姚佳偉 段晚鎖

1 中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所大氣科學(xué)和地球流體力學(xué)數(shù)值模擬國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029

2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)地球與行星科學(xué)學(xué)院，北京 100049

1 引言

熱帶氣旋（Tropical Cyclone; TC）是破壞性最大的天氣系統(tǒng)之一，常常給沿海國(guó)家和地區(qū)的人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成巨大損失（Peduzzi et al., 2012），因此，TC 的預(yù)報(bào)具有重要意義。隨著衛(wèi)星、雷達(dá)等觀測(cè)資料的完善、資料同化技術(shù)的改進(jìn)以及數(shù)值模式質(zhì)量的提高，TC 路徑預(yù)報(bào)技巧顯著提高（Rogers et al., 2006）。對(duì)于TC 強(qiáng)度，因?yàn)槠涫艿讲煌叨纫蜃酉嗷プ饔玫挠绊懀∕ontgomery and Smith, 2017），機(jī)理相對(duì)更復(fù)雜，從而導(dǎo)致TC 強(qiáng)度的預(yù)報(bào)具有很大挑戰(zhàn)性。

已有研究表明，TC 強(qiáng)度預(yù)報(bào)的不確定性受到多種誤差來源的影響。Emanuel and Zhang（2016）研究指出，在TC 發(fā)展的初始階段，初始渦旋誤差對(duì)TC 強(qiáng)度預(yù)報(bào)誤差起主要作用；而在隨后階段，路徑及垂直風(fēng)切變誤差對(duì)TC 強(qiáng)度預(yù)報(bào)誤差影響較大。Nasrollahi et al.（2012）研究表明，參數(shù)化過程（如積云對(duì)流參數(shù)化）的不確定性對(duì)TC 強(qiáng)度預(yù)報(bào)模擬也有重要的影響（亦見Parker et al., 2017）。事實(shí)上，前人的工作主要考慮了大氣的初始場(chǎng)不確定性或參數(shù)不確定性對(duì)TC 強(qiáng)度預(yù)報(bào)誤差的影響，而很少考慮海溫誤差的影響，甚至認(rèn)為海表溫度（SST）對(duì)TC 強(qiáng)度影響較?。‥vans, 1993；Parker et al., 2017）。然而，大量的觀測(cè)和理論研究表明，TC 和海洋之間存在強(qiáng)烈的相互作用。如Emanuel（1988）提出的MPI（Maximum Potential Intensity）理論將TC 看作一個(gè)熱機(jī)，TC 最大的可能強(qiáng)度（MPI）取決于下墊面的SST 與對(duì)流層出流溫度，而Demaria and Kaplan（1994）以及Schade（2000）研究表明，當(dāng)海溫大于24°C 時(shí)，對(duì)流層出流溫度與SST 存在線性關(guān)系。綜合兩者可知，TC 的MPI是由SST 所決定的。Emanuel et al.（1994）提出WISHE（Wind Induced Surface Heat Exchange）機(jī)制，進(jìn)一步表明了SST 對(duì)TC 強(qiáng)度發(fā)展具有重要影響。另外，由于TC 對(duì)海洋的抽吸和攪拌作用，伴隨著SST 的冷卻現(xiàn)象（Price, 1981; Shay et al.,1992; Schade and Emanuel, 1999; Srinivas et al.,2016），臺(tái)風(fēng)內(nèi)部向上的熱通量會(huì)被抑制，進(jìn)而抑制TC 強(qiáng)度增強(qiáng)，從而使得實(shí)際觀測(cè)或者模擬的TC 強(qiáng)度低于MPI 理論的結(jié)果。特別地，Torn（2016）研究指出，SST 不確定性對(duì)TC 強(qiáng)度預(yù)報(bào)的影響大于模式參數(shù)不確定性的影響，尤其在預(yù)報(bào)或模擬的后期階段，SST 不確定性對(duì)強(qiáng)度預(yù)報(bào)的影響與大氣不確定性的影響是相當(dāng)?shù)摹?/p>

目前大部分TC 業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)模式采用固定的海溫條件，這樣就忽略了SST 負(fù)反饋過程的作用（Winterbottom et al., 2012; Sun et al., 2014）；即使采用耦合模式，由于模式本身的不確定性，或者耦合頻率較低等問題，耦合模式模擬的SST 也會(huì)存在誤差（Davis et al., 2008; Scoccimarro et al., 2017）。所以，SST 誤差在TC 預(yù)報(bào)或模擬中是不可避免的。從以上討論可以看出，這里的SST 誤差不僅可以理解為由于海溫觀測(cè)的不準(zhǔn)確或者耦合模式TC 與海洋相互作用描述不夠完美而導(dǎo)致的。

基于上述討論，我們自然會(huì)問：如何提高SST 強(qiáng)迫場(chǎng)的準(zhǔn)確性或者與TC 強(qiáng)度相關(guān)的TC—海洋相互作用的模擬水平，進(jìn)而提高臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的預(yù)報(bào)水平？毫無疑問，增加觀測(cè)是提高SST 強(qiáng)迫場(chǎng)準(zhǔn)確性的有效途徑。同時(shí)，為了在耦合模式中準(zhǔn)確刻畫TC—海洋的相互作用，模式研究者也是基于大量的觀測(cè)事實(shí)去構(gòu)建能夠反映TC—海洋相互作用的優(yōu)化模型，從而改進(jìn)海溫的模擬能力。顯然，兩個(gè)方面都需要增加觀測(cè)來實(shí)現(xiàn)。那么，為了有效提高TC 強(qiáng)度的模擬水平，我們究竟應(yīng)該在哪個(gè)區(qū)域或者臺(tái)風(fēng)演變的哪個(gè)階段對(duì)SST 優(yōu)先進(jìn)行觀測(cè)呢？該問題實(shí)際上涉及到始于1990s 的“目標(biāo)觀測(cè)”新策略（Snyder, 1996; Mu, 2013）。目標(biāo)觀測(cè)是作為改善初始場(chǎng)問題被首先提出的，主要思路如下：為了提高某一天氣、氣候事件在未來時(shí)刻（驗(yàn)證時(shí)刻）在所關(guān)心的區(qū)域（驗(yàn)證區(qū)域）的預(yù)報(bào)技巧，而在此時(shí)刻之前的某一時(shí)刻（目標(biāo)時(shí)刻），在一些關(guān)鍵區(qū)域（亦稱“敏感區(qū)”）增加額外觀測(cè)，通過同化這些額外觀測(cè)而形成一個(gè)更加合適的初始場(chǎng)，從而最大限度地減小驗(yàn)證區(qū)域的預(yù)報(bào)誤差（詳見Mu,2013）。

