短期天气预报与短期气候预测发展道路的对比思索

本文简短地比较了100a来短期天气预报和短期气候预测的发展道路。指出短期天气预报在经历了天气图阶段、长波阶段和数值预报阶段三大步之后已经发展到了相当成熟的地步。而短期气候预测100a来在“气候是天气的综合”错误思想的指导下,虽然也经历了与短期天气预报相应的几个阶段：大型天气学阶段、超长波阶段和短期气候预测的数值模式阶段,但每个阶段都以失败(或即将失败)而告终。使得短期气候预测水平始终在原地踏步。30a前提出了“气候系统”的概念,这是气候学的一次真正的进步。但“气候系统”至今仍是一个抽象概念,不像“天气系统”指的是气旋(低压)、反气旋(高压)、锋面等具体的物质系统。一旦“气候系统”被人们公认为一些具体的物质系统之后。短期气候预测即可成为“气候系统变化的预测”,此时短期气候预测通向成功的第一步——气候预测的“挪威学派”就诞生了。与天气图相应的,描述气候系统变化的一种四维图象也会应运而生。作者认为此图象很可能是“地气图”,而具体的气候系统很可能就是地热涡、地冷涡和形变锋等。     

对短期气候预测有关问题的探讨

本文提出了短期气候预测的基本时间单位应是年，这样可以与天为基本时间单位的天气预报进行对比分析；将天气预报中的某些思路和方法引进短期气候预测中来，如突出灾害性天气的预报思路，多种方法相配套的预报思路，以天气过程为主要预报对象的预报思路和用概率表示预测结果的方法等，要大大开阔知期气候预测的思路和方法。经沈阳地区的预测试验，证明是可行的。     

气候因素在短期气候预测中的订正作用

根据2002—2005年国家气候中心气候系统诊断室发布的逐月短期气候趋势预测产品,统计了对赤峰地区的预测效果,分析预测成功和失败的可能因素,提出了地区级预报员对上级预测结论进行订正的一个主要依据,就是当地的气候特点和规律。     

最佳气候相似法及在短期气候预测中的应用

本文采用了最佳气候找相似的预报方法来制作长期天气预报。由于这种方法使用了地面、高空、太阳活动和海温资料,具有长时段,多要素,综合性强的特点,所以预报较客观,对预报年的年景能作出较为准确的判断。由于不同站点资料代表着不同地区的气候背景,因而能分片制作短期气候预测,为解决目前短期预报中小尺度天气难的问题提供了较为详实的气候背景和可靠的预报依据。此方法虽属统计方法,但与中、短期数值预报有某些相似之处,主要体现在预测因子的同时性和连续性,对要素的预测如同数值预报产品的释用。     

青海省天气预报业务现状分析及对策探讨

青海省气象局自1999年开始推行预报业务体制改革以来，经过几年的发展，目前已逐步建立了以数值天气预报产品为基础，以人机交互处理系统为平台，综合应用多种技术方法的天气预报业务流程，短期预报和气候预测业务现代化建设成效显著，短期气候趋势预测、一般性降水预报及灾害性天气预报准确率逐年稳步提高，有力地促进了青海省天气预报服务水平和能力的提升。     

平流层信号在冬季短期气候预测中的应用

平流层大气环流异常信号被认为对冬季对流层短期气候预测或中长期天气预报具有先兆性指示意义,但到目前为止,仍未真正用于短期气候预测。为了获取更多运用平流层环流异常信号预测对流层及地面短期气候的经验,该文利用北半球环状模 (NAM) 信号对2011—2012年冬季我国北方短期气候进行4次预测,并将预测结果与实况进行对比。在4次短期气候预测中,第2次和第3次预测结果与实况吻合很好:第2次成功预测了1月中旬到2月中旬我国东北和华北地区偏冷,第3次则成功预测了这种偏冷状态的持续。成功的主要原因是2011年12月—2012年2月平流层信号周期确定,且对流层和平流层之间动力耦合关系已经建立完全,平流层异常信号在该时段对流层和地面短期气候具有较强指示意义。     

新疆短期气候预测研究的回顾

回顾了1958－1997年新疆短期气候预测研究取得的主要成果，包括：大气环流变化及其与新疆天气气候的关系；新疆冬、春季水旱以及北疆前冬冷暖长期天气过程的分析；北半球月平均加热场及其在长期天气预报中的应用；海气相互作用、地形影响、低频振荡过程以及在短期气修预测中的应用；新疆短期气候预测方法的应用研究等。     

