陕西省短时临近智能预报服务系统简介

陕西短时临近智能预报服务系统(简称NIFS短临系统)是一套集实况监测、智能报警、预警发布、人机交互和上下联动为一体的多功能预警业务系统。主要面向省、市、县三级气象部门的一线业务人员,通过与陕西省气象智能网格预报一体化平台、SWAN系统、国家突发事件预警信息发布系统等集约衔接,实现对省、市、县突发气象灾害临近预警服务的及时有效支撑。NIFS短临系统首创性研发了陕西0～2 h分钟降水预报、对流天气分类识别、暴雨客观预警等产品,通过报警信息自动推送、预报指导客观定量、上下在线互动留痕等方式,帮助各级气象台加快改进现有短时临近预报业务流程体系,并为决策部门改进和完善陕西现行短临预报业务制度提供一定帮助。本文介绍NIFS短临系统主要功能及部分关键技术,包括天气实况监测、智能报警、强对流天气预报制作、人机交互订正、预报检验评估、智能管理等系统功能与暴雨预警信号智能报警关键技术,为其他省份气象部门研究开发本地短临业务系统提供参考。     

石阡2020-05-20强降水天气气象服务经验总结和思考

2020年5月20日的强降水是石阡县本年度最强降水天气过程,表现为强降水时段集中（20日02-07时）、降雨强度大（最大72.2mm/h）、影响区域广（全县范围）。文章首先利用CIMISS数据库降水资料分析了石阡2020-05-20大暴雨是由两轮短时强降水叠加造成的,尤其是第二轮强降水具有突发性强、雨强大、时间集中在1~2h的特点,其次介绍了此次强降水天气出现前、过程中的气象服务情况,然后总结了加强值班值守、做好短临监测、开展针对性气象服务有效弥补了预报上的不足,同时对存在的问题进行梳理,最后从预报预警的准确性、气象信息的及时性、灾害性天气的监测能力、业务人员专业水平、台站和部门间联动、气象工作宣传六方面进行思考,以期为今后开展气象服务提供一定的参考依据。     

高分辨率快速循环同化预报系统在内蒙古地区汛期预报性能检验和评估

利用中国气象局制定的中短期天气预报质量检验办法,选择了内蒙古地区119个国家地面气象观测站和12个探空观测站,检验并分析了高分辨率快速循环同化预报系统24h内地面和高空要素预报性能。结果表明:该模式提供的0~24h要素预报有较高的准确性和可用性,降水、温度和探空要素预报在0~12h内一致性最好,模式预报性能随预报时效的延长有减弱趋势,但在业务中具有很好的参考价值。     

广东省地质灾害短时临近气象风险预警业务的技术

根据广东省地质环境监测部门提供的1940—2008年的地质灾害发生时间、地点和降水观测分析资料,统计了地质灾害发生和降水量级、降水持续时间的关系;结合广东地质灾害易发程度,制定了地质灾害发生的雨量阈值;利用短时临近预报系统(SWAN)的1~3 h定量降水估测和预报产品,设计了1和3 h短临地质灾害风险等级计算方法,并从2009年开始在业务中应用。风险预警业务的空间分辨率为1 km,每1 h更新一次。     

C波段雷达资料同化对GRAPES中尺度数值模式短临降水预报的影响

将C波段雷达资料用LAPS模式的云分析系统进行反演,并采用Nudging技术将反演得到的云微物理场引入GRAPES中尺度数值模式,结合1次强降水天气过程的模拟实验,研究了C波段雷达资料同化对GRAPES中尺度数值模式短临降水预报的影响。结果表明：①雷达资料同化能够改进中尺度模式的降水预报,模式前6 h的降水预报相关系数和不同等级降水TS评分都有提高,同时降水峰值提前了1 h,有助于缓解模式spin-up问题。②模式降水预报的改进效果主要由强降水贡献,最大改进效果集中在4~6 h。③同化雷达资料后25 mm以上强降水预报站数比更接近实况,落区偏差幅度更小,降水落区和强度向实况方向得到调整。④10 mm以下弱降水在吸收雷达资料后,站数比相较于控制预报,比实况增加更多,落区偏差幅度增大,存在预报过量的问题。弱降水预报过量主要集中在4~6 h,而前3 h对降水预报的改进有积极作用。     