如上所述，目標(biāo)觀測(cè)被用于減小初始誤差（Petersen and Thorpe, 2007; Wu et al., 2007; Buizza et al., 2007; Qin and Mu, 2012; Duan and Hu, 2016）。為了探究外強(qiáng)迫的不確定性對(duì)模擬技巧的影響，Wen and Duan （2019）將目標(biāo)觀測(cè)的思想拓展到減小外強(qiáng)迫誤差，分析了究竟哪個(gè)區(qū)域的觀測(cè)能夠有效地減小強(qiáng)迫誤差的影響，而提高數(shù)值模式模擬技巧。在本研究中，我們擬從SST 強(qiáng)迫對(duì)TC 強(qiáng)度模擬的影響的角度探討TC 強(qiáng)度模擬的不確定性。所以，我們采用Wen and Duan（2019）提出的外強(qiáng)迫目標(biāo)觀測(cè)思路，即探討對(duì)TC 強(qiáng)度模擬影響最大的SST 強(qiáng)迫目標(biāo)觀測(cè)。

目標(biāo)觀測(cè)的關(guān)鍵是確定目標(biāo)觀測(cè)敏感區(qū)。根據(jù)Wen and Duan（2019）的思路，若要確定外強(qiáng)迫目標(biāo)觀測(cè)敏感區(qū)，應(yīng)首先確定對(duì)TC 強(qiáng)度模擬不確定性影響最大的SST 外強(qiáng)迫誤差。事實(shí)上，Yao et al.（2021）已經(jīng)利用WRF 模式探討了SST 強(qiáng)迫不確定性對(duì)西北太平洋12 個(gè)TC 強(qiáng)度模擬的影響，并獲得了對(duì)TC 強(qiáng)度影響最大的海溫強(qiáng)迫誤差模態(tài)，即具有非線性強(qiáng)迫奇異向量（NFSV）空間結(jié)構(gòu)的SST 強(qiáng)迫誤差。NFSV 是指能夠?qū)е伦畲箢A(yù)報(bào)誤差或模擬誤差的外強(qiáng)迫誤差（Duan and Zhou, 2013）。該方法已被成功應(yīng)用于臺(tái)風(fēng)、厄爾尼諾和源區(qū)黑潮等高影響天氣氣候事件的可預(yù)報(bào)性研究中（Duan and Zhao, 2015; Wen and Duan, 2019; Qin et al.,2020），獲得了有意義的結(jié)果。不同于初始場(chǎng)的目標(biāo)觀測(cè)，強(qiáng)迫場(chǎng)的目標(biāo)觀測(cè)策略既涉及到在哪個(gè)區(qū)域進(jìn)行目標(biāo)觀測(cè)，又需要考慮在哪個(gè)時(shí)段進(jìn)行目標(biāo)觀測(cè)能取得最優(yōu)的效果。如上所述，Yao et al.（2021）已經(jīng)得到了對(duì)TC 強(qiáng)度模擬不確定性影響最大的NFSV 型SST 強(qiáng)迫誤差。NFSV 型SST 強(qiáng)迫誤差是定常的，它可以理解為對(duì)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度模擬具有最大影響的SST 強(qiáng)迫的系統(tǒng)性偏差，也可理解為模擬時(shí)段內(nèi)對(duì)TC 強(qiáng)度影響最大的SST 強(qiáng)迫誤差的均值。另外，定常的NFSV 型SST 強(qiáng)迫誤差，使得TC 強(qiáng)度模擬在每個(gè)時(shí)刻受到相同大小和相同空間分布的海溫強(qiáng)迫誤差的影響，這便于我們?cè)谙嗤瑮l件下比較TC 強(qiáng)度模擬不確定性對(duì)不同時(shí)段SST 強(qiáng)迫誤差的敏感依賴性，從而獲得SST 強(qiáng)迫的最優(yōu)目標(biāo)觀測(cè)時(shí)段。因此，在上述研究的基礎(chǔ)上，本文針對(duì)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度模擬的海溫目標(biāo)觀測(cè)，提出以下問題：（1）如何根據(jù)NFSV 型SST 強(qiáng)迫誤差確定TC 強(qiáng)度模擬在海洋上的SST 目標(biāo)觀測(cè)布局以及最優(yōu)觀測(cè)時(shí)段？（2）最優(yōu)觀測(cè)時(shí)段的目標(biāo)觀測(cè)及其觀測(cè)布局能在多大程度上改進(jìn)TC 強(qiáng)度的模擬水平？

2 WRF 模式及方法

本文使用WRF-ARW（The Weather Research and Forecasting Model，the Advanced Research WRF）3.8.1 版本。WRF 模式是中尺度非靜力可壓縮的大氣動(dòng)力模式，常常用于TC 強(qiáng)度和路徑的預(yù)報(bào)研究。對(duì)于WRF 模式，本文采用如下參數(shù)化過程：（1）云微物理過程，采用Lin et al.（1983）提出的參數(shù)化方案；（2）積云對(duì)流過程，采用Kain-Fritsch 方案（Kain, 2004）；（3）長(zhǎng)、短波輻射參數(shù)化過程，分別采用Rapid Radiative Transfer Model（RRTM;Mlawer et al., 1997）和Dudhia 參數(shù)化方案（Dudhia,1989）；（4）邊界層參數(shù)化過程，采用Yonsei University 的參數(shù)化方案（Hong et al., 2006）。為了考慮海洋對(duì)TC 強(qiáng)度模擬的影響，該研究引入了隨時(shí)間變化的海溫強(qiáng)迫場(chǎng)，即通過每6 小時(shí)輸入觀測(cè)的SST 來強(qiáng)迫WRF 模式；在差分網(wǎng)格分辨率上，水平網(wǎng)格采用30 km×30 km，設(shè)置垂直方向24 層，而頂層為50 hPa；模式的時(shí)間積分步長(zhǎng)為90 s，每個(gè)臺(tái)風(fēng)模擬積分時(shí)長(zhǎng)為5 天，每3 小時(shí)輸出一次結(jié)果，共40 個(gè)輸出時(shí)次。模式初始化中用到的大氣資料（包括風(fēng)、溫、壓、濕、降水等）來自于美國(guó)國(guó)家大氣環(huán)境研究中心（the National Centers for Environmental Prediction，NCEP）的FNL 再分析數(shù)據(jù)，其精度為1°×1°；地形高度也是采用NCEP提供的高精度地形數(shù)據(jù)；觀測(cè)的海溫資料來自于NCEP 的實(shí)時(shí)海溫再分析，精度為0.083°×0.083°。因?yàn)镹CEP 的海溫再分析是逐日資料，不符合模式積分步長(zhǎng)的時(shí)間，所以本研究將逐日的海溫資料進(jìn)行了時(shí)間上的插值，得到了步長(zhǎng)為6 小時(shí)的海溫強(qiáng)迫場(chǎng)，然后用于WRF 模式強(qiáng)迫大氣。

