集合预报的现状和前景

综合论述了近年来已在国际上引起高度重视的新一代动力随机预报方法 ——— 集合预报。 随着计算机技术的迅猛发展和由于大气初值和数值模式中物理过程存在着不确定性的事实, 这一方法无疑代表了数值天气预报未来演变发展的方向。 未来的天气预报产品预计将从“决定论”的预报转变为“随机论”的预报来正确地表达气象科学中这一所谓“可预报性问题”, 以便更好地为用户服务。 文中扼要地叙述了集合预报的概念、基本问题及其最新的研究动态和发展, 包括(1)如何建立和评估一个集合预报系统;(2)如何正确地表征大气初值和模式物理过程的不确定性与随机性;(3)如何从集合预报中提炼有用的预报信息和合理地解释、检验集合预报的产品, 特别是概率预报。 除了直接在天气预报上的应用, 还提到集合预报在气象观测和资料同化方面应用的动态, 以引起有关研究人员的注意。     

天气预报的三次跃进

回顾过去100多年,天气预报经历了两次跃进:第一次是地面和高空天气图的绘制和应用(空间上的跃进),第二次是数值预报的实施(时间上的跃进)。经过这两次跃进,天气预报已经走过了从经验和定性描述到今天定量计算的一门数理学科。洛伦兹发现大气混沌现象后,天气预报正在经历从单一确定论到多值概率论的第三次跃进(观念上的革命),并试图通过量化或简化不确定因素来提高天气的可预报性和降低预报的不确定性。重点介绍两种现行的量化或简化不确定因素的做法:一是直接面对问题(量化),即用集合预报的方法,定量描述预报的不确定性,使之成为预报的一部分,让用户在决策时科学地应用更全面的预报信息;二是绕开数学上的难题(简化),把大气变量分解为瞬变气候与瞬变扰动两个部分,用瞬变扰动建立与异常天气之间的联系。     

多模式集成的概率天气预报和气候预测研究进展

基于大气的混沌特性,单一的确定性预报逐步向多值的不确定性概率预报转化已成为一种趋势。本文系统地评述了概率天气预报产生的背景,介绍了概率预报的相关概念及国内外的研究状况,着重讨论了多模式集成的概率预报的两种集成方法,即贝叶斯模式平均(Bayesian model averaging,BMA)和多元高斯集合核拟合法(Gaussian ensemble kernel dressing,GEKD),并给出了两个例子的概率预报试验结果。利用BMA方法制作的概率预报的方差较小,减小了预报的不确定性,因此预报结果更接近大气的真实值。作为另一种多模式集成方法,多元高斯集合核拟合法回报的地面气温距平均值及趋势的概率预测结果与实测结果基本一致。利用此方法建立了地面气温年代际变化的概率多模式集合预测模型,并从中提取年代际气候变化特征,对东亚季风区年代际预测具有重要应用价值。     

欧洲业务集合预报系统进展

由于大气初值与数值模式中物理过程存在不确定性等客观事实,集合预报无疑代表着数值天气预报未来前进与发展的方向,它标志着天气预报的预报范式转变,即用户不仅可以得到未来大气状态的单一现实,还可得到未来大气可能出现的一系列场景。文中扼要地梳理了欧洲全球业务集合预报与有限区域模式高分辨业务集合预报的研究动态与技术发展、基本问题及其未来最新发展方向,包括:1)欧洲中期天气预报中心的业务集合预报系统发展沿革及概况;2)欧洲国家主要业务高分辨率集合预报系统概况;3)当前业务集合预报存在的问题、挑战及未来前进的方向。文中除了关注欧洲中期天气预报中心的集合预报应用,还梳理了目前欧洲高分辨业务集合预报取得的成就,以引起有关研究人员的注意。总之,借鉴欧洲业务集合预报的发展思路,不仅有助于集合预报理论创新,还对发展集合预报业务有重要指导意义。     

全国各省市气象科技期刊文章摘要

1天气预报的公众评价与发布形式的变革 《气象》2010年第1期杜钧美国国家海洋大气局华盛顿 摘要：文章通过分析一位公众批评当地电视天气预报的事例,提出应该逐步改变天气预报制作和发布服务方式的问题。由于大气系统的混沌性以及观测和模式的不准确性,天气预报不可能做到100％的准确。因此,预报的不确定性是必然的。     

