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。     

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。     

江苏省强对流天气短时预报系统

短时预报的重点是中尺度系统所反映的强对流天气,针对这种天气的特点,为解决定点、定时、定量预报和快速传递的要求,我们研制了“江苏省强对流天气短时预报系统”,其设计思想是将探测、预报、通讯和服务作为一个技术总体来考虑,在现有的气象技术设备条件下,和以往积累的大量短时预报经验基础上,应用计算机技术,建立了多个功能模块和分系统,最后组合成一个业务系统。这既符合我国的国情和技术发展的现状,又具有一定的预报水平和业务化能力。在业务中投入试验证明该系统既实用又具有速度快、操作简便、预报结论客观化的特点,是省级气象台预报业务现代化的重要组成部分。     

驻马店强对流天气短时预报业务系统

利用1984～1998年4～9月驻马店雷达探测资料和地面观测资料,分析了强对流天气的时空分布特征,并根据强对流天气的回波形态、强度、高度和路径,确定了预报指标,在微机上开发了强对流天气短时预报业务系统.     

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。     

1995年江西省气象台利用雷达回波制作强对流天气短时预报评述

1995年是江西省气象灾害比较严重的一年,特别是6月份的连续暴雨过程,是解放以来罕见的,给赣北赣中造成了严重的洪涝灾害.1995年也是冰雹和雷雨大风出现较多的年份之一.在这样的重灾之年,雷达对暴雨、雷雨大风等强对流天气进行了严密的监视,为作好强对流天气的短时预报起了决定性的作用.为了总结这方面的经验,本文仅就省台雷达站业务工作范围内的强对流天气短时预报做一简要评述.1 雷达对强对流天气的探测1.1 雷达站制作强对流天气短时预报的工作范围受雷达探测能力的限制,雷达站制作预报只能考虑距雷达站200公里以内的区域,即平时所说赣北赣中.     

利用雷达探测资料制作华东地区强对流天气短时预报的几个问题

强对流天气的短时预报是目前迫切需要解决的气象问题之一。天气雷达是探测和研究强对流天气的有效工具,利用天气雷达探测资料制作强对流天气的短时预报,需要进行两方面的工作:一是建立一套有效的通信和资料处理系统,以便迅速收集和整理雷达     

上海地区强对流天气短时预报系统

以强对流天气的发生、发展规律为依据,从中尺度数值预报模式输出结果、Ｄｏｐｐｌｅｒ天气雷达、静止气象卫星、ＭＩＣＡＰＳ系统和自动雨量站网等获取大气运动的各种尺度动力条件、水汽条件、大气稳定度和触发机制,各种天气实况等动态变化资料,结合预报员经验,建立了“上海地区强对流天气短时预报系统”（以下简称“预报系统”）,预报系统产品包括强对流天气的形势分析、０～１２ｈ展望预报、０～３ｈ滚动预报及警报。预报系统     

用不稳定能量对稳定度的高分辨诊断

一、引言 近年来计算机及先进的通信设备在短时预报业务中的应用,提高了强对流天气的监测和短时预报服务的能力。而为进一步提高短时预报的准确率,研究和选择效果较好的分析预报方法,仍有重要的作用。在强对流     

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。     

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。     

国家级强对流潜势预报业务进展与检验评估

为了推动我国现阶段天气预报业务向专业化和精细化方向发展,国家气象中心自2009年组建了强天气预报中心并开展了国家级强对流落区潜势预报业务。开发了基于加密自动气象站WS报、全国闪电定位监测网、FY系列卫星以及雷达组网等多种实况观测资料的强对流实时监测产品,制定了基于MICAPS 3.0业务平台的《中尺度天气分析规范》,研发了基于全球模式T639以及区域中尺度模式GRAPES-RUC、WRF-EPS等模式输出量的强对流动力热力参数的诊断分析产品及潜势预报方法,建立了国家级强对流天气实时预报业务并发布雷暴、雷雨大风和冰雹、短时强降水等分类落区预报指导产品。对2010年4—9月国家级预报产品进行的客观检验结果表明：6小时间隔雷暴TS评分为18%,短时强降雨为2.6%,冰雹和雷雨大风为2.1%;12小时间隔雷暴TS评分为18.4%,短时强降雨为4.1%,冰雹和雷雨大风为1.3%。     

深圳市短时、临近气象预报、预警业务系统简介

基于多普勒雷达、中尺度自动站网资料,深圳市气象局2005年开展了“短时、临近气象预报、预警业务系统”的研究。系统提供了强对流天气自动报警功能,包括预警业务流程、短时预报制作和发布、预报查询、系统管理等功能模块;系统的开发采用java和jsp语言编程,能够有机地与深圳气象台现有业务系统融合,并将业务管理融入系统中,减轻了预报员的工作强度。     

