TIGGE数据接收问题分析与解决

2010年1月欧洲中期天气预报中心（ECMWF）开始提供高分辨率产品,中国气象局TIGGE （THORPEX Interactive Grand Global Ensemble）数据接收完整性受到较大影响,数据丢失量大,针对此问题,对数据接收环节进行了逐一分析,发现数据共享软件（全球气象数据共享系统）使用的TCP传输协议在高带宽、高时延网络环境下存在性能瓶颈,制约了当前网络吞吐量的提高,不能满足每天大数据量的传输要求。通过对TIGGE系统的TCP接收窗口大小进行调整,提高了TCP协议性能和当前网络吞吐量。调整后,中国气象局数据接收情况与全球其他业务中心基本一致,实现了对全球各中心数据的完整接收。     

宁夏气象资料自动归档管理系统设计与实现

气象探测资料种类多、数据量大,早期宁夏实时气象探测资料主要存储在各类服务器中,如何便捷高效地使用气象探测资料是困扰业务人员的难题。本文首先分析了宁夏气象资料归档业务需求,制定了气象资料自动归档策略;其次,介绍了系统的总体架构,阐明了各功能模块的设计思路;再次,采用了MySQL、NAS和Bootstrap等关键技术,设计开发了“宁夏气象资料自动归档管理系统”;最后,统计了宁夏气象资料的自动归档情况和展示了资料查询下载效果。经试运行,该系统可以实时自动归档宁夏气象探测资料和基础预报资料,能够查询下载数值模式产品、雷达数据和天气图等归档资料。     

基于TIGGE资料的预报跳跃性特征

利用2011年3月—2013年2月TIGGE资料中ECMWF,NCEP及CMA 3个中心的500 hPa位势高度场、850 hPa温度场和海平面气压场的集合预报资料,采用Jumpiness指数同时结合单点跳跃、异号两点跳跃等预报跳跃相关概念,研究了集合控制预报和集合平均预报的预报跳跃特征问题,并进行对比分析。结果表明:平均而言,短时效预报之间的跳跃性低于长时效预报之间的跳跃性。集合平均预报的结果之间较其相应的控制预报具有更好的一致性。在预报跳跃的频率统计方面,集合平均预报结果总体上明显低于集合控制预报,两者在长时效的预报跳跃情况差别较大。该文研究了预报跳跃对不同区域、时间和变量的敏感性,结果表明:时间平均的预报跳跃性对区域和变量很敏感。不同预报跳跃类型出现的频率及集合控制预报和集合平均预报在预报跳跃性方面的差异对区域、时间和变量的敏感性有限。     

气象大数据云平台归档系统设计及实现

本文针对"天擎"归档系统的建设需求、总体架构,提出系统实现的若干关键技术问题并进行深入分析,气象大数据云平台(以下简称"天擎")归档系统设计为面向海量数据归档存储的支撑系统,保障数据的安全完整。系统基于在线存储、离线存储以及磁带库管理软件,通过层次性结构体系、消息队列和微服务技术框架,实现多协议数据归档、敏感数据归档及转储数据归档等功能,满足各种新增数据归档业务场景,同时具备丰富的数据回取服务、数据全流程的追溯和规范化的磁带管理保障等功能。2020年8月"天擎"归档系统投入业务运行,每日归档的实时数据量约为10TB,后续最高可承载约240TB日数据量的归档业务。     

基于TIGGE资料识别适应性观测敏感区的应用研究

基于TIGGE(THORPEX Interactive Grand Global Ensemble)资料,通过对比两类强降水过程,分析了集合变换卡尔曼滤波(Ensemble Transform Kalman Filter,ETKF)适应性观测敏感区识别方法在实际应用中的具体环节。试验中使用两种分辨率和不同范围的集合预报资料得到的信号方差空间分布和极大值区基本一致,而在实施计算中使用适当分辨率和范围的集合预报资料能够大大节省计算时间;使用可获得的最近时刻为初值的集合预报资料得到的敏感区识别结果更加可靠;使用不同中心集合预报资料得到的敏感区识别结果有一定差异,但对于比较典型的夏季主雨带降水过程,各中心资料得到的结果较一致,敏感区识别结果比较可靠;不同类型强降水过程的敏感区对选取的度量函数具有一定依赖性。     

