的影响。

2024年大西洋飓风季预测

根据NOAA的预测，今年的大西洋飓风季节可能比往年更加活跃和强劲。NOAA国家气象局的预报员在5月23日的新闻发布会上表示，今年大西洋飓风季节有85%的可能性会高于正常水平，10%的可能性接近正常水平，只有5%的可能性低于正常水平。大西洋飓风季节从6月1日开始，到11月30日结束。

NOAA预测今年将有17到25个命名风暴（风速达到每小时39英里或更高），其中8到13个可能发展成飓风（风速达到每小时74英里或更高），包括4到7个主要飓风（3、4或5类，风速达到每小时111英里或更高）。预报员对这些范围有70%的信心。

预计今年大西洋飓风活动高于正常水平的因素包括大西洋海洋温度接近历史最高水平、太平洋的拉尼娜现象、大西洋信风减少以及风切变减少，这些都促进了热带风暴的形成。

随着另一个活跃的飓风季节的临近，以及一些地区正在经历龙卷风、冰雹和洪水等严重风暴，NOAA的任务是让公众了解即将到来的风暴和飓风的形成和轨迹，以便家庭和个人能够更好地做好准备。NOAA已经实施了预报通信改进，进行了操作系统升级，升级了沿海天气浮标，并增加了新的飓风分析和预报工具，以更好地服务公众。

NOAA的气候预测中心将在8月初更新2024年大西洋飓风季节展望，正值飓风季节的历史高峰期之前。

新飓风预测模型：NOAA与迈阿密大学的合作

2021年9月30日，一艘无人驾驶的Saildrone表面车辆在西北热带大西洋拦截了飓风Sam的风眼墙，记录了100英里每小时的风速和30英尺高的海浪。该任务不仅创造了新的世界纪录，还收集了有助于改进飓风强度预测的上层海洋温度数据。NOAA的研究表明，这些数据可以直接用于天气预报系统，从而提高飓风强度预测的准确性。Saildrone 1045在百慕大完成任务后，NOAA继续与Saildrone公司合作，增加了追踪飓风的无人驾驶船只数量，并计划在未来的任务中添加新的传感器。此次任务的成功展示了Saildrone在极端天气条件下收集高质量数据的能力，并为改进飓风预测提供了宝贵的实地观测数据。

迈阿密大学海洋与大气研究所的高级软件工程师威廉·拉姆斯特罗姆（William Ramstrom）在过去五年中一直致力于开发飓风分析和预测系统（HAFS）。HAFS在2022年作为实验模型与现有模型一起运行，今年夏天将成为NOAA的官方飓风预测模型之一。HAFS使用更高的模型分辨率来更好地捕捉飓风的细节，并通过嵌套网格跟踪飓风的移动，以更好地模拟飓风眼和眼墙的物理过程。

飓风分析和预测系统（HAFS）

本文介绍了美国国家环境预测中心（NCEP）首个版本的飓风分析和预报系统（HAFS）的物理方案。HAFS基于NOAA的统一预报系统（UFS）框架，专门用于热带气旋（TC）的研究和预报。HAFS的第一个操作版本（HAFSv1）于2023年6月在NCEP实施，作为HWRF和HMON模型的替代品。HAFSv1有两个配置（HFSA和HFSB），主要区别在于采用的微物理方案和TC特定的修改。HFSA使用GFDL单时刻微物理方案，而HFSB使用Thompson双时刻微物理方案。实验表明，TC特定的修改和不同的微物理方案对HAFS的性能有显著影响。

HFSA和HFSB的TC特定修改包括基于观测的海面粗糙度长度、增加的近地面混合长度、增加的深对流方案中的夹卷率以及针对TC边界层的调整。实验结果显示，这些修改改善了强循环的Vmax预报，而不会降低路径预报的准确性。尽管这些修改对R34、R50和R64的均方根误差影响不大，但对平均偏差有显著影响，尤其是对R34的平均偏差影响最大。RMW的误差和偏差不受这些修改的影响。所有修改都提高了观测到的RI事件的检测概率（POD）和预报RI事件的虚警率（FAR）。尽管POD仍然较低，FAR仍然较高，但POD的改进大于FAR的改进。使用Thompson微物理方案的实验表明，它可以显著改善HFSA的强弱循环强度预报以及RI预报的POD和FAR。未来的HAFS升级将主要集中在增加HFSA和HFSB之间的多样性、改进快速强度变化的预报、减少长时间预报的强度误差以及改进涡旋结构预报。

改进海面物理过程和云行为的飓风预测

2022年NOAA科学报告展示了多项科学成就，包括发现207年前的捕鲸船、改进空气质量预报、提升风暴潮和风力预报，以及首次使用无人机为濒危鲸鱼进行标记。报告中提到，NOAA通过远程技术在墨西哥湾发现了一艘207年前的捕鲸船残骸，这一发现揭示了美国历史上一段鲜为人知的篇章。NOAA还与环保署合作，利用卫星数据改进空气质量预报，特别是针对野火增加带来的空气质量问题。为了应对科罗拉多河流域的干旱问题，NOAA开展了为期两年的SPLASH研究，旨在更好地理解影响流域的物理过程。NOAA还通过三维组件增强了风暴潮和潮汐预报系统，并利用合成孔径雷达图像改进风力预报。此外，NOAA与多家机构合作，成功使用无人机为濒危的塞鲸进行数字声学记录标签的安装，这种方法比传统方法更安全高效。报告还提到，NOAA在2017至2021年间发表了超过一万篇关于天气、水和气候科学的论文，反映了其在地球系统科学研究方面的长期贡献。

NOAA和迈阿密大学的科学家团队还改进了海面物理过程的处理以及云中雨和冰的行为，这些都是准确预测飓风强度的重要因素。未来四年，HAFS将进行重大升级，包括测试覆盖整个北大西洋飓风盆地的盆地规模版本，并在研究超级计算机上运行实验版本，以提高预测准确性。

HAFS在2023年表现出色，预测准确性比之前的模型提高了10%到15%。NOAA还计划在未来几年内将HAFS用于太平洋飓风季的预测，并在全球其他热带气旋盆地运行HAFS模型。

结论

2024年大西洋飓风季的预测显示出极高的活跃度，这对沿海地区的居民和应急管理部门提出了更高的要求。NOAA和迈阿密大学合作开发的新飓风预测模型HAFS，将在这一季节中首次全面应用，其高分辨率和改进的物理过程处理能力有望显著提高飓风预测的准确性。随着HAFS的不断升级和改进，我们有理由相信未来的飓风预测将更加精准，为公众提供更可靠的预警信息，帮助减少灾害损失。