該研究仍然采用Yao et al.（2021）所研究的12 個(gè)TC 個(gè)例。這些TC 個(gè)例的移動(dòng)路徑受SST 強(qiáng)迫誤差的影響很小，從而排除了移動(dòng)路徑的變化對(duì)TC 強(qiáng)度的影響?；赮ao et al.（2021）揭示的NFSV 型SST 強(qiáng)迫誤差，本文采用觀測(cè)系統(tǒng)模擬試驗(yàn)（OSSE）確定TC 強(qiáng)度模擬的SST 目標(biāo)觀測(cè)布局及最優(yōu)觀測(cè)時(shí)段。所謂OSSE，即首先將在模式合理設(shè)置下的一次數(shù)值模擬作為“真實(shí)”場(chǎng)（Nature Run），并基于該“真實(shí)”場(chǎng)的格點(diǎn)構(gòu)建模擬觀測(cè)資料，然后評(píng)估加入模擬觀測(cè)資料后的預(yù)報(bào)與“真實(shí)”場(chǎng)的擬合程度，以此分析觀測(cè)系統(tǒng)的觀測(cè)對(duì)數(shù)值模擬效果改善的程度（Privé et al.,2021）。該方法不考慮模式誤差的影響，它使用模擬觀測(cè)，將其同化到模式初始場(chǎng)，避免了因?yàn)槿鄙儆^測(cè)而無法提供模式初始場(chǎng)進(jìn)行模擬研究的局限性，該方法可為未來的觀測(cè)提供合理有效的建議（Arnold and Dey, 1986）。具體到該研究考慮的SST 外強(qiáng)迫場(chǎng)，采用的OSSE 步驟如下：（1）對(duì)所研究的TC，將其演變過程中每6 小時(shí)所對(duì)應(yīng)的再分析SST 場(chǎng)作為“真實(shí)”的隨時(shí)間變化的SST，應(yīng)用于WRF 的強(qiáng)迫場(chǎng)；采用FNL 初始分析場(chǎng)作為大氣初始場(chǎng)，積分WRF 120 小時(shí)，作為“Nature Run”。（2）根據(jù)Yao et al.（2021）研究中的198 個(gè)海溫強(qiáng)迫擾動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果，遴選出對(duì)TC 強(qiáng)度有較大影響的20 個(gè)SST 強(qiáng)迫誤差（以SST 強(qiáng)迫誤差引起的TC 強(qiáng)度在整個(gè)模擬區(qū)間的總誤差超過300 hPa來衡量），將其疊加到“真實(shí)”的SST 強(qiáng)迫場(chǎng)，并l 積分模式120 小時(shí)，作為“Control Run”。（3）根據(jù)NFSV 型SST 強(qiáng)迫誤差確定目標(biāo)觀測(cè)布局的網(wǎng)格點(diǎn)。（4）在模擬過程中的各個(gè)時(shí)刻的觀測(cè)網(wǎng)格點(diǎn)上構(gòu)造模擬觀測(cè)，并將其同化到“Control Run”的SST 強(qiáng)迫場(chǎng)，得到更新的SST 強(qiáng)迫分析場(chǎng)。（5）用更新的SST 強(qiáng)迫分析場(chǎng)替換步驟（1）中“真實(shí)”的SST 強(qiáng)迫場(chǎng)，積分模式120 小時(shí)，將得到的模擬結(jié)果記為“Sensitive Run”，并與“Control Run”比較，考察目標(biāo)觀測(cè)在提高臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度模擬技巧中的有效性。根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康牡牟町悾撗芯繉SSEs 分為兩類，OSSE-S 和OSSE-T。在OSSE-S 中將進(jìn)行4 組OSSEs，每組試驗(yàn)的區(qū)別在于第三步驟不同，詳見表1；在OSSE-T 中將進(jìn)行2 組OSSEs，每組試驗(yàn)區(qū)別在于第五步驟不同，詳見表2。

表1 OSSE-S 第三步設(shè)置說明Table 1 Settings of Step 3 of OSSE-S

表2 OSSE-T 第五步設(shè)置說明Table 2 Settings of Step 5 of OSSE-T

為評(píng)估目標(biāo)觀測(cè)對(duì)TC 強(qiáng)度模擬的改善程度（ η），采用公式（1）作為度量：

其中，ECtrl為“Control Run”相對(duì)于“Nature Run”的TC 強(qiáng)度誤差，ESen為“Sensitive Run”相對(duì)于“Nature Run”的TC 強(qiáng)度誤差。TC 強(qiáng)度誤差E采用公式（2）計(jì)算：

其中，Pn為“Nature Run”的TC 強(qiáng)度，P為“Sensitive Run”或“Control Run”的TC 強(qiáng)度，這里的TC 強(qiáng)度采用最小海平面氣壓度量。

該研究采用最優(yōu)差值（Optimal Interpolation，OI）資料同化方法同化SST 模擬觀測(cè)。最優(yōu)插值方法的同化公式如下：

其中，Xa是分析場(chǎng)，Xb為背景場(chǎng)，y是觀測(cè)值；H為從背景場(chǎng)到觀測(cè)場(chǎng)的映射矩陣，即觀測(cè)算子；K為增益矩陣，如公式（4）所示：

這里的B為背景誤差協(xié)方差矩陣，O為觀測(cè)誤差協(xié)方差矩陣；下面的公式（5）給出的是權(quán)重系數(shù)wi,j（即第j個(gè)模式格點(diǎn)到第i個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的權(quán)重系數(shù)）的計(jì)算公式，采用了距離平方反比：