TIGGE技术对西南地区地面要素预报性能的分析

基于TIGGE中欧洲中期天气预报中心和美国国家环境预报中心全球集合预报系统(EC_GEPS和NCEP_GEPS)的2016年1月1日—2017年12月31日连续2 a的预报资料,对两套系统在西南地区10 d以内的2 m温度和24 h定量降水预报进行检验评估和综合分析。2 m温度预报检验结果表明:EC_GEPS和NCEP_GEPS的2 m温度控制预报和集合平均预报的均方根误差均普遍偏高且NCEP_GEPS总体而言优于EC_GEPS;两套系统集合平均均方根误差相对于控制预报改进不明显;集合离散度均明显偏低;Talagrand分布均呈现出非常明显的"J型"分布特征,Outlier评分普遍偏高且EC_GEPS的Outlier评分明显低于NCEP_GEPS;从集合最小值到集合最大值,随着集合百分位的增大,各个预报时效的均方根误差逐渐减小,集合最大值预报技巧最高。降水预报检验结果表明:EC_GEPS和NCEP_GEPS的24 h定量降水预报的Talagrand分布总体而言均呈现出"L型"分布特征且NCEP_GEPS更加明显;NCEP_GEPS各个预报时效的Outlier评分均普遍偏高且明显高于EC_GEPS;EC_GEPS的降水概率预报技巧明显优于NCEP_GEPS;EC_GEPS的70%集合百分位预报技巧最高,NCEP_GEPS的80%集合百分位预报技巧最高。EC_GEPS和NCEP_GEPS在西南地区的2 m温度预报和降水预报均存在一定的系统性误差,进行相应的集合预报系统性偏差订正应该能较好地改进预报技巧。     

2008年6月南方强降水天气分析及TIGGE预报检验

利用观测系统研究与可预报性试验的交互式全球大集合系统(TIGGE),对中国夏季南方强降水高影响天气过程,进行了可预报性研究.选取2008年6月中下旬中国南方地区持续性强降雨过程作为典型个例,对TIGGE的天气形势等预报,进行了详细的检验.结果显示,500 hPa上位于中国北部地区的阻塞高压及其西侧的低槽为本次过程的关键系统,对降水过程起到决定性作用.检验结果表明,TIGGE对关键系统的预报,普遍出现强度偏弱位置偏西的问题.ECMWF对500 hPa高度场预报最优,而850 hPa的比湿则是NCEP最佳,但多中心大集合预报则保持较好优势,对各单中心有不同程度的改善作用,而TIGGE对于这类灾害性天气的10 d的预报能力有限.     

基于TIGGE资料的西太平洋热带气旋多模式集成预报方法比较

基于TIGGE资料中CMA、ECMWF、JMA和NCEP四中心2010、2011和2012年3年的资料,采用集合平均（EMN）、加权集合平均（WEMN）、消除偏差集合平均（BREM）和加权消除偏差集合平均（即超级集合,SUP）四种方法,对西太平洋地区热带气旋路径与中心气压进行时效为24、48、72、96和120 h的多模式集成预报,评估了不同单中心预报结果,并分析了不同多模式集成预报方法的特点,对比了不同多模式集成方法的效果。结果表明,对于热带气旋路径和中心气压预报,各中心预报技巧不同,其中3年的CMA预报效果均较差,2010、2011年的ECMWF预报和2012年的NCEP预报效果最优;总体上几种多模式集成方法在120 h预报时效内均优于单模式预报,其中EMN作为一种最简单的集成预报方法,具有一定的局限性,而WEMN由于给不同单模式预报赋予了权重,因此相对于EMN能够得到更好的多模式集成预报结果;BREM方案由于消除了模式预报中的系统性偏差,因此集成预报效果也优于EMN;由于去除了模式预报偏差,同时给不同模式赋予了权重,SUP方案得到的集成预报效果最优。     

