国家级强对流天气综合业务支撑体系建设

国家级强对流天气预报业务正在从以短期预报为主调整到短期和短时预报并重的业务格局。文章从强对流天气预报技术发展与服务需求的角度,重点介绍了国家级强对流天气综合业务支撑平台及其核心技术。该平台以气象数据组织和图形化表达两个核心要求为牵引,发展了数据分析处理系统、自动气象绘图系统和WEB检索与显示系统。数据分析处理系统基于多源观测资料、中尺度数值预报和全球数值预报,发展了集约、高效的强对流天气监测和临近预报、短时预报和短期预报等数据分析处理技术,是整个平台的核心;主要核心技术包括:从不稳定与能量、水汽、抬升与垂直风切变等条件出发,以归纳总结的分类强对流天气概念模型为基础的分类强对流短期预报分析技术;应用"配料法"发展的分类分等级的强对流天气客观概率预报技术;强对流短时预报技术包括高分辨率数值预报释用、多模式预报集成、对流尺度分析、实况和模式探空分析等多项技术,重点实现了从过去3 h实况到未来12 h预报的无缝隙衔接;强对流的监测和临近预报技术在基于多源资料的强对流天气实况与强对流系统监测技术基础上,发展了基于雷达特征量、强对流实况、各类强对流指数和预警信号等多源信息的报警技术。自动气象绘图系统实现了高效、便捷地接入多种数据、自动进行数据分析和制图等多项功能。在预报服务方面,基于WebGIS发展了县级分类强对流预警信号和国家级分类强对流预警预报产品共享技术,实现强对流短时预报业务的高交互性与上下互通的功能。     

强对流天气短时临近预报业务技术进展与挑战

强对流天气短时临近预报业务是国家防灾减灾、重大社会活动和精细化天气预报的迫切需要。虽然我国强对流天气短时临近预报业务已经取得了巨大进展,但与国外先进水平相比还有不少差距。本文总结了近年国内外强对流天气短时临近预报业务现状、技术进展、目前国内的技术支撑状况和所面临的挑战,并提出了相应的应对措施。目前强对流天气短时临近预报技术仍然主要是外推预报技术、数值预报技术和概念模型预报技术等,但快速更新循环的高时空分辨率数值模式预报和新一代静止气象卫星资料将在强对流天气短时临近预报中发挥重要作用。强对流天气监测、分析和机理研究是强对流天气短时临近预报的重要基础;先进的外推预报方法同快速更新循环的高时空分辨率数值模式预报以及二者的融合是未来强对流天气短时临近预报的重要发展方向。     

云南高原山地机场强对流短临预报系统研究

基于天气雷达、地面和探空观测资料、NCEP再分析资料、FNL 数值预报产品,应用强对流天气分类识别技术和短时临近预报技术,开展风暴临近预报、强对流天气分类预警、基于数值预报的强风暴潜势诊断等研究,获得大理、丽江、西双版纳等高原山地机场及周边区域强降水、雷暴、大风、冰雹等灾害性天气的0～2h实时定量预报产品和0～12h强对流天气潜势预报产品,建立可业务运行的机场强对流天气短时临近预报系统。通过检验,证明该预报系统有较好的强对流天气预报预警能力,满足机场业务需求。     

SWAN2.0系统的设计与实现

强对流天气短时临近预报系统（Severe Weather Automatic Nowcasting,SWAN）是面向短时临近监测、分析、预报、预警制作等功能为一体的业务平台。SWAN2.0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）二次开发框架,采用C/S架构,服务器部署在省级,负责收集数据,运算SWAN产品;客户端部署在气象台站,实现具体的预报业务,并形成算法二次开发接口。SWAN2.0新增了三维变分风场反演、基于分雨团技术的雷达降水估测、冰雹识别等方法,实现了算法管理、产品生成、分析处理、资料检索显示、实时监控报警、预警产品制作等功能。SWAN2.0业务系统已在全国试用,在强对流天气监测、分析和短时临近预报预警中发挥了重要作用。     

国家级中尺度天气分析业务技术进展Ⅱ：对流天气中尺度过程分析规范和支撑技术

中尺度天气分析技术在对流性天气的短期预报业务中发挥了重要作用。文章介绍了国家气象中心正在发展和试运行的对流天气中尺度过程分析规范和支撑技术,旨在为中尺度对流天气的短时临近分析和预报提供技术方法,其客观技术支撑为中国气象局强对流短临预报系统SWAN、强对流天气综合监测技术和自动站资料快速客观分析技术等。文章以2011年4月17日强对流过程为例,介绍了如何利用多源观测资料(常规和非常规资料)快速识别和掌握强对流天气(短时强降水、雷暴大风、冰雹、龙卷等)实况,分析当前对流系统类型及其结构特征,判断未来影响对流系统发生、发展的中尺度环境条件,并综合考虑客观自动外推算法产品,最终指导预报员对未来0～6 h内的强对流天气影响区域进行短临预报预警。业务试验表明,对流天气中尺度过程分析技术可为强对流天气短临预报业务提供重要参考和依据。     