会昌8月强对流天气短时预报初探

盛夏8月是冰雹、强降水和雷雨大风等强对流天气多发月,其中雷雨大风占全年大风的32%.1965～1993年8月,测站观测记录到冰雹一次、强降水6次,雷雨大风9次.除一次强降水出现在9～10时外,其余15次强对流天气集中出现在15时30分～21时.1986年开展强对流天气短时预报业务以来,先后出现4次雷雨大风和一次冰雹,这5次强对流天气均未提前半小时报出,准确率为0.日常业务中,预报员仅凭经验和临近天气实况来制作预报,从未形成客观定量的强对流天气短时预报方法.现以1965～1991年为资料样本,在地区气象台8月强对     

SWAN系统灾害性天气监测模块的二次开发与应用

应用C#语言编程,针对河南省本地业务需求,对灾害性天气短时临近预报业务系统(简称SWAN系统)灾害性天气监测模块进行了二次开发,实现了实时业务运行。添加了SWAN系统服务器端灾害性天气实时监测模块的监测功能,使系统服务器端定时处理雷暴和冰雹灾害性天气报文、及时准确地生成雷暴和冰雹灾害性天气监测产品,改进了客户端灾害性天气实时报警功能,使客户端界面能直接清晰地显示灾害性天气图标而非灾害性天气信息提示框,解决了实际业务中强对流天气多发时段内SWAN系统客户端显示界面灾害性天气监测产品与其他预警、预报产品之间辨别困难的不足。通过2014年7月一次河南省大范围强对流天气实例,对比分析了二次开发前后该系统在实际业务中的应用情况可知:对灾害性天气监测模块进行二次开发后的SWAN系统平台有助于预报员更及时、快捷地了解灾害性天气实况,在河南夏季强对流天气多发时段的灾害性天气监测和预警预报工作中具有更良好的应用效果。     

强对流天气监测短时预报系统

作者在前３年研究和试验的基础上，研制了一套适合湖南实际情况的较完善的准客观强对流天气监测短时预报系统，它包括图形图象显示，雷达定量估算降水和强对流天气短时预报方法子系统。     

国家级强对流天气分类预报检验分析

预报产品的客观检验是记录、考量各种预报业务质量,促进预报水平提高的重要手段,也是整个天气预报过程中的重要环节。本文采用"点对面"Threat Score(TS)、漏报率、空报率等客观指标首次对2010—2015年4—9月国家级强对流天气预报中雷暴、短时强降雨以及雷暴大风和冰雹等分类预报进行了检验。同时,本文也对强对流天气落区分类预报客观检验存在的问题以及未来发展进行了讨论。检验结果表明:过去6年间,6~24 h时效预报,雷暴TS评分为0.22~0.34,短时强降水为0.18~0.24,雷暴大风和冰雹为0.01~0.07;48、72 h时效预报、雷暴TS评分为0.30~0.40,强对流天气TS评分为0.16~0.23,除雷暴预报TS评分在2012—2013年有所回落外,其他类别的强对流天气预报总体上TS评分呈上升趋势,雷暴大风和冰雹预报评分明显低于其他两个类别。雷暴空报率是漏报率的2~3倍,短时强降水漏报率与空报率接近,雷暴大风和冰雹天气漏报率和空报率都在0.8以上。与美国风暴预报中心(SPC)2000—2010年定期发布的1 d对流展望产品检验结果比较,强天气预报中心雷暴和短时强降水落区预报TS评分较高,雷暴大风和冰雹评分较低。典型个例预报检验结果表明,系统性大范围的风雹天气可预报性较强,评分要显著高于平均预报水平;对于非过程性的、分散的风雹天气,预报难度大,TS评分低。     

一次短时强对流天气的雷达产品特征分析

对2016年8月27日芒市地区产生局地强对流天气的雷达回波资料进行分析。分析结果表明:这是一次典型的对流单体和飑线系统汇合加强影响下产生的短时强对流天气,RCS剖面对流高度能直观反应出单点强对流的发展情况;飑线生成、发展壮大过程中,飑线产生的短时强降水和雷暴天气是逐步加强的,而飑线系统与强对流风暴合并短时内导致雷暴天气加强和降雨量增大;飑线衰弱过程与雷达二次产品SS中的最大反射率所在位置高度的递减规律趋势符合,是飑线系统减弱的预报指标。这次强对流过程从天气形势上未做出准确预报,希望从多普勒天气雷达产品资料分析中得出的预报特征能帮助今后提前发布强对流天气预警。     

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。