中国气象数值预报系统技术创新研究

项目启动以来,经过课题组成员一年半卓有成效的努力工作,各课题都按照项目专家组批准的年度计划,顺利开展了研究工作.     

新一代气象信息分析与预报系统介绍

以国家重点项目9210工程和计算机网络为依托，结合州、县两级预报业务的具体情况，研究建立了气象信息的传输、采集、处理、贮存、综合分析、预报制作、预报集成、产品分发与服务等相配套的新一代气象信息分析与预报业务系统。该系统可作为州、县两级气象台站的预报工作平台，具有良好的可移植性和推广价值。     

沙尘暴数值预报技术取得新进展

（1）中国气象科学研究院自主开发的沙尘暴预报系统CUACE／Dusl与天气预报模式GRAPES实现了在线双向耦合运行。目前中国气象局业务运行的沙尘暴数值预报系统CUACE／Dust中的气象模式是MM5,大气成分中心利用我院自主开发的中尺度气象模式GRAPEs—Meso替换了MM5,建立了GRAPES_CUACE／Dust沙尘暴数值预报系统。同时把模式分辨率提高到0．5～0．5°,     

中国气象数值预报技术创新研究

科技部2001年11月正式下发文件（国科发计字[2001]481号）,将此项目列入“十五”国家重点科技攻关计划,并委托中国气象局组织实施。项目启动新闻发布会12月29日在中国气象局隆重举行。 主要目标:于可预见的时期内（21世纪初叶）,在具有高性能巨型计算机能力和可获得高时空分辨率气象观测资料条件下,充分吸收国内外的研究新成果,自主开发建立起中国新一代气象数值预报体系。     

区域增强模式数值预报系统及其性能

介绍一个新的中尺度模式业务数值预报系统，即区域增强模式数值预报系统，该系统具有较高的分辨率，并能在广州区域气象中心现有条件下进行实时业务预报。大量准业务预报试验表明，该系统对影响华南的种类主要大气过程、尤其是台风和前汛期暴雨等过程有较强的预报能力。对１９９３、１９９４、１９９５年所有影响华南的台风过程的预报检验其降水邓产分明显高于国家气象中心降水预报模式等大尺度模式的预报，同时，台风路径的预报误差     

数值预报AI气象大模型国际发展动态研究

数值预报是研究地球系统的重要工具,有助于加深科学家对大气、海洋、气候和环境等复杂系统之间相互作用和变化过程的理解,在防灾减灾、气候变化和环境治理等方面发挥着不可或缺的作用。随着模式复杂度和分辨率的提高,传统数值模式在气候变化研究和气候预测方面取得了迅速的进展,但也面临一些挑战,需要得到数据同化、集合耦合、高性能计算和不确定性分析等多方面的支持。而近年来,“AI+气象”的交叉研究在气象领域引起了广泛关注。基于多种深度学习架构的人工智能大模型,依托强大的计算资源和海量的数据进行训练,能够以新的科学范式进行高效数值预报。气象大模型不断涌现,一些科技公司如华为、英伟达、DeepMind、谷歌、微软等,以及国内外高校如清华大学、复旦大学、密歇根大学、莱斯大学等发布了多个涵盖临近预报、短时预报、中期预报和延伸期预报等不同领域的气象大模型。这标志着人工智能与气象领域的交叉融合已经达到新的高度。尽管气象大模型在现阶段取得了较大突破,但其发展仍然面临弱可解释性、泛化能力不足、极端事件预报强度偏低、智能预报结果过平滑、深度学习框架能力需要拓展等诸多挑战。     

气象数值预报研究中心成立

国家气象数值预报技术创新基地——中国气象科学研究院数值预报研究中心在2001年初进行了首批研究人员和流动客座研究人员的招聘工作,4月份人员基本到岗并开始运作。共招聘了固定研究人员13人,流动客座研究人员8人。所招聘人员之中有工程院院士1人,正研究员8人,副研究员13人,其中博士6人。数值预报研究中心是中国气象科学研究院一支最年轻的研究队伍,但这是一个完全按照开放、流动、竞争、台作的新机制建立起来的新型研究开发机构。数值预报中心2001年共争取到国家支持的项目3个,其中包括国家“十五”科技攻关项目“中国气象数值预报技术创新     

中尺度数值模式业务预报系统

中尺度数值模式业务预报系统是在美国大气研究中心（NCAR）提供的中尺度数值模式（简称MMT）的基础上,结合当地的特殊地形和天气特点进行修改而完成的。系统采用T106资料作为第一猜测场,用实时资料作为初始场进行积分计算,预报未来48小时的天气情况。系统直接从省台的NT网上读取所需资料,计算结果以图形的格式存放在省台的NT网上。系统运行自动化程度高,计算稳定,预报结果较令人满意,为业务天气预报提供了客观定量的预报指标。     

江西华信神威气象数值预报业务系统简介

对神威集群机上机前的准备工作,即软件的安装和配置进行了详细介绍,并在阐述江西中尺度数值模式系统的基础上,介绍了目前江西省环境预报中心所提供的数值预报产品,以及具体的获取途径和使用方法,以使现有的数值预报资源在全省各级台站中能够得到充分利用。     