基于数值模式和多普勒雷达的强对流天气预报技术

基于数值预报模式MM5,结合不稳定指标和能量指标的诊断结果,得到短时潜势预警指标,进行强对流天气0~12 h的短时预报;利用多普勒雷达信息产品提供的强对流天气风暴追踪信息,提取回波的移向和移速信息,进行强对流天气0~1 h的临近预报;均用一个强对流天气过程,来具体说明短时潜势预报和临近预报状况及其与实际情况的对比;应用短时潜势预报技术对近年来强对流天气过程进行了试用。结果表明,上述方法对强对流天气的短时预报、临近预报技术有一定的预报价值。     

长江中游临近预报业务系统 (MYNOS) 及其应用

针对长江中游强风暴天气特点和现代预报业务需求,在借鉴世界临近预报系统, 特别是美国的Auto-Nowcaster和WDSS-II以及英国的GANDOLF等先进经验的基础上,以我国多普勒天气雷达网为重要技术手段,结合数值预报等信息资源,于2007年研究建成长江中游临近预报业务系统 (MYNOS)。MYNOS主要技术方法包括:雷达与雨量计实时同步积分结合的降水估算方法 (RASIM),雷达反演参量与中尺度模式输出物理量相结合的强风暴性质自动识别和追踪技术,基于暴雨回波生命史特性约束下的多尺度合成降水量临近预报,基于数值预报模式和模糊逻辑学的强对流天气分类落区潜势预报,集GIS功能并整合各种定量监测与预警产品于一体的短时预报工作站。MYNOS已成为短时临近预报业务的支撑平台,其中实时生成的流域定量降水估算与临近预报、强对流天气分类潜势诊断与识别预警产品等成为日常预报业务的重要参考依据。     

提高新一代天气雷达在临近预报中准确率的分析

文章应用新一代天气雷达资料,并结合天气图、T-logp图等资料,对发生于2011年6月13日内蒙古西部巴彦淖尔市东部地区的一次局地强对流天气过程进行了分析。通过分析雷达冰雹概率、垂直累积含水量、回波顶高、风暴追踪信息等产品以及自动站天气实况等发现,用于短时临近预报的雷达冰雹概率及风暴追踪信息产品在该次强对流天气过程中与天气实况并不能很好地符合。其原因:一方面与雷达对风暴的跟踪和SCIT算法有关,另一方面表明天气背景以及短时强对流天气所具有局地性特点在短时临近预报中未能充分考虑。通过该个例的分析,对于业务人员认识本地区的强对流天气发生特点并提高预报准确率具有重要意义。     

强对流天气监测预报预警技术进展

强对流天气预报业务包括监测、分析、预报、预警和检验等方面。对流初生识别、对流系统强度识别和对流天气类型识别等监测技术取得新进展,综合多源资料的监测技术已应用于中国气象局中央气象台业务。对流系统的触发、发展和维持机制等获得了新认识,我国不同类型强对流天气及其环境条件统计气候特征、分析规范及相应业务产品等为业务预报提供了必要基础和技术支撑。光流法、多尺度追踪技术以及应用模糊逻辑方法的临近预报技术等有明显进展,融合短时预报技术得到广泛应用,对流可分辨高分辨率数值 (集合) 预报及其后处理产品预报试验取得了显著成效,基于数值 (集合) 预报应用模糊逻辑方法的分类强对流天气短期预报技术为业务预报提供了技术支撑。强对流天气综合监测和多尺度自适应临近预报技术、多尺度分析技术以及融合短时预报技术、发展并应用模糊逻辑等方法的、基于高分辨率数值 (集合) 模式的区分不同强度等级和极端性的分类强对流天气精细化 (概率) 预报技术等是未来发展的主要方向。     