基于TIGGE资料的集合成员优选方法

利用2007年6月8日—8月31日东亚地区TIGGE集合预报资料中欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-range Weather Forecasts,ECMWF)和英国气象局(United Kingdom M et Office,UKM O)两个中心的地面2 m气温资料进行集合成员优选研究。结果表明,对于24~96 h预报,集合成员优选方法能够较好地选出预报技巧较高和预报技巧较低的集合成员。个例分析表明,在极端天气出现的地区,优选集合平均的预报优势较为明显。对比ECMWF和UKMO的集合成员优选结果发现,ECMWF的预报效果优于UKMO的预报效果。     

基于TIGGE资料的东亚地面气温预报的不一致性研究

基于TIGGE资料中欧洲中期天气预报中心(ECMWF)、美国国家环境预报中心(NCEP)和中国气象局(CMA)3个集合预报系统的地面气温集合预报资料,运用跳跃指数研究了3个集合预报系统中东亚地面气温的控制预报及集合平均预报的不一致性。结果表明,各个集合预报系统地面气温预报的时间平均不一致性指数差异较大。ECM WF时间不一致性指数最小,NCEP次之,CM A最大。另外NCEP的控制预报、ECM WF的控制预报和集合平均预报,这三者的时间平均不一致性指数随预报时效延长而增加,且集合平均预报一致性优于控制预报。而对于CMA预报的不一致性,无论是控制预报还是集合平均预报总体上都稳定地保持在较高的水平。此外,ECMWF的地面气温冬(夏)季预报的不一致性相对较强(弱),且单点跳跃随预报时效延长变化不明显,而控制预报和集合平均预报的异号两点跳跃以及三点跳跃出现的频率总体上随预报时效延长略有增加。     

基于TIGGE数据的我国寒潮自动识别预报方法

利用1951—2006年中央气象台寒潮天气过程数据以及NCEP/NCAR 500 hPa高度场等逐日再分析资料,通过客观聚类方法与主观对比分析确定寒潮爆发的典型形势场,结合寒潮过程特征量阈值,建立了基于TIGGE集合预报产品的寒潮自动识别客观预报方法,并利用TIGGE集合预报数据对2008年1月和2009年1月两次寒潮天气过程进行预报试验。结果表明:利用500 hPa高度距平场进行聚类分析,一方面可以消除环流季节特征对划分结果的影响,另一方面也突出了寒潮这种强天气的异常扰动表现;基于集合预报产品的寒潮自动识别预报方法浓缩了集合预报产品信息,可直接为预报员提供寒潮发生的概率预报,从而在集合预报产品与我国实际灾害性天气之间建立了直接联系。     

风云气象卫星数据存档与服务系统

国家卫星气象中心依托风云卫星工程,对多批次工程建设采取统一设计、滚动开发、分批扩展的方法,建成气象卫星数据存档与服务系统。系统架构于多个高性能计算机集群,应用可配置的动态加载容器和多机作业负载均衡并发处理技术将集群构建为高扩展性、高可用、高效率的业务系统。对Internet的全集数据共享技术、分布式时空一体化数据库存储技术、基于WebGIS的全球卫星影像发布技术、可视化处理与显示技术、三维地球影像发布技术、多源数据融合处理技术等多项关键技术进行研究与应用,为用户提供多种数据共享服务方式,提高了数据下载效率。目前,国家卫星气象中心已存档国内外21颗气象卫星801类共1150 TB数据,为24258个注册用户提供各类数据共享服务,该系统亦可通过配置扩展,适应未来国家卫星气象中心数据存档与服务的需求。     