陕西2019年省级决策气象服务评估

采用国际通用调查评估方法,利用气象服务用户满意度指数CSIWS模型（customer satisfaction index of weather service）,从气象服务满意度、气象产品需求度和气象服务覆盖度三个维度对调查结果进行评估分析。结果表明：（1）2019年省级高端用户群对决策气象服务综合满意度指数为9284%,较2018年、2017年分别提高122、007个百分点;气象服务为防灾减灾救灾和经济社会发展提供了坚强保障,得到各级领导和相关部门的充分肯定和认可。（2）气象服务的发展必须要紧跟社会发展潮流,加强气象服务与云计算、大数据、物联网、人工智能等技术的融合,切实满足用户个性化需求。（3）在巩固抓好暴雨、高温等传统灾害性天气预报预警服务的同时,必须加强冰雹等强对流天气的决策服务。（4）以秦智网格预报系统深度研发为基础,继续加大短临预警服务系统的研发,切实增强短临天气服务主动性和产品可用性。（5）智慧气象APP、气象官微等融媒体发展是未来拓展气象服务手段的优先方向,要通过大众化、网络化的语言来包装气象服务产品,改进服务产品的结构和表现形式,巩固扩大用户群体,最大限度发挥气象服务效益。     

雷达反演资料的Nudging同化对华南暴雨过程短临预报的影响

基于1 km分辨率的华南区域短临预报模式,利用松弛逼近法Nudging同化由雷达观测反演的风场和水物质,选取两次华南前汛期降水过程进行试验,目的在于研究调整初始风场和调整初始水物质场对于短临模式降水预报的不同影响。首先对反演结果进行了初步验证,结果表明试验中反演结果是基本合理的。进而将雷达反演结果 Nudging同化到模式预报中,和控制试验(test-ctl)进行比较可以看出:(1)仅Nudging同化水物质试验(test-qcqr)可以比较有效地改进0～7 h降水预报,特别是对于0～2 h降水偏少的现象改进最为显著。(2)仅Nudging同化风场试验(test-uv)对3～7 h预报有一定的改进,但总体来说改进的幅度很小。(3)同时Nudging同化水物质及风场试验(test-qcqr-uv)的结果最优,它对于0～10 h降水预报都有比较明显的改进。从微物理量的垂直分布来看,前期模式降水主要来源于Nudging同化到初始场中的水物质信息,所以test-qcqr和test-qcqr-uv对前期降水预报的改进都比较明显。Nudging同化雷达反演风场资料可以迅速的调整初始场中低层辐合线存在的偏差,但是它对降水的影响必须配合水物质的调整才能比较明显地体现出来。总的来说,Nudging同化水物质对于短临降水预报影响最为显著,而在此基础上Nudging同化雷达风场对于3 h之后的降水预报会有更好的改进。     

超强台风“利奇马”登陆前后多模式降水预报评估对比分析

利用欧洲中期天气预报中心全球模式(ECMWF)、美国全球预报系统(GFS)、中国气象局全球区域一体化同化预报系统—全球数值预报系统(GRAPES_GFS)、上海区域中尺度数值预报业务系统(SMSWARMS)、以及浙江省中尺度数值预报业务系统(ZJWARMS)和浙江省快速更新同化预报系统(ZJWARRS)降水预报资料,开展了各模式对超强台风"利奇马"登陆前后浙江省强降水的预报性能检验评估。结果表明:(1)过程降水预报方面,ECMWF对降水落区预报表现最佳,但对降水极值中心强度的预报技巧较低; 3个区域模式各有优势,其中ZJWARRS和ZJWARMS对登陆点附近及浙西北强降水落区、强度的预报均与实况一致,SMSWARMS对几个强降水落区的预报也表现较好,但雨强偏弱。(2)对逐日降水预报技巧上,登陆前全球模式ECMWF、GFS评分较高,而临近登陆及登陆后区域模式表现较好;其中SMSWARMS、ZJWARRS和ZJWARMS在预报时效12 h内的大暴雨及特大暴雨的预报上有较大优势,尤其ZJWARRS对0～3 h大暴雨的预报技巧表现最为突出。(3)对强降水致灾地区(永嘉、临海、临安)的短时降水预报方面,ZJWARMS无论在落区还是强度预报方面均表现较好,ZJWARRS与之接近,对多个降水中心的预报方面可互为补充;SMSWARMS对降水中心的预报往往存在位置偏差且雨强显著偏弱;全球模式对致灾强降水的短临预报参考价值较低。(4)各模式对850 hPa水汽通量及辐合区的预报差异较大是导致"利奇马"预报降水差异显著的重要原因。对于浙江省级区域来说,ZJWARRS及ZJWARMS在强降水落区及强度的短临预报方面有显著优势。     