天气预报中不确定性问题的调查分析

围绕天气预报中的不确定性问题,对中国18个省(市、区)229名代表了国家、省和地市3级以及不同岗龄的预报员进行了问卷调查。具体调查内容包括了以下3个方面:(1)应用数值预报的情况;(2)对天气预报准确率的看法;(3)对天气预报(数值预报)中不确定性、集合预报产品以及预报发布形式等问题的看法。结果表明,数值预报产品目前已经成为预报员们制作日常天气预报的主要工具。因此,数值预报所固有的可预报性(不确定性)问题已是预报员不得不面对的一个科学问题。最后,介绍了一项新近关于美国预报员在日常天气预报中应用集合预报信息所遇到的一些挑战,这包括"资料不全面、分析工具不足、培训教育不够、缺乏检验、工作负荷重、模式分辨率低以及预报规范格式的限制"7方面。这些可供气象学科带头人和业务管理决策者思考和计划。     

关于大气过程可预报性问题的一些讨论

从非线性角度重新解读了von Neumann提出的大气运动三个分类，指出大气过程预报问题中存在两类不确定性——初始条件的不确定性和外强迫条件的不确定性，它们分别成为第一类可预报性与第二类可预报性问题的研究对象。强调了大气过程可预报性的客观存在性，由于大气过程的复杂性及人类观测手段和认识水平的限制，人们只能给出这些可预报性的估计，逐日天气预报存在上限(2周左右)。分析了预报误差产生的来源是初始条件的不确定性和预报模式的不完善性，但根本原因是大气过程的混沌本质；还分析了混沌系统误差增长理论，但由于实际大气过程包含很多显著不同的时空尺度以及不同尺度间的相互作用，人们对大气过程复杂的误差增长规律的认识还不是很清楚；最后讨论了动力学数值模式中不同的空间分辨率会改变系统的性质，指出可预报性问题的研究必须考虑空间分辨率的影响。而在讨论初值不确定性对预报的影响时，不需要考虑控制参数微小变化产生的影响，当然条件是控制参数的微小变化不会引起系统性质的重大变化。     

天气预报的公众评价与发布形式的变革

通过分析一位公众批评当地电视天气预报的事例,提出应该逐步改变天气预报制作和发布服务方式的问题。由于大气系统的混沌性以及观测和模式的不准确性,天气预报不可能做到100%的准确。因此,预报的不确定性是必然的。不定量地把不确定性表达出来,一个预报是不完备的。有了预报的不确定度,不同的用户就能根据自身对气象条件的依赖程度来作出不同的最佳决策以达到最好的经济和社会效益。当然,要成功地完成从当前的决定论观点到随机论观点的转变,教育和培训是关键。     

降水概率预报的特点及国内外概况

自开展天气预报业务以来，已出现了多种形式的天气预报，大致可分为：定性预报、定量预报、形态预报和概率预报四种类型’‘’。60年代以后，由于数值天气预报的发展，美国国家气象局（NWS）最先把概率天气预报用于日常预报业务，并于1965年开始进行降水概率预报的业务试验。降水概率预报是天气变化的随机性和天气预报的不确定性所要求的。当今社会人们对天气预报的精度要求越来越高，迫切需要天气预报服务与社会经济相适应，使其在社会经济中产生更大的效益。本文主要介绍降水概率预报的基本特点、国内外降水概率预报的方法与业务应用情…     

山东省气象台天气预报业务的发展和现状

一、发展概况 山东省气象观测工作始于1890年,讫今有百年的历史。 1952年10月,济南观测所改建为山东省气象台,1954年2月由地面观测业务增加了短期天气预报业务,1958年又增加了中期和长期天气预报业务。随着四化建设的发展,国民经济各部门对气象服务需求日趋迫切、具体。1982年新开展了短时天气预报业务。省台天气预报技术发展大体可分为三个阶段;50年代以天气学为理论基础,采用高空、地面天气图,为制作天气预报的主要方法;60年代至70年代前期引进统计预报方法;70年代后期至今,随着大气     

不确定性理论——集对分析在MOS概率天气预报中的应用

概率天气预报的关键问题之一是天气预报的不确定性,而集对分析(SPA)为研究天气预报的不确定性问题提供了新的思路和途径。本文针对概率天气预报的特点,应用SPA中联系度的概念,对数值预报产品的预报因子设立中相关概率区间,进行同异反分析,建立了基于SPA的MOS概率天气预报模型。试验表明,联系度概念的引进增强了概率天气预报模型结构的合理性,提高了用数值预报产品制作概率天气预报的准确率。     

苏联季节天气预报的发展、现状及展望

苏联的季节天气预报始于本世纪20年代,60年代开始发布官方的季节天气预报。经过苏联气象学者近70年的努力,季节天气预报方法由最早的天气学方法。大尺度环流型方法发展成天气学方法、大尺度环流方法、统计学方法、天气——统计学方法等多种方法相结合的季节天气预报方法,季节预报要素除最早的温度距平和降水量预报外,增加了旱涝预报、解冻与严寒预报、春秋气温经过0℃和±5℃预报等多种季节气象要素的预报业务。一、苏联季节天气预报的发展     