Probabilistic Flood Prediction in the Upper Huaihe Catchment Using TIGGE Data

Based on the precipitation and temperature data obtained from THORPEX (The Observing System Research and Predictability Experiment) Interactive Grand Global Ensemble (TIGGE)-China Meteorological Administration (CMA) archiving center and the raingauge data,the three-layer variable infiltration capacity (VIC-3L) land surface model was employed to carry out probabilistic hydrological forecast experiments over the upper Huaihe River catchment from 20 July to 3 August 2008.The results show that the performance of the ensemble probabilistic prediction from each ensemble prediction system (EPS) is better than that of the deterministic prediction.Especially,the 72-h prediction has been improved obviously.The ensemble spread goes widely with increasing lead time and more observed discharge is bracketed in the 5th-99th quantile.The accuracy of river discharge prediction driven by the European Centre (EC)-EPS is higher than that driven by the CMA-EPS and the US National Centers for Environmental Prediction (NCEP)-EPS,and the grand-ensemble prediction is the best for hydrological prediction using the VIC model.With regard to Wangjiaba station,all predictions made with a single EPS are close to the observation between the 25th and 75th quantile.The onset of the flood ascending and the river discharge thresholds are predicted well,and so is the second rising limb.Nevertheless,the flood recession is not well predicted.     

基于多中心TIGGE资料的区域GRAPES集合预报初步试验

基于全球交互式大集合(TIGGE)预报资料,研究利用TIGGE全球集合预报大尺度不确定信息,构造区域GRAPES集合预报的初值扰动方法和试验方案,并对2008年7月22日发生在黄淮地区的一次暴雨过程进行了集合预报试验.试验结果表明:构造的初值扰动场能够表征TIGGE全球集合预报初值中的大尺度不确定信息,区域GRAPES集合预报系统可以捕获极端降水天气,对降水预报具有显著的改进作用,集合预报平均及降水概率预报能有效地反映暴雨降水特点,暴雨发生概率较高的区域与实况对应关系较好.积分初期,暴雨的预报一致性(集合离散度)和预报技巧(集合平均预报均方根误差)之间的关系显示了区域GRAPES集合预报系统是合理的,但积分后期,由于模式在积分过程中的动力调整作用,减小了初值扰动对预报结果的影响,限制了集合离散度的增长速度.     

LT&E-R型自动雨量站数据采集系统硬件的设计与实现

该文概述了湖北省布点的LT&E-R型自动雨量站数据采集系统硬件的结构、功能,主要介绍了采集器主板电路和电源电路的设计原理与电路实现方法,侧重分析了比较有特点的电路部分.     

基于TIGGE资料的流域概率性降水预报评估

利用2008年7月1日至8月6日TIGGE-CMA资料存储中心的ECMWF、NCEP和CMA等业务中心1～10天的集合预报降水结果,结合淮河流域上游大坡岭—王家坝流域内19个站点的降水观测资料,对流域内的日降水预报效果进行了基于降水等级划分的确定性TS评分、概率性Brier评分以及考虑所有降水强度概率的百分位降水评估,并对2008年7月22—23日的强降水过程的预报效果进行了重点评估分析,探索了多模式概率预报降水面向流域的评估方法。结果表明,超级集合的TS评分和Brier评分优于单个中心的集合预报平均,集合平均由于平滑作用削弱了对长预报时效较强降水的预报能力;三套集合预报都体现部分成员具有捕捉实际降水的多种可能性;流域面雨量和单站百分位的分析表明:随着预报时效的延长,强降水的预报能力逐渐减弱,而超级集合由于考虑了更多的降水可能性,预报强降水的量级和空间分布同观测更为接近。     

LT＆E-R型自动雨量站数据采集系统硬件的设计与实现

该文概述了湖北省布点的LT＆E-R型自动雨量站数据采集系统硬件的结构、功能，主要介绍了采集器主板电路和电源电路的设计原理与电路实现方法，侧重分析了比较有特点的电路部分。