强对流天气短时临近预报业务技术进展与挑战

强对流天气短时临近预报业务是国家防灾减灾、重大社会活动和精细化天气预报的迫切需要。虽然我国强对流天气短时临近预报业务已经取得了巨大进展,但与国外先进水平相比还有不少差距。本文总结了近年国内外强对流天气短时临近预报业务现状、技术进展、目前国内的技术支撑状况和所面临的挑战,并提出了相应的应对措施。目前强对流天气短时临近预报技术仍然主要是外推预报技术、数值预报技术和概念模型预报技术等,但快速更新循环的高时空分辨率数值模式预报和新一代静止气象卫星资料将在强对流天气短时临近预报中发挥重要作用。强对流天气监测、分析和机理研究是强对流天气短时临近预报的重要基础;先进的外推预报方法同快速更新循环的高时空分辨率数值模式预报以及二者的融合是未来强对流天气短时临近预报的重要发展方向。     

国家级强对流天气综合业务支撑体系建设

国家级强对流天气预报业务正在从以短期预报为主调整到短期和短时预报并重的业务格局。文章从强对流天气预报技术发展与服务需求的角度,重点介绍了国家级强对流天气综合业务支撑平台及其核心技术。该平台以气象数据组织和图形化表达两个核心要求为牵引,发展了数据分析处理系统、自动气象绘图系统和WEB检索与显示系统。数据分析处理系统基于多源观测资料、中尺度数值预报和全球数值预报,发展了集约、高效的强对流天气监测和临近预报、短时预报和短期预报等数据分析处理技术,是整个平台的核心;主要核心技术包括:从不稳定与能量、水汽、抬升与垂直风切变等条件出发,以归纳总结的分类强对流天气概念模型为基础的分类强对流短期预报分析技术;应用"配料法"发展的分类分等级的强对流天气客观概率预报技术;强对流短时预报技术包括高分辨率数值预报释用、多模式预报集成、对流尺度分析、实况和模式探空分析等多项技术,重点实现了从过去3 h实况到未来12 h预报的无缝隙衔接;强对流的监测和临近预报技术在基于多源资料的强对流天气实况与强对流系统监测技术基础上,发展了基于雷达特征量、强对流实况、各类强对流指数和预警信号等多源信息的报警技术。自动气象绘图系统实现了高效、便捷地接入多种数据、自动进行数据分析和制图等多项功能。在预报服务方面,基于WebGIS发展了县级分类强对流预警信号和国家级分类强对流预警预报产品共享技术,实现强对流短时预报业务的高交互性与上下互通的功能。     

基于数值模式和多普勒雷达的强对流天气预报技术

基于数值预报模式MM5,结合不稳定指标和能量指标的诊断结果,得到短时潜势预警指标,进行强对流天气0~12 h的短时预报;利用多普勒雷达信息产品提供的强对流天气风暴追踪信息,提取回波的移向和移速信息,进行强对流天气0~1 h的临近预报;均用一个强对流天气过程,来具体说明短时潜势预报和临近预报状况及其与实际情况的对比;应用短时潜势预报技术对近年来强对流天气过程进行了试用。结果表明,上述方法对强对流天气的短时预报、临近预报技术有一定的预报价值。     

国家级中尺度天气分析业务技术进展Ⅱ：对流天气中尺度过程分析规范和支撑技术

中尺度天气分析技术在对流性天气的短期预报业务中发挥了重要作用。文章介绍了国家气象中心正在发展和试运行的对流天气中尺度过程分析规范和支撑技术,旨在为中尺度对流天气的短时临近分析和预报提供技术方法,其客观技术支撑为中国气象局强对流短临预报系统SWAN、强对流天气综合监测技术和自动站资料快速客观分析技术等。文章以2011年4月17日强对流过程为例,介绍了如何利用多源观测资料(常规和非常规资料)快速识别和掌握强对流天气(短时强降水、雷暴大风、冰雹、龙卷等)实况,分析当前对流系统类型及其结构特征,判断未来影响对流系统发生、发展的中尺度环境条件,并综合考虑客观自动外推算法产品,最终指导预报员对未来0～6 h内的强对流天气影响区域进行短临预报预警。业务试验表明,对流天气中尺度过程分析技术可为强对流天气短临预报业务提供重要参考和依据。     