集合预报开创了业务数值天气预报的新纪元

近年来世界上随着几个气象中心的集合预报投入业务,标志着业务数值天气预报进行了一个新的纪元,在任何进修大气的起初状态是不知道的,只有近似地描述大气,所以确切地说,天气预报问题应该提为大气的相空间中合适的概率密度函数随时间的演变。在误差的增长超出线性动力学范畴之外,集合预报是预报大气概率密度函数演变唯一可行的方法。可用扰动的产生是集合预报的主要问题之一。沿着预报系统的相空间中最不稳定的方向来扰动初始条     

我国业务天气预报发展的若干问题思考

本文着重从我国业务天气预报的现状和国际业务化天气预报技术的发展趋势出发,探讨了业务天气预报发展目前存在问题和对于这些问题的若干思考。并强调了天气预报技术的发展必须和大气探测技术的进步和发展紧密结合,并强调了天气预报技术的发展应主观和客观预报相结合、数值和统计预报相结合。     

天气预报的现状

本文首先简述近年来关于大气可预报性问题的研究成果,然后分别评述短期、中期和长期天气预报在过去四十多年间所取得的成效。目的是从天气预报的成功率方面给人们对天气预报的过去和现状有比较确切的了 解。 一、关于大气的可预报性 从流体的初始状态出发,根据支配流体     

大气的可预报性与大气模式的设计

本文首先提出了设计数值天气预报模式的基本原则——模式大气的可预报性和实际大气的可预报性相一致。然后依据此原则讨论了目前在设计各种数值预报模式时存在的问题。     

我国大气动力学和数值天气预报研究工作的进展

我国自解放以来大气动力学和数值天气预报研究工作蓬勃发展,取得了不少可喜的成果。在祖国各地已初步形成了一支从事动力学和数值预报工作的力量,研究与大气预报实践密切相关的各种动力学问题,尤其是对我国天气影响很大的问题,同时也注意到基础理论问题的研究。我国数值天气预报的理论及数学方法的研究工作也有许多成果,数     

数值天气预报和气候预测可预报性研究的若干动力学方法

简要回顾了数值天气预报和气候预测可预报性研究的若干动力学方法,包括用于研究第一类可预报性问题的线性奇异向量（LSV）和条件非线性最优初始扰动（CNOP-I）方法,以及Lyapunov指数和非线性局部Lyapunov指数方法。前两种方法用于研究预报或预测的预报误差问题,可以用于估计天气预报和气候预测的最大预报误差,而且根据导致最大预报误差的初始误差结构的信息,这两种方法可以用于确定预报或预测的初值敏感区。应该指出的是,LSV是基于线性化模式,对于描述非线性大气和海洋的运动具有局限性。因而,对于非线性模式,应该选择使用CNOP-I估计最大预报误差。Lyapunov指数和非线性局部Lyapunov指数可以用于研究第一类可预报性问题中的预报时限问题,前者是基于线性模式,不能解释非线性对预报时限的影响,而非线性局部Lyapunov指数方法则考虑了非线性的影响,能够较好地估计实际天气和气候的预报时限。第二类可预报性问题的研究方法相对较少,本文仅介绍了由我国科学家提出的关于模式参数扰动的条件非线性最优参数扰动（CNOP-P）方法,该方法可以用于寻找到对预报有最大影响的参数扰动,并可以进一步确定哪些参数最应该利用观测资料进行校准。另一方面,通过对比CNOP-I和CNOP-P对预报误差的影响,可以判断导致预报不确定性的主要误差因子,进而指导人们着力改进模式或者初始场。     

《哲学学报A》“随机模拟”专辑4篇论文摘要

<正>利用大气随机物理参数化处理模式误差:对ECMWF季节预报耦合系统的影响——Addressing model erro through atmospheric stochastic physica parametrizations:impact on the coupled ECMWF seasonal forecasting system.海气耦合气候模式的有限分辨率和次网格尺度上的变率,是目前所有时间尺度上气候模拟存在不确定性的主要原因。欧洲中期天气预报中心(ECMWF)一直致力于开发新的方法来解决这些不确定性,目前,随     

近年长期数值天气预报滤波模式的进展

近年由于短期数值天气预报、大气环流研究以及数值模拟等方面的成功,激发了人们用动力学方法做长期天气预报的兴趣。美国Spar等和Caverly等用大气环流模式分别进行了一个月的积分试验,其中一些例子获得了成功。苏联Marchuk等也提出了一个长期数值天气预报的方法,并认为在简化条件下可用来做月到季的平均温度距平预报,但现在还未看到预报结果发表。因此,总的来看长期数值天气预报还处于试验阶段。