小概率气候事件预测新方法

为了发展我国短期气候预测工作，改善我国中、长期天气预报方法，提高短期气候预测准确率，经“普适线性模式——关于概率分布的模拟和气候数值研究暨气候研究的统计方法学术讨论会”商议，并征得普适线性模式研制者的同意，拟将英国伦敦大学学院统计科学系的“普适线性模式”在我国气象部门推广应用。该模式容纳参数量大，     

初步建立贵州省短期气候预测业务流程

初步建立贵州省短期气候预测业务流程是以人机交互系统为平台,以提高重大天气、灾害天气、转折天气的预报准确率为重点,综合多种预报的技术和手段来制作并发布短期气候预测。该流程集预测的分析会商、预报的制作发布、资料的存储查阅、工作方式及流程运行的监督管理于一体。它减少预报员许多繁冗的工作,使预报员能赢得大量的时间投入到预报的思考中去。预报员只要进入流程,就能够大量而充分地利用前期天气预测信息进行实况、背景和预测分析,就能简便、快捷地完成所有预测业务工作。     

短期气候预测因子的选取及利用

短期气候预测是近年来气象科学研究的热点问题，文章就短期气候预测研究中因子选取、因子分析及因子利用等问题进行了初步探讨。文中认为，普查影响短期气候变化的所有因子组成备选因子集是进行短期气候预测的最基础的工作，对备选因子进行合理性、稳定性及代表性分析是预报是否取得成功的最关键问题，而使用先进的统计预报方法则是提高预报准确率的前提条件。另外，还要充分考虑到一些非线性因子的选取及利用，同时还要尽可能地利用数值预报产品作为预报因子。     

基于CFD动力降尺度的复杂地形风电场风电功率短期预测方法研究

复杂地形导致近地层风场时空变化大,是影响风电场短期风电功率预测准确率的重要因素。为此,基于中尺度数值预报模式和微尺度计算流体力学模式,建立了风电场短期风电功率动力降尺度预测系统。该系统由中尺度数值预报模式、微尺度风场基础数据库、风电功率预测集成系统组成,能够预测复杂地形风电场中每台风电机组未来72 h逐15 min的发电量。提高了复杂地形风场发电功率预测准确率,同时还可以在上报电网的风电功率预测结果中考虑运行维护计划和限电等因素对实际并网功率的影响。2014年7月-2015年1月的业务预测试验表明,风电场短期风电功率动力降尺度预测系统的月预测相对误差均小于0.2,满足中国国家电网对风电功率预测误差和时效性的业务要求。动力降尺度技术不受具体项目地形复杂程度和历史观测数据样本量的限制,可以在新建风电场中推广应用,具备实际的可操作性。      

集合数值预报在洪水预报中的应用进展

水文集合预报是近几年正在形成和发展的水文预报分支,其发展大致可分为两个阶段:第1阶段是1970年至20世纪末进行的长期径流预报,第2阶段从21世纪开始,主要学习气象数值预报中集合预报的概念在短期水文集合预报中的应用。目前,除了单一预报中心的集合预报系统在水文集合预报中应用外,多个预报中心的集合预报大集合也逐渐被应用于流域水文预报,甚至一些小流域的洪水预报。如利用TIGGE(THORPEX Interactive Grand Global Ensemble)集合预报驱动形成的大气-水文-水力的串联系统进行早期的洪水预警研究,将全球集合预报作为洪水模型输入的有限区域模式的初始条件和侧边界条件的研究。这些均表明,基于水文集合预报的洪水预报增加了预报附加值,并能够延长预警提前时间。以欧洲中期天气预报中心的欧洲洪水预警系统(EFAS)和美国NOAA的先进水文预报系统(AHPS)为代表,实现了集合预报在洪水中的实时业务预报,但仍存在数据处理和计算量大,以及如何基于集合水文预报做决策等问题。对于水文集合预报的前处理和后处理的各种技术已处于探索和验证阶段,如何更好地理解基于概率预报的洪水预警决策仍存在许多困难和挑战。     

人工智能技术在数值天气预报中的应用

当前,人工智能迎来第3次发展浪潮并在多个领域大数据分析中取得巨大成功,这为人工智能技术与数值天气预报结合提供了契机。已有大量研究尝试将人工智能技术用于数值天气预报的初值生成、预报和产品应用过程中,涉及观测资料预处理、资料同化、模式积分、后处理以及高性能计算,通过误差估计、参数估计和局部代理等手段使预报结果,得到改进且计算速度大幅提升,展示出良好的应用前景,一些神经网络模型也表现出纯数据驱动预报的可能性,在短时强对流天气、降水以及气候预测中已有较为理想的应用实例。然而,人工智能技术在数值天气预报中的应用与发展仍面临一些挑战,主要包括深度学习的弱解释性、不确定性分析以及两者的耦合等,除了应对这些挑战,未来两者的深度结合还需要在理论指导下的人工智能模型设计、高时空分辨率人工智能预报模型设计以及使用更多新型人工智能技术等方面深入探索。     