《浙江智能网格强对流天气短临预报预警技术应用》

正该书内容主要涵盖三个方面,一是结合最新收集整理的资料,对浙江省强对流天气的气候特征、天气背景、大气环流分型、突发强对流天气的物理机制做了进一步分析和研究,并将一系列强对流天气分类监测和预报预警的对流关键参数特征、环境指标的研究结果进行了总结和梳理;二是详述了近年来浙江省利用多源资料融合等技术在分类强对流天气短时临近监测及预报预警技术方面的研究成果,     

云南高原山地机场强对流短临预报系统研究

基于天气雷达、地面和探空观测资料、NCEP再分析资料、FNL 数值预报产品,应用强对流天气分类识别技术和短时临近预报技术,开展风暴临近预报、强对流天气分类预警、基于数值预报的强风暴潜势诊断等研究,获得大理、丽江、西双版纳等高原山地机场及周边区域强降水、雷暴、大风、冰雹等灾害性天气的0～2h实时定量预报产品和0～12h强对流天气潜势预报产品,建立可业务运行的机场强对流天气短时临近预报系统。通过检验,证明该预报系统有较好的强对流天气预报预警能力,满足机场业务需求。     

国家级中尺度天气分析业务技术进展Ⅰ：对流天气环境场分析业务技术规范的改进与产品集成系统支撑技术

中尺度天气分析技术已经在我国天气预报业务中发挥了重要作用。2011年以来国家级中尺度天气分析业务技术取得了明显进展,促进了国家级强对流预报业务的发展。《中尺度天气分析业务技术规范》已重新编写和完善,内容分为两篇,第一篇是中尺度对流天气环境场分析;第二篇为中尺度对流天气过程分析,第二篇为新增内容,将另文介绍。短时和短期时效内中尺度对流天气环境场条件分析以配料法思路为基础,重新编排和简化了分析内容,兼顾分析的精细化和分析产品的可操作性,增加了分类强对流天气分析量化指标建议供预报参考,新增了基于局地探空的强对流天气分析规范。中尺度天气分析业务的支撑技术是推进该业务的必备基础,因此国家气象中心改进了MICAPS 3中尺度天气主观分析工具箱功能;开发了中尺度天气分析产品集成系统,包括强对流天气监测产品、中尺度天气分析主观和客观产品、基于不同数值模式预报的强对流参数诊断产品等的数据产品和图形产品等。     

强对流天气监测预报预警技术进展

强对流天气预报业务包括监测、分析、预报、预警和检验等方面。对流初生识别、对流系统强度识别和对流天气类型识别等监测技术取得新进展,综合多源资料的监测技术已应用于中国气象局中央气象台业务。对流系统的触发、发展和维持机制等获得了新认识,我国不同类型强对流天气及其环境条件统计气候特征、分析规范及相应业务产品等为业务预报提供了必要基础和技术支撑。光流法、多尺度追踪技术以及应用模糊逻辑方法的临近预报技术等有明显进展,融合短时预报技术得到广泛应用,对流可分辨高分辨率数值 (集合) 预报及其后处理产品预报试验取得了显著成效,基于数值 (集合) 预报应用模糊逻辑方法的分类强对流天气短期预报技术为业务预报提供了技术支撑。强对流天气综合监测和多尺度自适应临近预报技术、多尺度分析技术以及融合短时预报技术、发展并应用模糊逻辑等方法的、基于高分辨率数值 (集合) 模式的区分不同强度等级和极端性的分类强对流天气精细化 (概率) 预报技术等是未来发展的主要方向。     