南海海洋气象数值预报系统(Grapes-MAMS)及其业务应用

介绍了中国气象局广州热带海洋气象研究所建立的南海海洋气象数值预报系统(Grapes-MAMS)框架、系统中各模式特点以及针对模式所做的改进工作;并基于广东省沿海浮标资料,分析和研究了该系统中各个专业模式预报性能。得到如下结论:(1)从给出的统计检验和技巧评分来看,区域海浪模式逐年改进,具有一定预报能力;区域海浪模式和欧洲中期天气预报中心全球海浪模式相比,前者预报技巧TS评分大于后者;(2)实测海表温度的同化明显改进了区域海洋环流模式对海表温度的预报,检验结果显示海表温度预报与浮标观测海表温度相关系数在0.7左右,通过了α=0.01显著性检验;(3)将基于广东茂名科学试验基地得到的拖曳系数计算方案引入风暴潮模式,可以有效地改进风暴潮模式对强台风"威马逊"风暴增水预报,2013—2015年6个风暴潮模式预报检验显示,模式可以提前20 h以上给出最大风暴增水预报,而且最大风暴增水预报与实际相差不大。     

"我国新一代多尺度气象数值预报系统"喜获国家科技进步二等奖

由我院数值预报研究中心开发完成的"我国新一代多尺度气象数值预报系统"获得2007年国家科技进步二等奖."我国新-代多尺度气象数值预报系统"是国家十五科技攻关重点项目成果,也是我国在气象科技与计算机应用领域取得的重大科技成就.     

我国新一代天气雷达网监测系统

简要介绍了我国正在布网的雷达的特点和功能以及雷达气象产品及其气象应用软件，给出了冰雹云识别和跟踪、中尺度气旋、暴雨等产品的个例。新一代天气雷达系统具有较强的对灾害性天气监测、预警能力，对较大范围内降水(台风)进行定量估测的能力，以及获取回波信号中风场信息的能力，是综合探测、分析、预测、预警功能为一体的智能型系统。     

新一代天气警报服务系统

“新一代天气警报服务系统”是国家高科技应用发展项目,其目的是在局地、短时灾害性天气来临前向社会发布警报信息。该系统采用数字化传输方式传输气象图形、图像、文字、语音信息,由微机自动收集气象信息,并自动控制发射工作。发射主机采用FM调制方式发送信息,工作频率为140～150 MHz。用户接收终端可以通过固定式电脑、可移式笔记本、掌上电脑,接收气象图形、图像、文字信息,以及FM收音机接收语音信息。接收设备实用、方便、灵活。本项目的主要内容是将发射主机设备和接收终端设备开发、更新与气象内容生动、直观、易懂有机地相结合。在     

高分辨率数值预报模式并行计算方法研究

根据计算机软硬件条件引进开发数值模式在ＰＶＭ环境下的并行版本,于１９９６年６月开始模式并行计算业务实验。结果表明：在数值预报中采用并行计算技术后,其ＣＰＵ加速比达到３．２１,并行效率达８０％,模式并行计算版本运行基本稳定,计算结果与串行计算结果基本一致。     

变网格一体化模式的研究进展

作者介绍了近年来在数值天气预报领域的一个新动向－变网格一体化模式的进展。这种模式可以替代目前业务数值天气预报的有限区模式和全球谱模式，降低业务数值天气预报的计算成本。网格距离的可变性，以及采用半隐式－半拉格朗日式时间差分方案是该模式的主要特点。法国的变网格一体化模式自１９９２年已投入业务使用，其可行性已得到了预报检验的初步证实。     

广西气象台新型中短期预报业务流程

介绍了广西气象台新型预报业务流程的技术路线和主要功能。该流程投入使用后，使预报员基本摆脱传统的纸上作业，转向计算机工作平台，实现了预报作业方式的转变。     

河南省新一代天气预报业务系统

介绍了河南省气象台新一代天气预报业务流程系统的主要内容和功能,以及系统特点和作用。     

新一代天气雷达系统

介绍我国新一代天气雷达的总体功能、主要特点、研制生产和布局情况。     

利用卫星产品评估数值预报模式云层垂直结构

对云层垂直结构的准确参数化描述是数值天气预报模式准确计算长短波辐射通量、辐射加热率廓线、云反射率、云辐射效应等参数的重要基础,但地基观测数据无法对模式预报的云层垂直分层情况进行验证。文章基于卫星资料Collection5版本的MODIS云产品MOD06,利用国际上能够较准确判别云层垂直分层的一个新算法,以反演的高、中、低云发生频率和云顶气压结果,评估美国国家环境预报中心(NCEP)北美中尺度模式NAM的云层垂直结构。2006年7～10月北美地区(153°～48°W,12°～62°N)的评估结果表明:①卫星反演和模式预报的高、中、低云的云量区域分布比较相似,尤其是高云。热带太平洋地区模式预报高云量大于卫星反演值。模式预报的低云在墨西哥及北美大陆、大西洋地区更多。②卫星反演和模式预报中云发生频率的差异最小,模式预报高云和低云发生频率峰值比卫星反演的峰值更大,且云顶出现的高度更高。③模式预报中云量和低云量的纬度平均值比卫星反演的高,尤其是低云量。NAM的云参数化有待于进一步改进。     

以数值预报产品为基础的大到暴雪预报系统

利用Ｔ６３数值预报产品,根据灰色系统原理,研制出河南省暴雨２４小时预报系统,并于１９９６年冬季（１９９６年１１月～次年３月）实时业务工作中逐日试报,取得了较为满意的结果,该方法简单明了,便于使用。