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最近20年，数值模式对热带气旋(TC)的路径预报水平稳步提高，与此同时对热带气旋强度的预报能力却进步缓慢，没有考虑台风与海洋之间的相互作用是目前台风数值模式的不足之处。本文围绕基于GRAPES－ECOM-si的中尺度区域海气耦合模式的发展和该模式在台风强度预报中的应用展开研究，为提高我国台风数值预报准确率提供科学参考，从而提高我国对台风天气的防灾减灾能力。首先使用GRAPES区域台风模式（GRAPES_TYM）开展理想涡旋在理想环境场中加强的试验和研究。结果显示，热带气旋强度的变化率在f平面、β平面和有均匀流时是不同的，热带气旋在f平面无均匀流的情况下加深发展的情况与前人研究结果较为一致，涡旋能够经过快速发展阶段达到成熟发展阶段，涡旋的暖心结构与高低空的环流匹配都比较合理,且涡旋的对称性保持的较好；在有均匀流的试验中，涡旋快速加强阶段加强的相对较快，而在成熟发展阶段比无均匀流时有所减弱，同时非对称性非常明显；在β平面上，涡旋的发展也较f平面变弱。试验结果显示该区域台风预报模式基本能够计算出与前人已有研究较为一致的涡旋发展的基本特征。同时，不同分辨率的模拟结果有较明显差异，其中，15km分辨率的模式相比25km分辨率的模式其积分结果与已有研究更为接近。不同的积云对流参数化方案对GRAPES_TYM的热带气旋发展影响非常明显，其中使用Betts-Miller-Janjic scheme方案时，涡旋发展的最为强盛，使用Kain-Fritsch (new Eta)scheme方案时，涡旋发展的较为缓慢，使用Simplified Arakawa-Schubert方案涡旋发展的程度较为适中。应用三维河口海洋模式ECOM-si，建立了一个适用于海气耦合模式的西北太平洋环流和温度盐度三维数值模式,并对该模式进行了垂向坐标和初始化方案的优化改进。将耦合模式中海洋模式ECOM-si垂向坐标由σ坐标改进为混合（S）坐标，使海洋表层垂向分层更密，能更好地模拟表层流场和温度。对“凤凰”台风和“森拉克”台风期间的海表面温度SST的计算与卫星资料分析进行对比，发现垂向坐标升级后，模式计算的SST与分析更为接近。海洋模式初始化方案的制作基于HYCOM全球同化数据进行处理，可为海洋数值模型提供高质量的初始温盐流场和逐日的边界场，改善了基于气候态数据的初始化方案的计算效果。海洋模型能较为准确的计算台风“梅花”和台风“南玛都”期间西北太平洋的温度场，关键区域的平均误差在0.5℃以内，使海洋模式在海气耦合模式启动时能够提供质量较好的海洋初始场。引进了模式耦合器OASIS3，并在耦合器的框架上对GRAPES_TYM和ECOM-si海洋模式进行了适应性改造处理，实现了大气-海洋模式的双向耦合，构建了一个西北太平洋区域海气耦合模式，大气模式采用涡旋初始化处理，海洋模式采用HYCOM全球同化产品插值到模式基础上进行SPIN-UP的初始化方案。海洋模式和大气模式交换海表面温度、海面风应力、热通量以及水汽通量。使用台风模式和海气耦合模式对西北太平洋中的1109号台风“梅花”进行了数值预报对比试验。试验结果表明，使用海气耦合方法对“梅花”台风的路径预报没有明显影响。海气耦合模式对“梅花”台风的强度预报有明显改善，48小时和72小时最大风速平均绝对误差分别减少了约32％和20％，使用海气耦合方法改善了GRAPES区域台风模式在“梅花”强度预报上整体偏强的趋势。在梅花发展的不同阶段，由于经过海洋混合层深度不同，海气耦合对其强度的影响程度不同，相比于生成前期，后期影响更为显著。耦合模式预报出台风经过洋面SST最大降温约5－6℃，与卫星资料分析比较接近。对台风模式和耦合模式预报的海表面热通量、热带气旋潜热（TCHP）以及边界层湿静力能、大气中温度和降水等要素进行分析，显示耦合模式中海洋由于受台风的大风夹卷，导致较深层冷水上翻，海洋上层温度和海表面温度降低，同时TCHP减少，海洋向大气输送热通量减少，台风边界层湿静力能降低，削弱了其暖核结构，抑制了热带气旋的发展，其强度和降水与控制试验相比有明显减弱。总的试验结果显示出GRAPES－ECOM-si的计算结果能够合理地给出台风与海洋相互作用的主要机制，在预报台风强度方面具有很好的发展潜力。由于本文建立的海气耦合模式在水深较浅的东海及台湾海峡区域模拟值存在偏高的现象，为改进这一现象，在GRAPES－ECOM-si中导入一套新的潮流—陆架环流耦合方法，使模式可以考虑到潮汐作用。使用加入潮汐作用后的海气耦合模式对台风“梅花“开展数值对比试验。结果显示，加入潮汐作用后，模式对黄东海区域的SST偏高现象有明显改善，同时也一定程度上改善了对“梅花”台风强度的预报效果。本文最后应用建立的GRAPES－ECOM-si模式开展了批量台风实际预报试验，对海气耦合模式对热带气旋的预报性能进行评估。结果表明：GRAPES_TYM和GRAPES－ECOM-si两个模式的路径平均预报效果基本相当，耦合模式在路径预报能力上并没有明显提升。与路径预报相比，GRAPES－ECOM-si对于热带气旋强度预报的改善非常明显，对2012年台风强度三个预报时次总平均的中心气压误差和最大风速误差相比GRAPES_TYM分别改进了12.6%和10%。GRAPES－ECOM-si对GRAPES_TYM的强度预报偏强的趋势有所改善，同时对强度预报偏弱的个例亦保持了相当的预报能力。 GRAPES－ECOM-si对GRAPES_TYM台风强度预报的改善能力随台风强度不同而有所不同，对于强度弱于930hpa的台风，耦合模式的平均误差均有不同程度的减少，平均减少了约17%，其中对于930－940hpa之间的强度，海气耦合的改善能力最强，平均误差减少了27.6%。对2011年和2012年12个登陆台风的预报进行分析比较，GRAPES－ECOM-si对登陆台风的强度预报亦具有一定的改善能力，GRAPES－ECOM-si对台风登陆后的预报的改进能力要略强于对登陆前的预报的改进能力，显示出海气耦合模式在对台风登陆后的预报中亦有很好的参考价值。