极端天气指数在强对流天气中的应用及检验

数值预报特别是集合预报技术大大提高了对极端天气的预报能力,目前对于温度、风、降水等要素,欧洲中心基于集合预报产品计算的极端指数产品为其极端性提供了定量化依据。但目前尚没有应用于业务预报的强对流天气极端指数产品,本文统计了与强对流天气密切相关的物理量,并计算了其极端天气指数,统计了极端天气指数在不同强对流天气中的阈值分布。结果表明,极端天气指数与强对流天气有密切的关系,且不同类型的强对流天气极端指数的分布和阈值具有各自的特点。基于上述结果,利用极端指数和模式降水资料,使用支持向量机方法,建立了不同类型强对流天气的客观预报方法,为业务预报极端强对流天气提供客观支持产品。     

基于T639对流参数的内蒙古强对流天气潜势预报方法初探

统计内蒙古地区2011—2014年汛期短时强降水、冰雹、大风强对流天气的基础上,利用T6391°×1°逐3 h的数值模式产品计算物理量,选取与强对流天气相关性较好的敏感对流参数作为预报因子,通过权重分析建立未来0~12 h强对流天气及落区的潜势预报方程,并确定判别不同强对流天气的阈值。通过对2013年8月进行的预报试验结果表明:发生强对流天气的平均TS评分为0.35;不发生强对流天气的平均TS评分为0.51;3种强对流天气预报中对冰雹预报效果不理想,但对大风及短时强降水预报效果好。     

《国外强对流天气应用研究》出版

强对流天气的分析和预报历来是气象业务工作的难点。“九五”期间 ,地方和军队气象部门先后开展了“冰雹落区预报逐级指导技术研究”、“内蒙古防雹减灾新技术和冰雹专项预报研究”和“区域强对流天气数值分析预报系统”等课题研究。为了深入了解国外强对流天气研究和应用的最新进展 ,各课题组检索、查阅和翻译了大量文献 ,编者以此为基础进一步加工 ,并结合对强对流天气应用研究的认识 ,编成了本书。全书选入 6 7篇文章 ,主要内容包括分析预报基础与预报方法两大部分 ,包括美国强风暴预报中心的预报、警报业务的新进展、中层气象条件与强对…     

中国当代强对流天气研究与业务进展

对当代中国几十年来强对流天气研究和业务进展做了阐述，主要包括强对流系统产生的环境背景和主要组织形态，以及具体强对流天气的有利环境条件、触发机制、卫星云图特征、多普勒天气雷达回波特征以及预报、预警技术等诸方面。总体来看，中国学者对强对流以及不同类型强对流天气（强冰雹、龙卷、雷暴大风）发生、发展的环流背景以及通过雷达和卫星观测到的组织结构及其演变特征都已有了明确认识，研究了对流系统的多种触发机制，深入认识了超级单体、飑线等对流系统的环境条件、组织结构特征和维持机制，了解了中国中尺度对流系统的组织形态和气候分布特征，获得了强冰雹、龙卷、下击暴流和雷暴大风等的雷达、卫星和闪电等的多尺度观测特征、形成机制和现场灾害调查特征，发展了各类强对流天气识别、监测和分析方法以及基于“配料法”和深度学习方法等的预报、预警技术等。因此，强对流天气业务预报水平已得到显著提升。      

强对流天气临近预报技术研究

强对流天气是严重危害人民生活的危险性天气,特别是对于空中飞行有重大影响。目前,国内外主要的临近预报技术包括利用雷达资料的雷暴识别和跟踪技术、利用卫星资料的强降水估计,概率预报技术、概念模型和数值模式预报技术等。本文重点介绍近年来发展起来的强对流天气临近预报方法和主要业务系统,分析了临近预报技术中存在的主要问题并对未来发展趋势进行了展望。     

《国外强对流天气应用研究》出版

强对流天气的分析和预报历年来是气象业务工作的难点。“九五”期间 ,地方和军队气象部门先后开展了“冰雹落区预报逐级指导技术研究”、“内蒙古防雹减灾新技术和冰雹专项预报研究”和“区域强对流天气数值分析预报系统”等课题研究。在此过程中 ,为了深入了解国外强对流天气研究和应用的最新进展 ,各课题组检索、查阅和翻译了大量有关文献 ,汇集成内部参考材料 ,并提供给感兴趣者。编者以此为基础进一步加工 ,并结合对强对流天气应用研究的认识 ,编成了本书。全书选入 67篇文章 ,主要内容包括分析预报基础与预报方法两大部分 ,内容包括美…     