人工智能在短临降水预报中应用研究综述

短临降水预报是一项重要且具有挑战性的世界性难题.研究人员曾尝试使用各种技术预报降水,但是由于降水本身具有高度非线性、随机性和复杂性的特性,使得降水预测精确度并不高.近年来,随着人工智能技术的迅猛发展,其日渐渗透到人们生活的方方面面,气象领域也因此得益.人工神经网络能够对非线性系统进行建模,因此相比于传统方法,如数值天气预报法和光流法等,人工智能方法使得降水预报的准确率大大提高.本文介绍了传统降水预报的方法,着重总结概括了用于短临降水预报的各种最新人工智能方法,并对各研究方向进行归纳分析,为各类研究人员研究提供有益参考和借鉴.     

四川东北部“9·20”暴雨落区预报误差分析及思考

利用常规气象资料、卫星云图及雷达资料、自动气象站资料及NCEP1°×1°逐6h再分析资料,对2018年9月19—20日四川盆地东北部一次暴雨落区预报误差进行分析。结果表明:副高快速东退南压,配合低层强北风,加快了低层切变线和急流东退南压;西南气流偏西分量增强,偏南分量减弱,加快降水系统的东移,使得降水系统主要停滞在四川东北部的广安及达州中南部区域,造成该区产生暴雨和大暴雨。数值预报场上副高、切变线和急流东退南压速度均明显慢于实况,导致此次过程暴雨预报落区较实况误差较大。由卫星云图、地面流场和露点锋区分析可以看出,通过暖湿气流中具备抬升作用的位置可以判断1~3h内云团的演变趋势,确定强降水落区,为短临预报提供较好参考。通过多普勒雷达垂直风廓线产品(VWP)分析700hPa附近引导气流的转换来判断系统移动的速度和移出的时间。数值预报具有自身的误差和不稳定性,在实际业务中应以数值预报为基础,综合分析多种观测资料订正数值预报才能提高暴雨落区预报准确率。     

郑州市暴雨天气递进式预报预警响应联动工作机制研究

为有效应对暴雨灾害,保障城市安全,郑州市气象局建立了递进式预报预警响应联动工作机制,明确叫应标准、叫应对象和叫应规则,确定了预报预警信息的发布标准、主要内容、发送方式、接收对象和应急联动处置;建立了暴雨天气递进式预报预警服务流程,按照预防、准备、响应、复盘4个环节开展决策气象服务。在预防环节和准备环节,按照“131631”服务模式提供递进式气象服务产品,即（1）提前一周给出高影响天气和风险提示;（2）提前3d预测暴雨天气过程;（3）提前1 d预测精细到县区的暴雨落区;（4）提前6 h预测暴雨演变趋势;（5）提前3 h订正暴雨演变趋势和发布预警信号;（6）提前1 h给出精细到县区的定量降水预报。在响应环节建立健全气象内部响应和与外部门联动工作机制,保证气象服务工作规范有序,部门间的应急响应联动顺畅。在复盘总结环节制定暴雨天气过程的复盘标准,明确预报技术和决策服务复盘总结的重点内容。通过建立暴雨天气个例库和决策经验库,为决策气象服务提供参考依据。     

