江西省天气预报业务技术体制改革的思路和进展

引言 七五期间,江西省初步建成了STYS系统,完成了以中速通信、实时资料库、图形图像库和局地网络等为基础的省级气象实时业务服务系统,开发了长、中、短期天气预报自动化或半自动化业务系统。以气象卫星资料、天气雷达监测资料和灾害性天气联防为基础的短时天气预报业务得到加强,提高了灾害性天气的监测预报和服务能力。初步改变了单一依靠天气图作预报的状况,我省的天气预报正向以计算机处理为主要手段,以数值预报产品应用为基础,各种信息和方     

西北地区东部重要天气预报业务系统

利用实时资料和数值预报产品,建立以多种数据库为支撑的西北地区东部重要天气预报业务系统。该系统在本地灾害性、关键性和转折性天气的中短期预报方面具有较好的业务实用效果。     

对流天气临近预报业务系统的新发展

对流天气的临近预报是近年来中国气象局重点发展的一个新的业务领域,目前临 近预报业务系统中主要的算法,仍然是基于雷达资料的外推预报。本文基于2008年奥运会期间在北京实施的世界天气研究计划临近预报国际示范项目一B08FDP的运行情况,介绍了国际先进的临近预报业务系统及其在临近预报算法方面的新进展,并给出了奥运示范期间临近预报系统总体预报性能的检验结果。     

强天气监测和潜势预报系统

该文介绍了国家气象中心的强天气监测和潜势预报系统(NMICAPS短时预报版),该系统是在NMICAPS系统的基础上,为满足国家气象中心的强天气监测和潜势预报业务的需求而开发的。系统采用Linux操作系统平台,在资料检索、数据分析、地理信息应用等几个方面进行了改进,并增加了一些针对强天气潜势预报的功能。该系统操作简便,基本能够满足该项业务的需要。     

论江西气象预报预测体系改革与建设

从改革思路、主攻方向和业务分工等方面,对江西气象预报预测体系改革与建设的主要内容进行了论述,认为预报预测体系是整个基本业务系统的核心,是实现预报预测准确率提高的关键,应按照中国气象局业务技术体制改革总体方案,结合江西经济社会发展的需要,开展天气、气候、气候变化、农业气象与生态、大气成分、人工影响天气、雷电等多轨道的预报预测业务,并紧紧依托气象基础业务系统,加强与有关部门和行业的合作,围绕提高气象预报预测准确率,以数值预报产品为基础,以信息处理技术为依托,综合利用多种监测资料和预报预测技术方法,以预报人机交互系统为工作平台,加强雷达、卫星等遥感应用产品对多轨道业务的支持,充分发挥预报员的作用,发展多轨道、无缝隙、精细化预报预测业务,连续滚动制作空间上完整、时间上连续的预报预测产品。     

长江中游临近预报业务系统 (MYNOS) 及其应用

针对长江中游强风暴天气特点和现代预报业务需求,在借鉴世界临近预报系统, 特别是美国的Auto-Nowcaster和WDSS-II以及英国的GANDOLF等先进经验的基础上,以我国多普勒天气雷达网为重要技术手段,结合数值预报等信息资源,于2007年研究建成长江中游临近预报业务系统 (MYNOS)。MYNOS主要技术方法包括:雷达与雨量计实时同步积分结合的降水估算方法 (RASIM),雷达反演参量与中尺度模式输出物理量相结合的强风暴性质自动识别和追踪技术,基于暴雨回波生命史特性约束下的多尺度合成降水量临近预报,基于数值预报模式和模糊逻辑学的强对流天气分类落区潜势预报,集GIS功能并整合各种定量监测与预警产品于一体的短时预报工作站。MYNOS已成为短时临近预报业务的支撑平台,其中实时生成的流域定量降水估算与临近预报、强对流天气分类潜势诊断与识别预警产品等成为日常预报业务的重要参考依据。     

短时临近天气预警集约化业务系统研究

为实现短时临近预警业务集约化智能化运行和管理,采用B/S结构模式及Web GIS技术开发了省、市、县三级一体化的短时临近天气预警集约化业务系统。该系统集天气监控、预报预警产品制作、服务分发和业务管理为一体,具有业务整体性强、集约化程度高、有一定智能化功能等特点。系统开发集成的主要关键技术包括突发天气短时临近预报概念模型的建立,预警产品的制作与订正,强对流天气区的自动识别和追踪技术等。目前该系统已投入业务运行,成为广西区、市、县三级短临监测、预报一体化平台,实现了各级台站之间气象信息的快速交流共享,达到上下级台站短时天气快速联防互动的效果,预警产品制作比旧的业务系统效率更高效,流程更规范,生成的产品内容更标准,上下级业务互动更快速。该系统推进了气象业务的集约化、智能化运行及维护,服务器布置于省局,客户端以网页方式推送、展示,用户通过浏览器就能完成天气监测及预报预警产品制作到发布的所有流程。     