3 最優(yōu)目標(biāo)觀測(cè)布局和最優(yōu)觀測(cè)時(shí)間的確定

對(duì)于強(qiáng)迫場(chǎng)的目標(biāo)觀測(cè)，其關(guān)鍵既要確定目標(biāo)觀測(cè)敏感區(qū)，又要識(shí)別最優(yōu)的目標(biāo)觀測(cè)時(shí)段。根據(jù)Yao et al.（2021）的結(jié)論，NFSV 型SST 強(qiáng)迫誤差對(duì)TC 強(qiáng)度模擬不確定性具有最大影響，且NFSV 誤差的大值區(qū)主要位于TC 的移動(dòng)路徑上，發(fā)生在TC 快速增強(qiáng)階段（如圖1 所示）。該結(jié)論意味著，NFSV 型SST 強(qiáng)迫誤差導(dǎo)致TC 強(qiáng)度最大的模擬誤差，代表了TC 強(qiáng)度模擬的最敏感的SST誤差，而誤差的大值區(qū)則表明了TC 強(qiáng)度模擬對(duì)該區(qū)域以及對(duì)應(yīng)時(shí)段的SST 誤差最敏感。如果在該區(qū)域和相應(yīng)時(shí)段增加額外觀測(cè)，改善SST 強(qiáng)迫場(chǎng)，則TC 強(qiáng)度的模擬水平可能會(huì)明顯改善。所以，NFSV 型SST 強(qiáng)迫誤差的大值區(qū)可能代表了TC 強(qiáng)度模擬的海溫目標(biāo)觀測(cè)敏感區(qū)，其所在階段也可能代表了TC 強(qiáng)度模擬對(duì)海溫目標(biāo)觀測(cè)的敏感階段。因此，我們可以根據(jù)NFSV 型SST 強(qiáng)迫誤差的大值區(qū)來確定TC 強(qiáng)度模擬的SST 目標(biāo)觀測(cè)布局以及最優(yōu)觀測(cè)時(shí)段。

3.1 最優(yōu)目標(biāo)觀測(cè)布局的確定

理論上，在NFSV 型SST 強(qiáng)迫誤差場(chǎng)中，網(wǎng)格點(diǎn)上誤差越大意味著TC 強(qiáng)度模擬對(duì)該格點(diǎn)誤差越敏感，而目標(biāo)觀測(cè)就越應(yīng)該布置在該格點(diǎn)的位置。為了確定能夠有效提高TC 強(qiáng)度模擬水平的目標(biāo)觀測(cè)的最優(yōu)觀測(cè)布局，我們首先進(jìn)行兩組OSSE 試驗(yàn)，即OSSE-S-I 和OSSE-S-II，并以圖1 中TC 個(gè)例Soulik 為例進(jìn)行介紹。

圖1 12 個(gè)TC 個(gè)例的非線性強(qiáng)迫奇異向量（NFSV）型SST 強(qiáng)迫誤差結(jié)構(gòu)（陰影，單位：K）。其中點(diǎn)為TC 的路徑；藍(lán)色、綠色、黃色、紅色、紫色的點(diǎn)分別代表模擬TC 強(qiáng)度大小在980～1000 hPa、970～980 hPa、960～970 hPa、950～960 hPa 和900～950 hPa 的范圍內(nèi)Fig. 1 Patterns of Nonlinear Forcing Singular Vector (NFSV)-type SST forcing errors (shaded, units: K) of the selected 12 TC cases. The dots represent the tracks of TCs and the blue, green, yellow, red, and purple dots indicate the simulated TC intensity within 980-1000 hPa, 970-980 hPa,960-970 hPa, 950-960 hPa and 900-950 hPa

OSSE 試驗(yàn)的步驟如第二節(jié)所示，OSSE-S-I和OSSE -S-II 的差別在于第三步，即目標(biāo)觀測(cè)的布局不同。OSSE-S-I 的第三步是根據(jù)NFSV 型SST 強(qiáng)迫誤差大小，依次在誤差大小排名前20、40、60、···、120、140、···、240 的格點(diǎn)分別構(gòu)建模擬觀測(cè)。當(dāng)構(gòu)建的觀測(cè)數(shù)低于120（即選取的格點(diǎn)數(shù)低于120）時(shí)，目標(biāo)觀測(cè)敏感區(qū)主要分布于（20°N～26°N，132°E～140°E）（記為區(qū)域A）；當(dāng)選取的格點(diǎn)數(shù)超過120 時(shí)，在（24°N，130°E）附近出現(xiàn)新的目標(biāo)觀測(cè)區(qū)（如圖2 所示）。

圖2 Soulik 個(gè)例的NFSV 型SST 強(qiáng)迫誤差中前20、40、···、240 個(gè)大值點(diǎn)所構(gòu)成的敏感區(qū)范圍Fig. 2 Regions of the sensitive area identified by the leading 20, 40, ···, 240 large values of the NFSV-type SST forcing error for TC Soulik

這里的模擬觀測(cè)是在“真實(shí)”的SST 上疊加服從N（0，0.1）分布的隨機(jī)誤差而構(gòu)造的。選取上述不同數(shù)目的模擬觀測(cè)，將其同化到“Control Run”的SST 強(qiáng)迫場(chǎng)，利用更新的SST 強(qiáng)迫場(chǎng)積分WRF，考察TC 強(qiáng)度模擬誤差的變化情況。結(jié)果表明，如果僅同化NFSV 型SST 強(qiáng)迫誤差前20個(gè)大值點(diǎn)的模擬觀測(cè)時(shí)，即可使得TC 強(qiáng)度模擬誤差減小67%（如圖3 所示），而且隨著同化模擬觀測(cè)數(shù)的進(jìn)一步增加，TC 強(qiáng)度模擬技巧的改善程度逐漸增加，并在同化的模擬觀測(cè)數(shù)達(dá)到120 時(shí)，TC 強(qiáng)度模擬改善程度達(dá)到峰值，模擬誤差減小達(dá)到76.8%。然而，當(dāng)目標(biāo)觀測(cè)敏感區(qū)范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，同化的模擬觀測(cè)數(shù)進(jìn)一步增加時(shí)，TC 強(qiáng)度模擬的改善程度會(huì)出現(xiàn)一定程度的下降（見圖3）。