榆林“7·26”特大暴雨决策气象服务案例

对2017年7月26日陕西省榆林市区域性特大暴雨洪涝灾害的决策服务过程进行了归纳总结。这次决策气象服务分为三个阶段,分别为:事前正确决策,提前两次发布重要天气报告,预报有暴雨和大暴雨,提醒地方政府做好防汛准备工作;事中强化天气会商决策,密集提供预报服务产品,共发布短临预报、预警信号、防汛专题、地质灾害风险等预报产品23期,暴雨应急响应由Ⅲ级提升到Ⅰ级;事后做好跟进服务,提供灾区精细化天气预报产品。结合这次决策气象服务的经验,建立榆林市气象台大暴雨天气过程决策气象服务流程。     

CMA-MESO逐时快速更新同化预报系统及其短临预报效果初步分析

基于CMA-MESO模式水平3 km分辨率3 h循环的快速更新同化预报系统，本文建立逐小时的分析预报循环系统，并且通过采用5种尺度叠加的高斯相关模型和引入各向异性的水平相关尺度方案来改进背景误差水平相关结构，同时考察引入全球大尺度信息方案对逐小时循环的分析和预报影响。通过对2020年7月19日华东强对流天气过程的数值模拟表明：（1）逐小时循环吸收了更多的高频观测资料和循环中采用更临近的1 h预报场作为背景场，分析和降水短临预报质量整体比3 h循环有所提高；（2）在区域分析中逐时引入全球预报场的大尺度信息会削弱区域观测资料的影响，对预报会有不利影响；（3）改进的五种尺度叠加高斯相关模型和各向异性的水平相关尺度主要使风场背景误差水平相关系数的描述更接近样本的统计结果，因而在逐1 h循环中风场分析更靠近观测，华东强对流过程的组合反射率和降水短临预报更接近实况。     

中小区域短临泥石流滚动预报系统的研制

将GIS技术与中小区域泥石流短临预报相结合,建立了基于多普勒天气雷达探测技术的中小区域短临泥石流滚动预报业务系统,实现了凉山州泥石流无缝隙的滚动预报,预报间隔为1 h,预报时效为3 h。模拟预报结果表明:系统可应用于预报业务。     

惠州市应对超历史特大暴雨灾害气象服务的实践与思考

简要介绍了惠州市县气象部门应对超历史极端特大暴雨洪涝灾害气象服务的主要做法,并提出了建议。结果表明:(1)惠州市跨广东省—北和—东2大暴雨中心,省内多项暴雨历史极值出现在惠州,"18·8"惠东高潭24 h降雨量1 056.7 mm创我国大陆单站实测降水记录。(2)惠州市县气象部门充分利用气象现代化建设成果,充分发挥"政府主导、部门联动、全社会共同参与"气象灾害防御机制的作用,结合惠州实际建立了"省市县三级气象部门上下联动协调一致、地方部门应急联动高效并联合发布防御信息、利用自有和社会渠道广泛发布气象信息"的重大气象灾害服务机制,气象服务得到各界的充分肯定。(3)提升基层气象灾害防御能力还有待于做好短临监测预警、加强总结分析、加强气象科普宣传和多途径拓展气象信息传播渠道。     

龙岩市水电气象服务需求调查和效益评估

以龙岩市棉花滩水库作为典型单位,从发电型水库最主要敏感气象要素降水的预报服务出发,采用问卷调查得出水电行业气象敏感度,气象要素最佳预报时效、临界值以及气象服务敏感度、需求度和满意度调查,以对比分析法得出典型企业2014—2016年气象服务贡献率e平均值为2.9%,德尔菲法两轮调查得出龙岩市水电行业气象服务贡献率为2.062 7%,2014—2016年龙岩市水电行业逐年气象服务效益值分别为1 399、1 543、3 097万元。     

AREM-RUC 3h快速更新同化预报系统的建立与实时预报对比检验

以AREM模式和LAPS系统为核心,建立了3 h快速更新同化预报系统（AREM-RUC）,并对武汉暴雨研究所业务运行的三套模式系统（AREM-YW、AREM-SY和AREM-RUC）在2009年6—12月的实时降水预报结果进行了对比检验,结果表明：（1）2009年6月1日至12月14日00时起报的0～24 h降水预报T...     