宁夏灾害性天气短时临近监测预警平台简介

根据完善气象预报预测系统的规划和需求,在继承和改进短时临近预报业务工作多年成果的基础上,宁夏气象台建立了灾害性天气短时临近监测预警平台。该平台设计为B／S和C／S架构有机结合,由数据运算程序集、数据库和网站3个部分交互协作的业务系统。本文从平台设计思路、结构特点、各模块主要功能等对宁夏灾害性天气短时临近监测预警平台作一简单介绍。该平台根据宁夏气象业务发展和防灾减灾实际需要研发,评估、优化、更新、整合了已有研究成果,融合多种探测资料与方法,突出短时临近灾害性天气实时监测预警和多模式预报产品检验评估与综合集成预报技术,建成以集成预报、国家指导预报、中尺度数值预报等定量化预报产品为基础,集“实时监测预警与综合分析、强对流灾害天气预报方法、检验评估与集成预报、预报预警快速制作分发”等为一体的业务平台。     

短时临近天气预警集约化业务系统研究

为实现短时临近预警业务集约化智能化运行和管理,采用B/S结构模式及Web GIS技术开发了省、市、县三级一体化的短时临近天气预警集约化业务系统。该系统集天气监控、预报预警产品制作、服务分发和业务管理为一体,具有业务整体性强、集约化程度高、有一定智能化功能等特点。系统开发集成的主要关键技术包括突发天气短时临近预报概念模型的建立,预警产品的制作与订正,强对流天气区的自动识别和追踪技术等。目前该系统已投入业务运行,成为广西区、市、县三级短临监测、预报一体化平台,实现了各级台站之间气象信息的快速交流共享,达到上下级台站短时天气快速联防互动的效果,预警产品制作比旧的业务系统效率更高效,流程更规范,生成的产品内容更标准,上下级业务互动更快速。该系统推进了气象业务的集约化、智能化运行及维护,服务器布置于省局,客户端以网页方式推送、展示,用户通过浏览器就能完成天气监测及预报预警产品制作到发布的所有流程。     

SWAN系统灾害性天气监测模块的二次开发与应用

应用C#语言编程,针对河南省本地业务需求,对灾害性天气短时临近预报业务系统(简称SWAN系统)灾害性天气监测模块进行了二次开发,实现了实时业务运行。添加了SWAN系统服务器端灾害性天气实时监测模块的监测功能,使系统服务器端定时处理雷暴和冰雹灾害性天气报文、及时准确地生成雷暴和冰雹灾害性天气监测产品,改进了客户端灾害性天气实时报警功能,使客户端界面能直接清晰地显示灾害性天气图标而非灾害性天气信息提示框,解决了实际业务中强对流天气多发时段内SWAN系统客户端显示界面灾害性天气监测产品与其他预警、预报产品之间辨别困难的不足。通过2014年7月一次河南省大范围强对流天气实例,对比分析了二次开发前后该系统在实际业务中的应用情况可知:对灾害性天气监测模块进行二次开发后的SWAN系统平台有助于预报员更及时、快捷地了解灾害性天气实况,在河南夏季强对流天气多发时段的灾害性天气监测和预警预报工作中具有更良好的应用效果。     

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。     

都匀雷达ROSE2.0一次强对流天气过程应用检验

针对黔南州2022年4月24日午后到夜间的一次强对流天气过程,利用实况资料和都匀雷达ROSE2.0在短时强降水、冰雹、雷暴大风方面的监测和预警产品对比检验,结合本地短时临近预报业务应用效果分析,发现：受地形影响都匀雷达ROSE2.0估计降水在大雨以下量级表现较好,但对暴雨以上量级估计值偏小,没有明显短时强降水报警体现,本地化应用门限值降低约3成左右设置更为合理;都匀雷达ROSE2.0对冰雹预警落区指示和命中率较高,但时间提前量平均仅9分钟,对雷暴大风预警仍然有难度,剖面图分析能更好地识别雷暴大风指标。另外,雷达ROSE2.0软件强天气预警算法得到进一步优化,应融入一体化平台等快速支撑预警业务应用。     

江西冰雹、大风与短时强降水的多普勒 雷达产品的对比分析

为发挥多普勒天气雷达监测和预警冰雹、雷雨大风、短时强降水等强对流天气的作用，制作出精细化的临近和短时预报，选取了江西8次典型的强对流天气过程，从7个方面对冰雹大风和短时强降水两类强对流天气的多普勒天气雷达回波特征进行对比分析。结果表明：江西省冰雹、雷雨大风过程45～55dBz强回波平均高度为12．4km，达到或超过-25℃层的高度，比短时强降水回波高5．6km。弱回波区（wER）或有界弱回波区（BwER）、三体散射长钉、持续高垂直积分液态水含量、中气旋、下湿上干或强风垂直切变特征等都是冰雹天气的典型特征。而相对平均径向速度图上“S”型暖平流及表现强低空急流的“牛眼”、深厚的湿度层等，则是短时强降水的主要特征，这些特征可为两类强对流天气短时临近预报提供预报参考。     