圖4 給出了同化不同數(shù)量模擬觀測(cè)后，SST 強(qiáng)迫場(chǎng)的改善情況。從圖中可以看出，當(dāng)模擬觀測(cè)數(shù)少于120 時(shí)，SST 強(qiáng)迫誤差主要減小的是區(qū)域A的誤差，且SST 誤差減小幅度隨著模擬觀測(cè)數(shù)的增加而增大（如圖5 所示）；而當(dāng)模擬觀測(cè)數(shù)超過120 以后，SST 強(qiáng)迫誤差減小的主要區(qū)域轉(zhuǎn)移到區(qū)域B（即20°N～26°N，128°E～132°E ；圖4），且區(qū)域A 的SST 誤差的改善程度傾向于隨著觀測(cè)數(shù)的增加達(dá)到飽和后降低（圖5）。這種SST 強(qiáng)迫誤差改善程度的變化規(guī)律恰恰對(duì)應(yīng)了上述隨著同化的模擬觀測(cè)數(shù)的增加，TC 強(qiáng)度模擬改善程度達(dá)到飽和，然后轉(zhuǎn)而減小的變化規(guī)律。另外，我們注意到區(qū)域A 與NFSV 型SST 強(qiáng)迫誤差的大值區(qū)有較多重合，而區(qū)域B 并未位于NFSV 型SST 強(qiáng)迫誤差的大值區(qū)（圖4）。綜合這些結(jié)果，我們可以推斷，區(qū)域A，即NFSV 型SST 強(qiáng)迫誤差值更大的區(qū)域，代表了TC 強(qiáng)度模擬的目標(biāo)觀測(cè)敏感區(qū)，該區(qū)域SST 強(qiáng)迫誤差的減小能有效改善TC 強(qiáng)度的模擬水平，所以SST 強(qiáng)迫的目標(biāo)觀測(cè)應(yīng)優(yōu)先布放在NFSV 型SST 強(qiáng)迫誤差的前120 個(gè)格點(diǎn)，即區(qū)域A。

圖4 同化敏感區(qū)范圍內(nèi)的觀測(cè)后，SST 強(qiáng)迫場(chǎng)的變化情況（填色，單位：K）。其中紅色實(shí)線框出的范圍表示對(duì)應(yīng)的目標(biāo)觀測(cè)敏感區(qū)Fig. 4 Change of SST (shaded, units: K) forcing field after assimilating the observations in the sensitive area to different extents. The red line represents the extent of the corresponding sensitive area of the target observations

在OSSE-S-I 試驗(yàn)中，我們對(duì)敏感區(qū)內(nèi)的每個(gè)格點(diǎn)都構(gòu)建了模擬觀測(cè)，但從圖5 的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)構(gòu)建的模擬觀測(cè)數(shù)從20 增加至120 的過程中，同化增加的模擬觀測(cè)使得區(qū)域A 減小的SST 誤差從1.3 K 增加到1.5 K。由此可以看出，在模擬觀測(cè)數(shù)20 的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步增加的模擬觀測(cè)使得SST 誤差減小的收益是減小的。那么，這種事實(shí)是否意味著，我們并不需要對(duì)敏感區(qū)內(nèi)所有的格點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，便可以在TC 強(qiáng)度模擬技巧的改善中獲得與所有格點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)相當(dāng)?shù)男Ч兀繛榛卮鹪搯栴}，本文設(shè)計(jì)了OSSE-S-II 試驗(yàn)。OSSE-S-II 的各個(gè)試驗(yàn)步驟與OSSE-S-I 基本相同，只在第三步驟略有不同，不同之處在于OSSE-S-II 在該步驟獲得的目標(biāo)觀測(cè)布局是在OSSE-S-I 的目標(biāo)觀測(cè)布局基礎(chǔ)上，分別選取不同間隔（即30 km、60 km、90 km、120 km）的觀測(cè)進(jìn)行同化。不同間隔對(duì)應(yīng)了敏感區(qū)內(nèi)不同的觀測(cè)數(shù)（如表3 所示）。

表3 OSSE-II 中敏感區(qū)內(nèi)不同觀測(cè)布局的觀測(cè)數(shù)Table 3 Numbers of observations with different intervals in the sensitive area of OSSE-II

圖5 OSSE-S-I 中，同化不同范圍敏感區(qū)內(nèi)的模擬觀測(cè)后，區(qū)域A 所減小的絕對(duì)SST 誤差大?。▎挝唬篕）Fig. 5 Absolute reduced SST errors in region A after assimilating the observations in sensitive areas to a different extent in OSSE-S-I (units: K)

圖6 給出的是不同觀測(cè)間隔下，同化敏感區(qū)內(nèi)SST 模擬觀測(cè)對(duì)TC 強(qiáng)度模擬的改善情況。從圖中可以看出，在敏感區(qū)內(nèi)所有格點(diǎn)上進(jìn)行觀測(cè)，對(duì)TC 強(qiáng)度模擬改善程度最高，但當(dāng)觀測(cè)數(shù)達(dá)到120 時(shí)，每個(gè)觀測(cè)的平均收益是很低的。但當(dāng)我們以90 km 為間隔構(gòu)建模擬觀測(cè)時(shí)，只需要12 個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，便能夠使TC 強(qiáng)度模擬的改善效果達(dá)到75%，這僅僅略低于在敏感區(qū)所有格點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)后的改善效果76.8%，但觀測(cè)數(shù)卻減少了90%。雖然進(jìn)一步增大觀測(cè)間隔至120 km，觀測(cè)數(shù)僅有7 個(gè)，而且每個(gè)觀測(cè)對(duì)TC 強(qiáng)度模擬改善的平均收益是最高的，但是對(duì)TC 強(qiáng)度的模擬改進(jìn)程度卻降低至73%。所以，如果綜合考慮TC 強(qiáng)度模擬的改善效果及觀測(cè)的成本，選取90 km 作為觀測(cè)間隔在敏感區(qū)內(nèi)構(gòu)建觀測(cè)網(wǎng)可能是更優(yōu)策略。

圖6 OSSE-S-II 的模擬結(jié)果。同化目標(biāo)觀測(cè)敏感區(qū)不同觀測(cè)間隔的觀測(cè)后，TC 強(qiáng)度模擬的改善程度Fig. 6 Results of OSSE-S-II. The improvement rate in the TC intensity simulation after assimilating observations with different intervals in the sensitive area

3.2 最優(yōu)觀測(cè)時(shí)段的確定

在實(shí)際業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)中，海溫強(qiáng)迫是持續(xù)作用在模式場(chǎng)上，這意味著在各個(gè)時(shí)刻都存在海溫強(qiáng)迫誤差對(duì)TC 強(qiáng)度的負(fù)面影響。然而，根據(jù)Yao et al.（2021）的結(jié)果，TC 強(qiáng)度對(duì)海溫強(qiáng)度誤差存在時(shí)間上的敏感依賴性，并且NFSV 型SST 強(qiáng)迫誤差的大值區(qū)對(duì)應(yīng)了TC 強(qiáng)度對(duì)海溫誤差最敏感的階段。因此，我們根據(jù)NFSV 型SST 強(qiáng)迫誤差確定目標(biāo)觀測(cè)的最優(yōu)時(shí)間段。為此，基于OSSE-S-I 和OSSE-S-II 的結(jié)果，我們?cè)O(shè)計(jì)了OSSE-T-I 試驗(yàn)，并以Soulik 個(gè)例進(jìn)行說明。