基于雷达外推和中尺度数值模式的定量降水预报的对比分析

应用广东2010年出现的4次暴雨过程的气象资料,检验分析了临近预报系统（SWAN）和华南中尺度数值模式（GZMM）中的定量降水产品对晴雨及不同类型降水的预报效果,在此基础上探讨了临近预报系统和数值模式在0～6 h范围内的预报能力的交叉点。结果表明：首先,对于晴雨预报,SWAN系统中降水产品随着预报时效的增加预报效果呈现出减弱的趋势,且高分辨（0.02°）产品的下降速度要快于低分辨率（0.12°）;GZMM降水产品（0.12°）在1～3 h预报能力逐步提升,在4～6 h维持相对稳定的水平。对于分辨率同为0.12°的SWAN系统和GZMM模式产品,在第1和第2 h,SWAN产品的CSI评分分别为0.504和0.442,高于GZMM的0.306和0.375,但从第3小时开始GZMM产品CSI评分略高于SWAN产品,表明此后华南中尺度数值模式对晴雨的预报能力优于SWAN系统,交叉点介于2～3 h。其次,进一步检验了上述产品对弱降水（1小时雨量为0.1～2 mm）、一般性降水（2～10 mm）和较强降水（超过10 mm）的预报能力。对于弱降水,GZMM产品CSI评分在0～6 h维持在0.23,高于SWAN产品,表明GZMM模式对于弱降水的预报能力在整体上要强于SWAN系统。对于一般性降水,在0～3 h,分辨率为0.12°的SWAN产品CSI评分高于GZMM产品;两者的CSI评分曲线的交叉点介于3～4 h,即从第4小时开始,GZMM降水产品预报效果更好。对于较强降水,无论是SWAN系统还是GZMM模式,预报能力都呈现出明显的减弱;但SWAN系统在整体上对强降水的预报能力要优于GZMM模式。     

RMAPS-CA在新疆区域预报效果对比检验与评估

为了提升新疆区域数值天气预报模式的精细化预报能力,引进北京城市气象研究院运行的快速更新多尺度分析和预报系统睿图,搭建3 km高分辨率的睿图—中亚系统(Rapidrefresh Multi-scale Analysis and Prediction System-Central Asia,简称RMAPS-CA),将2017年1月和7月作为预报检验月份,对比分析了新搭建的RMAPS-CA系统与目前业务运行的沙漠绿洲戈壁区域同化预报系统(Desert Oasis Gobi Regional Assimilation Forecast System,简称DOGRAFS)的短期、短临预报效果,并针对2017年6月6—7日的降水过程进行对比。结果表明:(1)从高空的位势高度、温度、风要素预报结果看,RMAPS-CA系统冬季在中低层效果优于DOGRAFS系统,高层略差于DOGRAFS系统;而夏季的预报效果整体要优于DOGRAFS。(2)RMAPS-CA系统的2 m温度的预报效果整体要优于DOGRAFS系统,10 m风速的预报效果冬季要优于DOGRAFS,夏季略差于DOGRAFS。(3)降水检验看,RMAPS-CA系统在降水时段、落区和量级等方面的效果均优于DOGRAFS系统,尤其是对小量和大量级降水的预报。(4)从强降水过程的降水落区、强度以及站点降水预报的对比分析看,RMAPS-CA系统的降水预报效果更好。根据2017年代表月份的预报以及一次强降水过程的对比分析,RMAPS-CA系统的预报性能整体上优于DOGRAFS,可以在此基础上推进RMAPS-CA高分辨率系统建设。     

基于ConvLSTM的广西短临降水预报

针对传统雷达回波外推算法在快速增长或消散降水过程预报精度较低的问题,利用华南雷达回波拼图资料数据,建立ConvLSTM回波外推模型,对广西区域范围进行短临降水预报研究.采用气象业务中的正确率(POD)、临界成功指数(CSI)及误报率(FAR)评判标准检验预报模型,并将ConvLSTM与光流法的预报结果进行对比分析.结果 表明,ConvLSTM模型的CSI、POD分别比光流法提高0.06和0.059,而FAR下降了0.058.ConvLSTM方法比光流法的回波外推预报准确率高,该方法可为广西短临降水预报提供新的参考.