动力气候模式预测系统业务化及其应用

动力气候模式是目前国际上开展气候预测的主要工具。经过 8年多的研制、发展和业务化过程 ,国家气候中心已建立起第一代动力气候模式预测业务系统 ,并以此为平台 ,形成了一套包括月、季节到年际时间尺度的动力模式预测业务。 2 0年历史回报试验和 1年多的试验性业务运行结果表明 ,该系统对东亚区域的季节预测具有较好的预测能力 ,其预测结果已经在实际业务中得到了应用 ,并成为我国短期气候预测业务的重要参考依据。该文是对该动力模式系统性能的介绍 ,也是对国家“九五”重中之重课题的加强课题“短期气候预测综合动力模式预测系统业务化”专题的总结汇报。     

序言

"广西气候灾害监测及短期气候预测业务系统研究"是广西区科技厅的"九五"攻关项目,也是国家"九五"重中之重科技项目"我国短期气候预测系统的研究"的96-908-05课题07专题"华南地区洪涝、灾害与台风长期趋势预测系统研究"的一个分课题,称为96-908-05-07-2子课题.该课题从1997年立项至今三年多,经课题组全体成员的努力,取得了许多研究成果,这些研究成果已在业务试用中初步显示了业务能力和效益.     

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。     

2010年国家级和自治区级业务预测产品对内蒙古短期气候预测能力的检验

对2010年1-12月和春季(3-5月)、夏季(6-8月)国家气候中心和内蒙古气候中心的短期气候预测业务质量进行评分,以检验国家级和自治区级气候预测业务对内蒙古的预测能力.通过对比分析表明:总体来看,2010年短期气候预测质量检验评分内蒙古气候中心91.7％的月份温度预测和75％的月份降水预测高于国家气候中心,其中,春季温度预测较差;夏季降水预测较差.平均而言,业务预测质量明显高于模式产品质量.因此,需要在内蒙古业务预测分析参考时注意,降水预测的指导能力相对较弱.     

Predicting climate anomalies:A real challenge

过去几十年,气候变化和极端气候事件造成的经济损失和灾害显著增加.虽然全球的科学家在理解和预测气候变异方面做出了巨大的努力,但当前在气候预测领域仍然存在几个重大难题.2020年,依托于国家自然科学基金基础科学中心项目的气候系统预测研究中心(CCSP)成立了,该中心旨在应对和处理气候预测领域的三大科学难题:厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)预测,延伸期天气预报,年际-年代际气候预测,并为更加准确的气候预测和更加有效的灾害防御提供科学依据.因此,本文介绍了CCSP的主要目标和面对的科学挑战,回顾了CCSP在季风动力过程,陆-气相互作用和模式开发,ENSO变率,季节内振荡,气候预测等方面已取得的重要研究成果.未来CCSP将继续致力于解决上述领域的关键科学问题.     

跨季度动力气候预测系统IAP DCP-II

概述中国科学院大气物理研究所研制的跨季度动力气候预测系统(IAP DCP-II),及其在我国夏季降水距平预测业务中的应用情况.该系统的试用始于1988年,1998年定型为现今版本(即IAP DCP-II).1998年起至今,每年预测的检验说明,该系统有较好的跨季度预测能力,能预报出夏季降水距平的大范围分布形势.     