湖北一次冰雹天气过程的落区诊断分析和预报

利用欧洲中心和T106数值预报产品，分析常规气象资料，对湖北省1998年3月20～25日历史上罕见的连续性强对流天气过程进行诊断分析，揭示了产生强对流天气的环流形势和影响系统，并从短期角度对连续性强对流天气过程归纳出天气模型和预报指标，得出了强对流天气落区及降水性质与各要素之间的关系，为更好地提高预报强对流天气的准确率提供一定的参考。     

广州地区强对流天气的统计特征和分类特征

本文应用广州中心气象台1984—1986年"强对流天气监测与临近预报试验"资料,分析讨论连续数日发生强对流天气的条件概率及其发生范围,指出广州地区的强对流天气灾害主要是2—3天的系统性天气过程引起的。同时在前一天有无强对流天气的发生,对当天发生强对流天气与否的概率有显著不同。文章还以对流层水平风的垂直切变为标准将强对流天气分为二类四型,并逐型分析其发生的天气背景、稳定度指标、强对流天气发生频率的月际变化和日变化,指出各型强对流天气的卫星云图特征,为强对流天气的临近预报提供思路和方法。      

《国外强对流天气应用研究》出版

强对流天气的分析和预报历来是气象业务工作的难点。“九五”期间 ,地方和军队气象部门先后开展了“冰雹落区预报逐级指导技术研究”、“内蒙古防雹减灾新技术和冰雹专项预报研究”和“区域强对流天气数值分析预报系统”等课题研究。在此过程中 ,为了深入了解国外强对流天气研究和应用的最新进展 ,各课题组检索、查阅和翻译了大量有关文献 ,汇集成内部参考材料 ,并提供给感兴趣者。编者以此为基础进一步加工 ,并结合对强对流天气应用研究的认识 ,编成了本书。全书选入 6 7篇文章 ,主要内容包括分析预报基础与预报方法两大部分 ,内容包括美国…     

美国强对流预报主观产品现状分析

为了全面反映美国强对流预报主观产品现状,同时也为推进我国国家级强对流天气预报业务建设提供思路,通过研读相关文献、最新技术报告和专家咨询等方式,对当前美国国家级强对流天气预报业务的产品类型、制作、发布规范等最新进展进行了比较详细的分析,并对我国国家级强对流天气预报业务建设提出了初步设想。通过分析看到,美国的强对流预报业务产品,以概率分类预报为主要形式,是以预报员为主体的综合主观预报产品。现已形成了一个比较系统的短时、短期、中期预报业务产品系列。以其为参照,我国强对流预报业务发展须加强四个方面的工作:第一,强对流天气气候学分析、诊断技术的研究应用;第二,基于高时空分辨率的中尺度数值预报系统的客观产品的研发和应用,强对流分类预报方法的研制;第三,专门预报员队伍的建设;第四,科学的业务流程和高效的综合监测传输。     

T639在毕节2010年5月5日强对流天气中的释用分析

2010年5月5日傍晚到6日毕节地区出现了一次雷雨、冰雹、大风等强对流天气过程,部分乡镇出现暴雨。该文利用T639数值预报产品对此次强对流天气过程从环流形势、物理量场等方面进行分析。结果表明：T639物理量场预报结果对预报毕节2010年5月5日强对流天气有较好的指示意义,为此次强对流天气过程提供了有力的预报依据。     

利用天气雷达判断强对流天气和作短时预报的一种客观方法

本文用逐步回归和逐步判别方法,以天气雷达回波参数和气象因子为预报因子,建立了判断强对流天气和作短时预报的方程,并对它们进行了分析讨论、比较和检验。结果表明,这是判断和预报强对流天气的一种有效方法,尤其是逐步判别法不仅能预报强对流天气的有无,还能预报其强度等级。