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。     

冰雹预报、警报业务系统的运行和检验

１９９７年,黑龙江省气象台完成了冰雹天气预报,警报业务系统建设。以一次冰雹天气过程的预报,警报为例,检验了该系统的可靠性,证明具有很强的预报能力,可以投入业务试运行。     

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。     

基于贝叶斯理论的单站地面气温的概率预报研究

基于贝叶斯理论,建立了将确定性预报向概率预报转换的基本模式,并利用TIGGE资料中欧洲中期天气预报中心(ECMWF)地面气温预报资料及地面气温观测资料,对概率化后的预报进行了评估与释用。结果表明,概率化后的预报结果不但能提供丰富的预报产品,而且所提供的预报均值优于原始的确定性预报。应用贝叶斯模式平均法(BMA)将中国气象局(CMA)、美国国家环境预报中心(NCEP)和ECMWF 3个模式的预报结果进行多模式集成,得到了更为合理的概率分布,其中分布的均值可作为模式的预报结果,方差和置信区间反映了预报量的可变范围。因此,基于贝叶斯预报模式的概率预报相对于确定性预报,不但能够提供更高精度的预报,而且能提供更全面的预报信息。BMA集成预报结果不但优于集合平均预报,而且还能定量描述预报的不确定性。利用ECMWF预报中心51个预报成员进行集成贝叶斯概率预报试验,发现BMA预报融合了各成员对预报不确定性的描述,还对概率预报的均值进行了调整,使之与观测值更为接近。BMA预报的概率密度分布更能反映大气的真实分布情况。     

基于TIGGE资料的预报跳跃性特征

利用2011年3月—2013年2月TIGGE资料中ECMWF,NCEP及CMA 3个中心的500 hPa位势高度场、850 hPa温度场和海平面气压场的集合预报资料,采用Jumpiness指数同时结合单点跳跃、异号两点跳跃等预报跳跃相关概念,研究了集合控制预报和集合平均预报的预报跳跃特征问题,并进行对比分析。结果表明:平均而言,短时效预报之间的跳跃性低于长时效预报之间的跳跃性。集合平均预报的结果之间较其相应的控制预报具有更好的一致性。在预报跳跃的频率统计方面,集合平均预报结果总体上明显低于集合控制预报,两者在长时效的预报跳跃情况差别较大。该文研究了预报跳跃对不同区域、时间和变量的敏感性,结果表明:时间平均的预报跳跃性对区域和变量很敏感。不同预报跳跃类型出现的频率及集合控制预报和集合平均预报在预报跳跃性方面的差异对区域、时间和变量的敏感性有限。     

基于TIGGE资料的东亚地面气温预报的不一致性研究

基于TIGGE资料中欧洲中期天气预报中心(ECMWF)、美国国家环境预报中心(NCEP)和中国气象局(CMA)3个集合预报系统的地面气温集合预报资料,运用跳跃指数研究了3个集合预报系统中东亚地面气温的控制预报及集合平均预报的不一致性。结果表明,各个集合预报系统地面气温预报的时间平均不一致性指数差异较大。ECM WF时间不一致性指数最小,NCEP次之,CM A最大。另外NCEP的控制预报、ECM WF的控制预报和集合平均预报,这三者的时间平均不一致性指数随预报时效延长而增加,且集合平均预报一致性优于控制预报。而对于CMA预报的不一致性,无论是控制预报还是集合平均预报总体上都稳定地保持在较高的水平。此外,ECMWF的地面气温冬(夏)季预报的不一致性相对较强(弱),且单点跳跃随预报时效延长变化不明显,而控制预报和集合平均预报的异号两点跳跃以及三点跳跃出现的频率总体上随预报时效延长略有增加。     

兰州市空气质量预报系统结构及效果检验

文中从潜势预报、浓度预报、统计预报和数值预报 4方面介绍了兰州市空气质量预报业务系统的研究方法和结构特点。对 2 0 0 1年 4～ 10月兰州市空气质量预报与日报 (实况 )进行了分析研究 ,结果表明 ,该系统对兰州市空气质量预报有较强的预报能力 ,适用于兰州市空气质量预报业务。     

Ensemble Forecast： A New Approach to Uncertainty and Predictability

Ensemble techniques have been used to generate daily numerical weather forecasts since the 1990s in numerical centers around the world due to the increase in computation ability. One of the main purposes of numerical ensemble forecasts is to try to assimilate the initial uncertainty （initial error） and the forecast uncertainty （forecast error） by applying either the initial perturbation method or the multi-model/multiphysics method. In fact, the mean of an ensemble forecast offers a better forecast than a deterministic （or control） forecast after a short lead time （3-5 days） for global modelling applications. There is about a 1-2-day improvement in the forecast skill when using an ensemble mean instead of a single forecast for longer lead-time. The skillful forecast （65% and above of an anomaly correlation） could be extended to 8 days （or longer） by present-day ensemble forecast systems. Furthermore, ensemble forecasts can deliver a probabilistic forecast to the users, which is based on the probability density function （PDF） instead of a single-value forecast from a traditional deterministic system. It has long been recognized that the ensemble forecast not only improves our weather forecast predictability but also offers a remarkable forecast for the future uncertainty, such as the relative measure of predictability （RMOP） and probabilistic quantitative precipitation forecast （PQPF）. Not surprisingly, the success of the ensemble forecast and its wide application greatly increase the confidence of model developers and research communities.     