国家气候中心新一代ENSO预测系统及其对2014/2016年超强厄尔尼诺事件的预测

厄尔尼诺和南方涛动（ENSO）作为其年际变率支配模态,对我国季节气候预测有着非常重要的指示意义。在过去30年里,ENSO自身属性、类型和气候影响发生了显著改变,为我国气候预测和防灾减灾带来了前所未有的挑战。2012年以来,国家气候中心组织研发了新一代ENSO监测、分析和预测业务系统（SEMAP2.0）,目的是切实提升ENSO监测预测业务能力。SEMAP2.0综合集成了国内外多项ENSO研究新成果,并自主研发了多项ENSO诊断预测新技术。该系统包括实时监测、动力学诊断-归因分析、两类ENSO物理统计预报模型、气候模式集合预报解释应用、以及相似 动力预报订正等五个子系统。20年独立样本检验显示,集合平均Ni〖AKn~D〗o3.4海温指数提前6个月预报的时间距平相关系数达到0.8。该系统已于2015年底正式业务运行,每月实时提供业务产品。在业务应用方面,该系统2014年春季给出了基本反映实际的夏秋季厄尔尼诺演变趋势预测,较为准确地预报出了2014/2015年冬季弱中部型厄尔尼诺状态和2015年春季以后厄尔尼诺的持续发展趋势以及向东部型的转换过程,准确定位出2014/2016事件峰值时间和强度并预计此次事件在2016年春末结束。     

内蒙古中西部春季沙尘暴预测初探

利用1960～2000年气象资料，对内蒙古中西部地区春季(3～5月)较大范围的沙尘暴发生频率作了统计，并根据该地区40年春季降水的气候特点划分降水气候区。着眼于沙尘暴预测，分析前期或同期的天气和气候因素。结果表明：春季降水偏少，冷空气活动频繁，沙尘暴发生频率偏高；前期西太平洋副热带高压面积的大小和强弱、青藏高原位势高度的高低、亚洲纬向环流的强弱、大西洋—欧洲环流型日数和南方涛动的位相等气候因子，均对沙尘暴的发生有不同程度的影响，他们对春季谈地、区沙尘暴发生频率的预测均有参考意义。     

谐波分析在短期气候预测中的应用

为进一步提高短期气候预测业务能力，在对泰安51年气候资料统计分析基础上，使用谐波分析，制作了短期气候预测应用系统。本文简要说明了该系统的建立思路及预报模式的作用和使用方法效果。     

我国短期气候动力预测模式系统的研究及试验

气候和气候异常对我国的国民经济发展具有重大影响,为提高短期气候预测的准确率,研究动力气候模式短期气候预测新技术至关重要.通过近5年的努力,建立了一套出月动力延伸预报模式,海气耦合的全球气候模式(AGCM+OGCM+海冰+高分辨率印度洋-太平洋海盆模式),区域气候模式季和年际尺度的业务动力模式组成的系统.初步把我国的短期气候预测水平由经验统计方法提高到定量和客观分析的水平上.在此基础上,已建成了一个具有物理基础的统计方法与气候动力模式相结合的综合气候预报系统.     

航空短期区域气候模式预测系统研究

基于国家气候中心的海气耦合业务预测系统CGCM_1.1的预测资料产品,集成并完善了一个单向嵌套的、中尺度海气耦合的区域气候模式ASRegCM,并以其为数值计算核心,建立了一套航空短期区域气候预测业务系统ASRCPOS。对1983～2002年（共20年）的回报试验结果显示,ASRCPOS业务预测水平较前期统计预测为主业务系统的预测水平有一定程度的提高。尤其是在对连续型变量地面气温的距平,以及对非连续型变量地面降水的距平量级预测能力方面,该动力业务系统预测能力较前期业务系统有所改善。回报结果同时显示,业务系统在异常天气气温的预测方面存在较大的改进空间,对月以下时间尺度预报的解释应用方面仍存在一定的局限。     

MM5在上海区域气象中心数值预报中的改进和应用

以国家气象中心数值预报产品为依托, 根据上海区域气象中心计算机资源配置情况, 用NCAR-PSU/MM5V2作为动力框架, 确定了侧边界嵌套方案、积云参数化方案和边界层参数化方案, 研制了资料分析同化方法和预报结果后处理方法及产品显示软件, 建立了上海区域气象中心第五代数值预报业务系统, 可提供华东地区138个城市每3 h一次的地面要素预报.半年多准业务运行表明, 预报效果较好, 对区域内气象台站的业务预报有良好的参考价值.     