OSSE-T-I 的步驟亦如第二節(jié)所述，但其第三步采用OSSE-S 試驗(yàn)中所確定的最優(yōu)觀測(cè)布局，第五步只在第0 h，6 h，12 h，···，114 h 替換步驟（1）中對(duì)應(yīng)時(shí)刻“真實(shí)”的SST 強(qiáng)迫場(chǎng)，并積分模式120 小時(shí)。由此，我們可以根據(jù)同化后對(duì)TC強(qiáng)度模擬改善程度的差異確定出最優(yōu)觀測(cè)時(shí)段。試驗(yàn)結(jié)果如圖7 所示。結(jié)果表明，盡管僅在單個(gè)時(shí)刻進(jìn)行目標(biāo)觀測(cè)改善SST 強(qiáng)迫場(chǎng)，對(duì)TC 強(qiáng)度模擬的改善效果不大，但是從圖中可以明顯看出，在18～54 h 這個(gè)階段進(jìn)行目標(biāo)觀測(cè)對(duì)TC 強(qiáng)度的模擬具有更為明顯的改善。對(duì)比NFSV 型SST 強(qiáng)迫誤差的結(jié)構(gòu)，我們很容易發(fā)現(xiàn)，這個(gè)階段恰好對(duì)應(yīng)于NFSV 型SST 強(qiáng)迫誤差的大值區(qū)所對(duì)應(yīng)的TC 時(shí)段，一般處于臺(tái)風(fēng)快速增強(qiáng)階段。由此，當(dāng)我們進(jìn)行目標(biāo)觀測(cè)時(shí)，我們可以根據(jù)NFSV 型SST 強(qiáng)迫誤差大值區(qū)所對(duì)應(yīng)的TC 快速增強(qiáng)階段確定最優(yōu)觀測(cè)時(shí)間。

圖7 OSSE-T-I 的模擬結(jié)果。在單個(gè)時(shí)刻同化敏感區(qū)內(nèi)的模擬觀測(cè)對(duì)TC 強(qiáng)度模擬的改善情況。虛線為改善程度達(dá)5%的參考線Fig. 7 Result of OSSE-T-I. The improvement rate of the simulation of the TC intensity after assimilating observations in the sensitive region only once at the corresponding time. The dashed line is the reference line of the 5% improvement

對(duì)于圖1 中的其他個(gè)例，試驗(yàn)結(jié)果也都表明，當(dāng)模擬的觀測(cè)數(shù)選取在NFSV 型SST 強(qiáng)迫誤差的前120 個(gè)格點(diǎn)，且以90 km 間隔布放觀測(cè)時(shí)，同化這些觀測(cè)會(huì)對(duì)TC 強(qiáng)度的模擬有更好的改善且最大程度節(jié)省觀測(cè)成本；同時(shí)，NFSV 型SST 強(qiáng)迫誤差大值區(qū)所對(duì)應(yīng)的TC 階段亦與最優(yōu)目標(biāo)觀測(cè)時(shí)段一致，這里不再贅述。綜上所述，根據(jù)NFSV 型SST 強(qiáng)迫誤差結(jié)構(gòu)，通過OSSE-S-I 及OSSE-S-II確定了TC 強(qiáng)度模擬的SST 目標(biāo)觀測(cè)敏感區(qū)以及敏感區(qū)內(nèi)的觀測(cè)布局，即選取NFSV 型SST 強(qiáng)迫誤差中前120 個(gè)誤差大值點(diǎn)作為目標(biāo)觀測(cè)敏感區(qū)，并在敏感區(qū)中以90 km 為間隔布置觀測(cè)；通過OSSET-I 確定了TC 強(qiáng)度模擬的SST 目標(biāo)觀測(cè)的優(yōu)先觀測(cè)時(shí)段，即NFSV 型SST 強(qiáng)迫誤差的大值區(qū)對(duì)應(yīng)臺(tái)風(fēng)快速增強(qiáng)階段。

4 目標(biāo)觀測(cè)的有效性

上節(jié)討論了在NFSV 型SST 強(qiáng)迫敏感區(qū)內(nèi)如何以及何時(shí)布放觀測(cè)能夠最大程度提高TC 強(qiáng)度模擬技巧且節(jié)省觀測(cè)成本。本節(jié)將驗(yàn)證敏感區(qū)內(nèi)進(jìn)行目標(biāo)觀測(cè)的有效性。因?yàn)榈谌?jié)確定的目標(biāo)觀測(cè)最優(yōu)布局主要覆蓋了一個(gè)局地區(qū)域，所以我們首先要驗(yàn)證的是：是否該局地區(qū)域的目標(biāo)觀測(cè)較其他局地區(qū)域的加密觀測(cè)對(duì)TC 強(qiáng)度模擬的改善更顯著？另外，與覆蓋范圍更大的非敏感區(qū)相比，在敏感區(qū)進(jìn)行相同數(shù)目的目標(biāo)觀測(cè)是否對(duì)TC 強(qiáng)度模擬的改善也更加有效？最后，在上述揭示的優(yōu)先觀測(cè)時(shí)間（或敏感性時(shí)間段）和非敏感時(shí)間段進(jìn)行目標(biāo)觀測(cè)是否對(duì)TC 強(qiáng)度模擬的改進(jìn)有顯著差別？為回答這些問題，該研究設(shè)計(jì)了OSSE-S-III、OSSE-S-IV和OSSE-T-II。