短期气候预测地气图方法的7条预报规则

根据三十多年来的短期气候预测经验，对于降水的短期气候预测，总结了7条预报规则：(1)能量频散规则；(2)相干共振规则；(3)下游阻塞规则；(4)侧向抑制规则；(5)驻波不频散规则：(6)风吹雨斜规则；(7)准半年重现规则(准半年韵律)。     

对流尺度集合预报与模式不确定性研究进展

本文回顾了国内外近10年来对流尺度集合预报系统以及有关模式不确定性研究的成果。对流尺度集合预报在提高局地强天气预报预警能力方面,因其可以提供丰富的概率预报信息而具有显著优势,相关研究和应用受到国内外学者和数值预报业务机构的重视。相对于全球集合预报,对流尺度集合预报中有关模式不确定性的研究缺乏系统性和理论基础,成为目前研究的热点和难点。目前常用的模式扰动方法有多模式、多物理过程、多物理参数、随机物理等。这些方法在强对流事件、热带气旋强度路径等预报中得到了广泛应用,但在提高对流尺度集合离散度方面作用仍有限,主要原因在于其并没有针对性描述影响对流系统发生发展的关键物理过程的不确定性,仍然属于全球集合预报中天气尺度范畴。在回顾相关研究的同时,也提出了值得探索和研究的方向。     

基于高分辨率数值天气模式的往返平飘式探空轨迹预测方法及初步评估

为了开展往返平飘式探空组网观测的仿真和模拟,以及评估组网观测对数值天气预报的影响,并实现往返平飘式探空在目标观测中的应用,本文提出了一种基于高分辨率数值天气模式的往返平飘式探空轨迹模拟和预报方法。基于我国自主研发的GRAPES区域高分辨率模式,初步建立了往返平飘式探空的轨迹预报系统。该系统将往返平飘式探空的上升段、平漂段和下降段的轨迹方程,以及下降段降落伞的动力学方程,直接嵌入到高分辨率数值天气模式中,实现对往返平飘式探空轨迹的模拟和预报。利用轨迹预测系统对63个往返平飘式探空轨迹进行轨迹预报试验和评估,试验结果表明,该系统的轨迹预测结果合理可信,6 h的轨迹预报平均误差小于40 km。     

我国短期气候预测技术进展

经过近60年的发展,我国短期气候预测技术和方法也有了长足进步。近年来,一些新的预报技术和机理认识不断应用于短期气候预测业务。ARGO海洋观测资料的使用大大提高了业务模式的预测技巧,新一代气候预测模式系统已经投入准业务化运行,研发了多种模式降尺度释用技术,多模式气候预测产品解释应用集成系统(MODES)和动力-统计结合的季节预测系统(FODAS)逐渐应用于业务中,大气季节内振荡(MJO)逐步在延伸期预报中得到应用。近年来,对全球海洋、北极海冰、欧亚积雪、南半球环流系统对东亚季风影响的新认识也不断引入到短期气候预测业务中。这些新技术和新认识的应用极大提高了我国短期气候预测的业务能力。     

多普勒天气雷达短时预报技术研究进展

简要介绍了短时预报技术的一些概念和基本内容,并就国内外基于多普勒天气雷达的短时预报技术开发进展情况,从临近外推预报和短时数值预报两方面详细叙述了包括雷达资料控制、灾害性天气预警预测、雷达资料同化等技术研究的最新动态。     

时空投影模型(STPM)的次季节至季节(S2S)预测应用进展

随着数值天气预报技术和季节动力预报系统的发展,短期天气预报及长期气候预测的能力持续提高,然而介于两者之间的次季节至季节(S2S,两周至三个月)预测技巧偏低,成为当今气象学界和业务服务的难题。南京信息工程大学国家特聘专家李天明教授团队于2012年研发了基于时空投影技术的统计预报模型(STPM),成功地对中国大陆降水和气温距平,以及区域极端降水、夏季高温、冬季低温和西太平洋台风群发事件等高影响天气进行提前10~30 d的预报,并在国家气候中心及多个省份开展了业务应用。STPM也成功应用于台湾春雨预报、南海季风爆发和ENSO预测等季节至年际变化的预测。本文对S2S预测的理论基础、STPM的发展和应用进行了完整的介绍,并讨论了S2S预测业务中所面临的挑战和未来展望。