在台风业务系统中使用卫星云导风资料的试验

在国家气象中心台隐数值预报业务系统中引入国家卫星气象中心提供的卫星云导风资料,进行两项预报试验。第一项是把卫星云导风资料作为观测资料进行最优插值客观分析;第二项是将云导风资料加入到轴对称的人造台风模型风场上,使之产生非对称风场。试验结果表明：卫星云导风资料作为观测资料进入模式后对减小台风路径预报误差效果明显;用云导风形成人造台风模型非对称风场可进一步提高台风路径预报精度。     

上海区域气象中心业务数值预报新系统及其运行结果初步分析

根据上海市气象局计算机资源配置情况，以NCAR-PSU/MM4为模式框架，国家气象中心数值预报产品为依托，建立了上海区域气象中心业务数值预报新系统，更新原五层模式套网格业务系统。根据有无进入区域的热带气旋而分别执行热带气旋模式或有限域模式。近一年的运行表明，计算稳定，有较好的预报效果，同时增加了预报产品，可提供华东地区25个主要城市每6小时一次的地面要素预报，供区域内省台调用。     

西南区域气象中心IBM 高性能计算机管理及应用

为了满足西南区域气象中心数值模式对高性能计算资源的需求,四川省气象局建设了IBM Flex P460高性能计算机系统,该系统为西南区域气象中心数值预报系统的业务运行和研发提供了稳定可靠的高性能计算和存储资源,同时带动区域中心其他省份的计算能力和资料共享质的飞跃。本文首先介绍了系统架构和管理方法,然后将系统扩容过程进行了详细分析,最后介绍了业务模式应用情况。      

国家级区域集合预报系统研发和性能检验

该文简要介绍了中国气象局国家气象中心研发的区域中尺度集合预报系统主要技术特点:在初值扰动技术方面,通过研究中国地区中尺度模式预报误差快速增长特点、中国地形地貌特征与观测资料的分布情况,研发适合于中尺度模式的增长模繁殖法扰动技术构造初值场;分析数值模式物理过程参数化方案内在的不确定性以及对强对流天气和近地面要素预报的差异,确定多物理过程扰动技术方案。解决全球集合预报扰动信息向中尺度集合预报输入的关键技术,实现中尺度区域集合预报系统与全球中期集合预报系统的嵌套。在模式后处理方面,解决中尺度集合预报结果的偏差订正技术;开发满足多种需求的多要素、多层次概率预报产品和概率预报检验产品。在世界天气研究计划"2008年北京奥运会中尺度集合预报研究开发项目"3年实时预报试验比较评价中,中国气象局国家气象中心区域中尺度集合预报系统总体预报能力与国外同类系统相当。     

台风路径实时数值预报的初步试验

根据国家气象中心建立的台风路径数值预报试验系统，引入了模型台风。模型台风是利用获得的场面参数构成的，然后再叠加到客观分析场上作为台风路径预报的初始场。引入模型台风后，无论是台风中心位置还是其流场、质量场与实际观测比较接近，且预报效果有一定提高。利用模型台风对1992年Eli（9205号）和Janis（9210号）台风进行了实时的预报试验。结果表明对这二个台风的移动趋势基本上能预报出来，预报的台风路径与实况进行了对比，并与气候持续预报作了比较，效果较好。     

THE MEDIUM-RANGE NUMERICAL WEATHER PREDICTION OPERATION SYSTEM IN THE CHINA NATIONAL METEOROLOGICAL CENTER

It is not only meteorological problems for the medium-range numerical weather prediction(NWP) research to be in operation,but also engineering and technological problems.Here we gener-ally described the results of research,engineering construction,operation information and testing,inthe course of set-up of medium-range NWP operation system in the China National MeteorologicalCenter.     

兰州有限区域中尺度数值模式业务系统及应用

以国家气象中心数值T213资料为基础,结合业务和服务的实际需要,建立了基于MM5的兰州有限区域中尺度数值模式业务系统,该系统前后处理程序成熟,每天都能提供大量的数值预报产品,已经成为预报业务和服务的重要参考依据,在精细化预报、暴雨等灾害性天气预报和地质灾害气象等级预报中发挥了重要作用.