《浙江智能网格强对流天气短临预报预警技术应用》

正该书内容主要涵盖三个方面,一是结合最新收集整理的资料,对浙江省强对流天气的气候特征、天气背景、大气环流分型、突发强对流天气的物理机制做了进一步分析和研究,并将一系列强对流天气分类监测和预报预警的对流关键参数特征、环境指标的研究结果进行了总结和梳理;二是详述了近年来浙江省利用多源资料融合等技术在分类强对流天气短时临近监测及预报预警技术方面的研究成果,     

美国强对流预报主观产品现状分析

为了全面反映美国强对流预报主观产品现状,同时也为推进我国国家级强对流天气预报业务建设提供思路,通过研读相关文献、最新技术报告和专家咨询等方式,对当前美国国家级强对流天气预报业务的产品类型、制作、发布规范等最新进展进行了比较详细的分析,并对我国国家级强对流天气预报业务建设提出了初步设想。通过分析看到,美国的强对流预报业务产品,以概率分类预报为主要形式,是以预报员为主体的综合主观预报产品。现已形成了一个比较系统的短时、短期、中期预报业务产品系列。以其为参照,我国强对流预报业务发展须加强四个方面的工作:第一,强对流天气气候学分析、诊断技术的研究应用;第二,基于高时空分辨率的中尺度数值预报系统的客观产品的研发和应用,强对流分类预报方法的研制;第三,专门预报员队伍的建设;第四,科学的业务流程和高效的综合监测传输。     

基于深度学习的强对流高分辨率临近预报试验

强对流天气临近预报、预警在气象灾害防御中具有极为重要的地位。在气象业务中,因对强对流天气临近预报、预警准确率和时、空分辨率的极高要求,使其成为业务难点和研究热点之一。对于高时、空分辨率强对流临近预报问题,尝试用深度学习方法来解决。首先将强对流临近预报抽象成同时包含时间和空间的序列预测问题;然后基于改进的循环神经网络算法形成的自编码模型,使用京津冀地区长序列、高时空分辨率天气雷达组网拼图数据进行模型训练;最后利用基于历史0.5 h雷达回波拼图数据训练得到的端到端神经网络,预报未来1 h内的逐6 min回波演变特征。通过基于传统外推算法的临近预报方法与深度学习算法的临近预报方法进行对比,发现使用的深度学习方法可以有效“学习”到高时、空分辨率序列雷达数据特征的内在关联,通过多层神经网络构造出抽象的深层特征,能够有效捕捉到雷达回波的演变规律和运动状态。通过计算雷达回波预报的命中率（POD）、虚警率（FAR）、临界成功指数（CSI）等检验表明,相较传统外推临近预报方法,在强对流回波临近预报准确率上有较明显提高。      

国家级强对流潜势预报业务进展与检验评估

为了推动我国现阶段天气预报业务向专业化和精细化方向发展,国家气象中心自2009年组建了强天气预报中心并开展了国家级强对流落区潜势预报业务。开发了基于加密自动气象站WS报、全国闪电定位监测网、FY系列卫星以及雷达组网等多种实况观测资料的强对流实时监测产品,制定了基于MICAPS 3.0业务平台的《中尺度天气分析规范》,研发了基于全球模式T639以及区域中尺度模式GRAPES-RUC、WRF-EPS等模式输出量的强对流动力热力参数的诊断分析产品及潜势预报方法,建立了国家级强对流天气实时预报业务并发布雷暴、雷雨大风和冰雹、短时强降水等分类落区预报指导产品。对2010年4—9月国家级预报产品进行的客观检验结果表明：6小时间隔雷暴TS评分为18%,短时强降雨为2.6%,冰雹和雷雨大风为2.1%;12小时间隔雷暴TS评分为18.4%,短时强降雨为4.1%,冰雹和雷雨大风为1.3%。     

会昌8月强对流天气短时预报初探

盛夏8月是冰雹、强降水和雷雨大风等强对流天气多发月,其中雷雨大风占全年大风的32%.1965～1993年8月,测站观测记录到冰雹一次、强降水6次,雷雨大风9次.除一次强降水出现在9～10时外,其余15次强对流天气集中出现在15时30分～21时.1986年开展强对流天气短时预报业务以来,先后出现4次雷雨大风和一次冰雹,这5次强对流天气均未提前半小时报出,准确率为0.日常业务中,预报员仅凭经验和临近天气实况来制作预报,从未形成客观定量的强对流天气短时预报方法.现以1965～1991年为资料样本,在地区气象台8月强对