我国无缝隙精细化网格天气预报技术进展与挑战

本文总结了2014年以来我国无缝隙精细化网格天气预报业务的技术进展,讨论了未来发展所面临的关键技术难点。无缝隙精细化网格预报技术的发展,得益于综合气象观测数据和多源资料融合分析网格实况产品的支撑,更依赖于多尺度数值预报模式和实时快速更新同化预报系统的快速发展。经过近5年的探索和努力,我国已经初步建立了针对不同预报时效的无缝隙精细化网格预报技术体系。对于0～4 h预报时效,主要基于全国雷达拼图和GRAPES-Meso模式预报,发展临近分钟级滚动外推预报技术;对于4 h到30 d预报时效,主要通过对区域或全球不同时空分辨率模式预报进行偏差订正、客观解释应用以及降尺度分析,提高预报的准确度和精细度。与此同时,研发了自动化、智能化的交互式预报制作平台,以满足客观高效制作与预报员对极端或高影响天气主观预报优势相结合的需求。发展了以格点实况分析场为参照的空间分析检验方法,初步实现了对高分辨率网格预报的质量跟踪和性能评估。未来的网格预报技术体系,需要吸纳前沿的技术研究成果,包括人工智能应用技术、高级多模式统计后处理技术和协调一致性关键技术等,并且建立统一完整的技术架构和开发标准等。     

国家级天气预报检验分析系统建设与应用

为了适应精细化预报和业务管理的发展需求,国家气象中心建设开发了基于Web的国家级天气预报检验分析系统。系统分为预报检验、检验文件解析处理、检验数据查询分析与检验平台管理4个功能模块,关键技术包括标准化的数据管理、开放式的算法模块管理与调度和检验数据的可视化分析。系统建立了规范高效的检验业务数据流程,兼容处理预报分析制作系统（MICAPS）数据、GRIB2数据、城镇报数据、自动气象站数据等其他专业气象数据,涵盖了国家级省级智能网格预报、全国城镇天气预报、定量降水预报、大城市空气质量预报等数十项检验业务产品,给出了空间分布、柱状图及数据表格等展现形式。系统为全国各级预报员、模式开发人员和管理人员提供预报检验反馈信息,为各省以及国家级预报业务考核提供了信息支撑;同时系统提供逐旬、月、年度的智能网格预报以及城镇天气预报的检验结果对比,有力支撑了智能网格预报产品业务研发和业务试验。     

循环神经网络在雷达临近预报中的应用

该文将循环神经网络（recurrent neural network,RNN）应用于雷达临近预报。使用预测循环神经网络（predictive RNN）架构,利用雷达历史组合反射率因子建模,给出雷达组合反射率因子未来1 h的预报结果。预测循环神经网络的核心是在长短时记忆单元（long short-term memory,LSTM）中增加时空记忆模块,能够提取雷达回波不同尺度的空间特征,配合循环神经网络架构,可以有效解决反射率因子预测问题。北京大兴雷达和广州雷达长时间序列的独立检验结果和2个强对流天气个例检验结果表明:该方法和传统的基于交叉相关法的1 h雷达外推临近预报相比,在20 dBZ和30 dBZ检验项目内,临界成功指数（CSI）可以提升0.15~0.30,命中率（POD）提高0.15~0.25,虚警率（FAR）降低0.15~0.20,该方法对反射率因子强度变化有一定预报能力。     

世界气象中心(北京)全球预报服务共享平台设计与实现

世界气象中心(北京)建设是中国气象局承担世界气象组织(WMO)的全球数据处理和预报系统(GDPFS)要求的任务,为全球实时气象预报预测业务提供高效丰富的无缝隙天气气候监测、预报、预测分析指导产品及数据产品服务共享,提高区域性国际天气业务会商交流效率,国家气象中心设计并实现了世界气象中心(北京)全球预报服务共享平台,通过分析全球监测、预报预测等业务数据海量、异构、实时性强等特征,采用浏览器/服务器(B/S结构)多层架构和分布式实时处理、任务调度等关键技术实现了全球实况监测、天气模式、气候模式、模式检验数据的高效加工预处理、产品分析制作、产品自动流转、网络服务共享和业务指导等全流程业务功能,并提供了国际天气预报会商等专业化功能。平台自2018年6月6日业务运行以来,已有13个国家和地区注册会商用户,超过15万次全球访问量,为全球专业用户高效提供了全球实时天气监测、预报服务产品业务指导,未来将成为中国气象局对外气象业务指导和气象服务的重要窗口和纽带。     

桩74块Es_3下Ⅱ油组低渗透油藏储层非均质性研究

从储层岩性、成岩作用、隔夹层研究等方面入手,利用渗透率变异系数、突进系数、级差、隔夹层参数以及孔隙度、渗透率的变化对桩74块低渗油藏进行了储层非均质性研究。Es_3下Ⅱ油组储层为中孔、特低渗的湖底扇碎屑岩,渗透率与主流孔喉半径具有良好的相关性,成岩作用的差异是造成储层非均质性差异的一个因素。自下而上层内非均质性逐渐加强。夹层不甚发育,对储层非均质性影响不大。层间非均质较强,隔层发育,对储层非均质性影响较大。     