OSSE-S-III 與OSSE-S-I 和-S-II 的不同亦在于OSSE 試驗(yàn)的第三步。OSSE-S-III 的第三步是在NFSV 型目標(biāo)觀測(cè)敏感區(qū)外（或非敏感區(qū)）隨機(jī)選取20 個(gè)與敏感區(qū)范圍相當(dāng)?shù)木值貐^(qū)域，且在每個(gè)區(qū)域內(nèi)以90 km 為間隔布置16 個(gè)觀測(cè)，然后對(duì)比同化非敏感區(qū)局地區(qū)域的觀測(cè)和敏感區(qū)域的觀測(cè)對(duì)TC 強(qiáng)度模擬的改善程度。圖1 中12 個(gè)TC 個(gè)例的OSSE-S-I 模擬結(jié)果如圖8 所示。由圖可以看出，同化非敏感區(qū)的局地觀測(cè)對(duì)TC 強(qiáng)度模擬的改善有一定的提高，但都不會(huì)優(yōu)于同化敏感區(qū)內(nèi)目標(biāo)觀測(cè)的效果，而且隨機(jī)選取的非敏感區(qū)局地觀測(cè)區(qū)域越接近目標(biāo)觀測(cè)敏感區(qū)，同化SST 加密觀測(cè)對(duì)TC 強(qiáng)度模擬改善程度越高。具體地，圖9 統(tǒng)計(jì)了OSSES-III 中所有TC 個(gè)例非敏感區(qū)局地觀測(cè)區(qū)域距目標(biāo)觀測(cè)敏感區(qū)的距離與TC 強(qiáng)度模擬改善程度的散點(diǎn)圖。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩者的相關(guān)性達(dá)到-0.49，且通過了99%的顯著性檢驗(yàn)。考慮到不同個(gè)例的差異，該研究進(jìn)一步考察了每個(gè)TC 個(gè)例中上述兩者的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)個(gè)例中上述相關(guān)性更高（如表4所示）。事實(shí)上，所有這些結(jié)果都強(qiáng)調(diào)，由NFSV型SST 強(qiáng)迫誤差所確定的敏感區(qū)的目標(biāo)觀測(cè)對(duì)于提高臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的模擬水平是最有效的。

圖8 OSSE-S-III 的模擬結(jié)果。紅色（藍(lán)色）柱為同化小范圍的敏感區(qū)（非敏感區(qū)）內(nèi)觀測(cè)，對(duì)TC 強(qiáng)度模擬的改善情況?！癝en”表示敏感區(qū)內(nèi)進(jìn)行的OSSE，“I+數(shù)字”表示在非敏感區(qū)進(jìn)行的OSSEFig. 8 Results of OSSE-S-III. The red (blue) bars represent the improvement rate of the TC intensity simulation after assimilating the observations in local sensitive (nonsensitive) areas. “Sen” represents the OSSE conducted in the sensitive area，while “I+Number”represents the OSSE conducted in nonsensitive area

圖9 非敏感區(qū)的局地觀測(cè)距敏感區(qū)的距離與TC 強(qiáng)度模擬改善程度的散點(diǎn)圖和線性擬合曲線（紅色實(shí)線）。圖中的公式為擬合函數(shù)，R 代表相關(guān)系數(shù)，P 為顯著性水平Fig. 9 Scatter and linear fitting line (the red solid line) between the distance of observations in the nonsensitive area relative to the sensitive area and the improvement of the TC intensity (The formula is the fitting function between the two variables. R and P is the correlation coefficient and the significant level respectively.)

表4 不同個(gè)例對(duì)應(yīng)的非敏感區(qū)局地觀測(cè)距敏感區(qū)的距離與TC 強(qiáng)度改善程度的相關(guān)系數(shù)（ R）Table 4 Correlation coefficients ( R) between the distance of observations in the nonsensitive area relative to the sensitive area and the improvement of TC intensity simulation

上述試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于在非敏感區(qū)內(nèi)且與敏感區(qū)范圍相當(dāng)?shù)木值貐^(qū)域增加觀測(cè)，在敏感區(qū)內(nèi)增加相同數(shù)目的觀測(cè)能夠更加有效提高TC 強(qiáng)度模擬水平。那么，如果在整個(gè)非敏感區(qū)覆蓋的大范圍增加觀測(cè)，小范圍敏感區(qū)的觀測(cè)是否在TC 強(qiáng)度模擬的改善中仍具有優(yōu)越性呢？OSSE-S-IV 可以回答這個(gè)問題。在OSSE-S-IV 中，OSSE 試驗(yàn)的第三步是在大范圍的非敏感區(qū)中均勻選取與敏感區(qū)內(nèi)相同的格點(diǎn)數(shù)構(gòu)建模擬觀測(cè)，然后對(duì)比敏感區(qū)局地小范圍觀測(cè)與非敏感區(qū)的大范圍觀測(cè)對(duì)TC 強(qiáng)度模擬的改善程度。圖10 展示的是同化了敏感區(qū)與非敏感區(qū)大范圍觀測(cè)后，對(duì)模擬的TC 強(qiáng)度的改進(jìn)情況對(duì)比（即OSSE-S-IV 的模擬結(jié)果）?？梢钥吹剑谙嗤挠^測(cè)數(shù)的條件下，同化了敏感區(qū)的觀測(cè)之后，對(duì)TC 強(qiáng)度的改善效果是優(yōu)于同化了非敏感區(qū)的大范圍觀測(cè)后的TC 模擬改善效果。由此可見，在SST 目標(biāo)觀測(cè)敏感區(qū)內(nèi)加密觀測(cè)，對(duì)于提高TC 強(qiáng)度的模擬能力是有效且經(jīng)濟(jì)的。

圖10 OSSE-S-IV 的模擬結(jié)果。紅色柱為同化敏感區(qū)內(nèi)觀測(cè)對(duì)TC 強(qiáng)度的改善程度；藍(lán)色柱為同化非敏感區(qū)全場(chǎng)的觀測(cè)對(duì)TC 強(qiáng)度模擬的改善程度?！癝en”代表在敏感區(qū)進(jìn)行的OSSE，“InSen-S”表示在非敏感區(qū)全場(chǎng)進(jìn)行的OSSEFig. 10 Results of OSSE-S-IV. The red bars represent the improvement of the TC intensity simulation after assimilating observations in the sensitive area. The blue bars represent the improvement of the TC intensity simulation after assimilating the same number of observations in the whole nonsensitive area. “Sen” represents the OSSE conducted in the sensitive area, and “InSen-S” indicated the OSSE conducted in the whole nonsensitive area

OSSE-T-II 的試驗(yàn)步驟與OSSE-T-I 類似，主要在于第五步存在區(qū)別。在OSSE-T-II 中，我們分別在敏感性時(shí)間段和非敏感性時(shí)間段將更新后的海溫強(qiáng)迫場(chǎng)替換對(duì)應(yīng)時(shí)間段“真實(shí)”的SST 強(qiáng)迫場(chǎng)。圖11 展示的在敏感性時(shí)間段和非敏感性時(shí)間段進(jìn)行目標(biāo)觀測(cè)后對(duì)TC 強(qiáng)度模擬的改進(jìn)情況。由圖可以看出，在敏感時(shí)間段進(jìn)行目標(biāo)觀測(cè)改善SST 強(qiáng)迫場(chǎng)對(duì)TC 強(qiáng)度模擬的改善具有更大的作用。