辽宁省分县指导预报评定检验系统

辽宁省分县指导预报评定检验系统是根据业务工作需要,以"辽宁省气象台中短期指导预报天气预报质量检验办法"为评分标准,使用VB语言为工具,应用分县指导预报及每日实况等基础资料开发研制的。系统实现了54个县站24—168 h的降水、温度等指导预报产品以及实况资料的自动入库、评定功能;建立了辽宁省指导预报评分统计平台,实现了对全省中短期指导预报产品按不同的预报项目、预报时段和预报区域的评定检验功能,基本实现了指导预报评分的标准统一化、操作简单化、报表规范化及评分自动化。通过对指导产品分站、分区和分时效的预报结果检验,可找出天气预报的薄弱环节,提高指导预报的水平,为各级台站提供具有一定可信度的指导预报产品具有重要的意义,有利于提高指导预报准确率及各市县级台站对指导预报的有效使用及评价。     

CUACE系统在乌鲁木齐空气质量预报中的效果检验

采用2013年12月1日—2014年2月28日空气质量观测数据,对CUACE系统在乌鲁木齐空气质量预报中的效果进行离线检验。结果表明,在污染物浓度和空气质量分指数方面,NO2的预报效果优于PM10和PM2.5,28 h预报时效的预报效果优于52 h预报时效;在首要污染物预报结果中,28 h预报时效的总体预报效果优于52 h,28 h预报时效中PM2.5预报正确率为65%;从空气质量等级的预报效果来看,28 h预报时效与52 h预报时效无明显差别,对NO2和PM10的预报准确率达到100%,对PM2.5三级预报准确率达到90%以上,对二、四级预报准确率在70%～80%之间,对五、六级重度污染预报值偏低两个级别或以上。     

ECMWF极端天气指数在华东台风 降水预报中的应用和检验

选取2015—2018年影响华东地区的13个台风个例,分析降水极端天气指数EFI (Extreme Forecast Index)和SOT (Shift of Tails)与台风降水之间的统计关系。结果表明:EFI和SOT与降水气候百分位之间存在明显的正相关关系。EFI和SOT越大,强降水发生概率越高。随着预报时效的增加,EFI和SOT指数对暴雨和大暴雨的预报效果逐渐变差。对于短期(72 h以内的时效),EFI预报技巧优于SOT,而随着预报时效的延长,SOT的预报技巧逐渐接近并超过EFI。以TS评分最大为标准兼顾合理的预报偏差,得到两种极端天气指数不同预报时效、不同等级暴雨的预报阈值。总体而言,事件越极端,EFI和SOT的预报阈值越大,对于暴雨和大暴雨,EFI指数的预报阈值随着预报时效的延长有减小趋势,而SOT的预报阈值基本保持不变。在台风极端降水预报中,EFI和SOT可以作为EC定量降水预报的补充,有助于减少强降水的漏报,并提早发出预警信息。     

神经网络方法在环渤海能见度预报中的应用分析

本文基于2001—2015年中国气象局地面常规气象观测数据及NECP再分析资料,采用BP神经网络方法构建环渤海沿海城市能见度预报模型,利用2016年ECMWF集合预报数据基于预报模型进行能见度预报实验,并与ECMWF集合预报产品中现有能见度预报结果进行对比分析。分析表明:该方法对于环渤海沿海城市能见度预报的预报效果明显高于ECMWF集合预报中的能见度预报,12～72 h预报时效中,最小值对应1 km以下能见度的TS评分为0. 36～0. 43; 10 km以下能见度预报误差显著降低,与离散度的对应关系较好。因此,该方法对低能见度天气过程的能见度预报具有指示意义。     

多模式温度集成预报

基于中国国家气象中心T213模式、德国气象局业务模式和日本气象厅业务模式2 m高温度预报, 利用神经网络方法中的BP网络建立了我国600多个站的温度集成预报系统, 该预报系统的预报时效为72 h, 间隔为3 h。通过对2004年1—5月的预报结果检验, 表明:集成的温度预报结果明显优于3个模式单独的预报结果, 72 h内预报的平均绝对误差在3 ℃以内, 并且不存在明显的系统误差, 预报达到了一定的精度, 可以为预报员提供定时、定点精细的客观温度预报参考。分区的检验结果表明:不同区域预报误差存在差别, 新疆和西藏误差比较大, 而长江流域和华南地区误差很小, 并且不同区域系统误差的情况也不相同。从总体情况看, 预报误差还存在日变化, 一般来讲, 夜间的预报误差小于白天。