一种基于DNS和第七层交换的CDN实现方案

在骨干网络宽带日益吃紧的背景下,如何将内容更加快速高效地传递到用户终端成为网络改造升级的关键性技术。内容分送网络(CDN),包括内容路由和内容交换两大模块,可以利用有效的网络资源,将内容分发到分布式的服务器集群,使用户与内容距离“更近”。本文阐述了1种Linux平台下的内容分送网络实现方案,构建了基于DNS的内容路由以及第七层的内容交换的系统框架,并且进行了内容路由和内容交换的技术融合。实验结果表明,通过DNS重定向,用户可以从就近的服务节点获取内容,缩短了等待时间。内容分送技术作为下一代网络的核心技术,必然会得到越来越广泛的关注和应用。     

中央气象台决策气象服务智能移动终端的设计与实现

中央气象台决策气象服务智能移动终端(简称为“决策服务App”)是在发展智慧气象的大背景下,针对桌面应用、网站等传统天气预报业务系统存在时效性、移动性不足的问题,利用最新的移动互联技术,面向决策服务领导和一线决策服务人员设计研发的手机应用程序。在研发过程中实现了基于WebGIS和OpenGL ES技术的渲染引擎、基于大数据分析技术的用户行为统计,以及高安全性等多项关键技术。在此基础上实现了包括基于精细化智能网格的城市天气预报、决策服务产品、实况监测及其统计查询,以及预警预报在内的主要功能。决策服务App在日常天气预报业务、国家重大会议与活动,以及特大灾害的气象保障服务中提升了中央气象台和各级台站的精细化分析和决策服务水平。     

基于MICAPS4的智能网格预报平台设计与实现

随着我国智能网格预报业务的开展,海量高分辨率客观数据需要便捷的分析显示及产品制作平台高效处理。该文基于MICAPS4（Meteorological Information Comprehensive Analysis and Processing System Version 4.0,人机交互气象信息处理和天气预报制作系统）设计并实现智能网格预报平台,采用MVVM（模型-视图-视图模型,model-view-viewmodel）设计模式,实现业务逻辑与视图的分离,通过对各子功能模块的划分,降低模块之间的耦合度,具有良好的可扩展性。平台实现了高分辨率网格预报数据的显示分析和产品输出,开发了基于等值线、网格、关键点等智能化预报制作工具,集成了降水时间拆分、温度极值订正等客观预报方法,开发了降水、温度、相对湿度等要素一致性处理方法,可有效帮助预报员提高工作效率,同时能够确保产品之间的一致性。平台继承MICAPS4的微内核组件服务、高性能渲染引擎和开放式插件扩展管理等优良特性,实现面向智能网格预报的业务编排、智能编辑和算法集成。目前,该平台已经实现业务应用,为全国智能网格预报业务提供重要支撑。     

El Ni?o对东亚夏季风和夏季降水季节内变化的影响

基于1979~2012年候平均再分析资料,合成分析了El Ni?o对东亚夏季风和夏季降水季节内变化的影响。结果表明,在El Ni?o衰减年夏季,西太平洋副热带高压(副高)明显偏强,位置偏向西南。副高的这种异常特征随夏季的季节进程有明显变化,初夏异常较弱,盛夏期间异常达到最强。此外,根据东亚夏季风降水呈现阶段式北进的特征,将夏季分为华南前汛期、江淮梅雨期、华北和东北雨期以及华南后汛期来分析东亚夏季风和降水的季节内变化。在上述各个时期,大气对流层低层表现为一致的环流异常型,副高及其以南区域为异常反气旋,其北部为异常气旋。这种异常环流型加强了副高南部偏东风及其北部偏北风,增强了热带水汽输送和高纬度地区冷空气的入侵,二者结合造成主汛期地区降水增加。需要强调的是,上述环流异常型随东亚夏季风逐步向北推移,导致东亚各地区的主汛期降水增加,非主汛期降水减少,降水分布更为集中。     

外热带大气扰动对ENSO的影响

合成分析了20世纪80年代以来5次主要的ENSO事件，发现外热带大气扰动通过经向风异常不仅对ENSO的发生起到重要的触发作用，而且影响到ENSO的发展和衰减. 因此，尽管ENSO对外热带大气扰动有影响，但同时外热带大气扰动又与ENSO有相互作用. 在ENSO发生前，南印度洋中纬度为反气旋异常，并通过Rossby波的频散作用加强了澳大利亚附近的反气旋异常；同时，澳大利亚东部沿海的南风异常与菲律宾附近的北风异常在赤道辐合，促进了赤道西太平洋西风异常的爆发和其后ENSO的发生. 在ENSO发生之后，东南太平洋上的气旋异常及相关的南风异常进一步增强了赤道中东太平洋的西风异常和ENSO的发展. 当ENSO达到成熟时，澳大利亚东部的反气旋异常东移，使东南太平洋的气旋异常减弱，南方涛动型环流异常亦随之减弱；同时，阿留申气旋异常加强，尤其是副热带北太平洋的风场异常可加强赤道中东太平洋海水的涌升，使该地区海表温度降低，加速ENSO的消亡.