圖11 OSSE-T-II 的模擬結(jié)果。紅色柱為同化敏感階段的敏感區(qū)內(nèi)觀測(cè)對(duì)TC 強(qiáng)度的改善程度；藍(lán)色柱為同化非敏感階段的敏感區(qū)內(nèi)觀測(cè)對(duì)TC 強(qiáng)度模擬的改善程度?！癝en-T”代表在敏感區(qū)的敏感時(shí)段進(jìn)行的OSSE，“InSen-T”表示在敏感區(qū)的非敏感時(shí)段進(jìn)行的OSSEFig. 11 Results of OSSE-T-II. The red bars represent the improvement of the TC intensity simulation after assimilating observations in the sensitive area during the sensitive period. The blue bars represent the improvement of the TC intensity simulation after assimilating observations in the sensitive area during the nonsensitive period. “Sen-T” represents the OSSE conducted in the sensitive area during sensitive period, and “InSen-T” indicated the OSSE conducted in the sensitive area during nonsensitive period

綜上所述，對(duì)比小范圍的局地觀測(cè)和大范圍的全場(chǎng)觀測(cè)，在NFSV 型SST 強(qiáng)迫誤差的前120 個(gè)格點(diǎn)區(qū)域所確定的目標(biāo)觀測(cè)敏感區(qū)內(nèi)，以適當(dāng)?shù)拈g隔布放觀測(cè)并同化到海溫強(qiáng)迫場(chǎng)，能夠最大程度地改善TC 強(qiáng)度的模擬效果，尤以NFSV 型SST 強(qiáng)迫誤差大值區(qū)所對(duì)應(yīng)的TC 快速增強(qiáng)階段的目標(biāo)觀測(cè)，對(duì)TC 強(qiáng)度模擬的改善最為明顯。

5 總結(jié)和討論

該研究基于Yao et al.（2021）揭示的對(duì)TC 強(qiáng)度模擬結(jié)果具有最大影響的NFSV 型SST 強(qiáng)迫誤差，通過OSSE 試驗(yàn)確定了TC 強(qiáng)度模擬的SST 目標(biāo)觀測(cè)敏感區(qū)（即NFSV 型SST 強(qiáng)迫誤差前120個(gè)大值點(diǎn)所覆蓋的區(qū)域，該區(qū)域沿著TC 移動(dòng)路徑且主要位于TC 的快速增強(qiáng)階段）以及目標(biāo)觀測(cè)的最優(yōu)觀測(cè)時(shí)段（即NFSV 型SST 強(qiáng)迫誤差大值區(qū)對(duì)應(yīng)的TC 快速增強(qiáng)階段）。研究表明，在上述敏感區(qū)及敏感時(shí)間段中以90 km 為間隔布放“觀測(cè)”并將其同化到WRF 的SST 強(qiáng)迫場(chǎng)，能夠經(jīng)濟(jì)且有效地改善TC 強(qiáng)度的模擬技巧，可能代表了臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度模擬的最優(yōu)海溫目標(biāo)觀測(cè)布局。

為驗(yàn)證目標(biāo)觀測(cè)敏感區(qū)的有效性，該研究設(shè)計(jì)了三組對(duì)比試驗(yàn)：同化敏感區(qū)內(nèi)“觀測(cè)”與同化非敏感區(qū)局地區(qū)域“觀測(cè)”的對(duì)比；同化敏感區(qū)內(nèi)“觀測(cè)”與同化非敏感區(qū)全場(chǎng)“觀測(cè)”的對(duì)比，以及同化敏感時(shí)間段的敏感區(qū)內(nèi)“觀測(cè)”與同化非敏感時(shí)間段的敏感區(qū)內(nèi)“觀測(cè)”的對(duì)比。結(jié)果表明，同化敏感區(qū)內(nèi)“觀測(cè)”對(duì)TC 強(qiáng)度模擬的改善效果要普遍要優(yōu)于同化非敏感區(qū)局地區(qū)域“觀測(cè)”的效果；而且當(dāng)同化的非敏感區(qū)局地觀測(cè)的區(qū)域越接近目標(biāo)觀測(cè)敏感區(qū)時(shí)，TC 強(qiáng)度模擬的改善程度越高；特別地，同化小范圍敏感區(qū)內(nèi)“觀測(cè)”對(duì)TC 強(qiáng)度模擬的改善效果明顯優(yōu)于同化非敏感區(qū)大范圍“觀測(cè)”的效果。上述改善尤以NFSV 型SST 強(qiáng)迫誤差大值區(qū)所對(duì)應(yīng)的TC 快速增強(qiáng)階段最為明顯。所以，上述根據(jù)NFSV 型SST 強(qiáng)迫誤差大值區(qū)所確定的最優(yōu)目標(biāo)觀測(cè)布局及最優(yōu)觀測(cè)時(shí)段是有效的，該結(jié)果可為臺(tái)風(fēng)的實(shí)際外場(chǎng)觀測(cè)（如無人潛艇目標(biāo)觀測(cè)）提供科學(xué)指導(dǎo)。

如前所述，該研究所選取的TC 個(gè)例的移動(dòng)路徑對(duì)海溫強(qiáng)迫擾動(dòng)并不敏感，所以，這里根據(jù)NFSV 型SST 強(qiáng)迫誤差所確定的目標(biāo)觀測(cè)敏感區(qū)和最優(yōu)觀測(cè)時(shí)段，其目標(biāo)觀測(cè)可能不適用于TC 路徑模擬的改善。另外，TC 強(qiáng)度預(yù)報(bào)水平的提高依賴于模式的模擬能力，該研究考慮通過目標(biāo)觀測(cè)策略提高SST 強(qiáng)迫場(chǎng)的準(zhǔn)確性來改善臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的模擬，這對(duì)于具有SST 強(qiáng)迫場(chǎng)的非耦合模式模擬臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度水平的提高具有重要意義。事實(shí)上，該研究的目標(biāo)觀測(cè)敏感區(qū)和敏感時(shí)段也對(duì)耦合模式模擬臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度具有指示意義，即這些敏感性可以告訴模式開發(fā)者，如果優(yōu)先使得耦合模式對(duì)上述敏感區(qū)和敏感時(shí)段的SST 有更好的模擬，那么耦合模式對(duì)TC 強(qiáng)度的模擬水平會(huì)得到有效改善，進(jìn)而提高臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度的預(yù)報(bào)水平。