短临交互预报系统VIPS设计开发与应用

介绍了短时临近交互预报系统VIPS(Very-short-range Interactive Prediction System)的设计理念、开发思路及其功能实现。该系统设计基于开放理念,采用Java语言及开源软件,可跨平台运行,便于系统的开发及升级维护。以开源地理信息软件OpenMap为核心,将丰富的实况探测资料(如区域雷达资料、自动站资料、闪电定位资料)、雷达外推预报和风暴追踪产品及0～6小时数值预报产品与精细的地理信息以图层形式进行叠加,可对风暴的发生、发展在短时临近时间段内进行综合分析。基于对短时临近预报相关实况探测资料及短时临近预报产品的综合分析,可实现预警产品的人机交互快速编辑、制作精细化的预警产品并快速分发,满足了北京奥运会气象预警制作发布及现场服务等需求。     

短临交互预报系统在奥运会气象服务中的应用

2008年北京奥运会、残奥会期间,北京市气象局在各气象服务现场安装了先进的短时临近交互预报系统VIPS(Very-short-range Interactive Prediction System)。该系统的应用为增强现场气象保障能力发挥了重要作用。以2008年残奥会开幕式预演气象服务为例,介绍在开闭幕式现场通过VIPS系统实时调用各种监测、预报、预警信息和短时临近预报产品,快速分析,并及时准确地把气象预报服务信息提供给开闭幕式指挥部,避免和减轻了降雨天气造成的影响,为今后开展重大活动气象保障以及短时临近预报业务提供一些可借鉴的经验和思路。     

哈尔滨市短时临近预报业务系统

从短时临近预报业务系统流程、地面要素加密信息收集显示、多普勒雷达预警信息和预报指标、重大灾害性短时临近预报的气象要素信息／预警信息／预报指标及物理量、不稳定指数预警信息／预报指标及合拼显示、卫星云图降水／冰雹估计、3h降水／温度预报方法、短时临近预报编辑系统设计等方面，阐述了哈尔滨市短时临近预报业务系统的建设过程，由此揭示短时临近预报业务开展的方式和方法。     

GRAPES三维云初始场形成及在短临预报中的应用

围绕GRAPES_Meso的云初始场形成,以ARPS模式云分析方案为基础,优化诊断后应用我国风云二号静止气象卫星云产品、多普勒天气雷达三维组网拼图产品等观测资料结合模式背景信息,根据云热力-动力学原理及观测试验经验关系等,对云初始场的信息进行分析并通过松弛逼近同化方法实现对云内微物理信息同化应用。GRAPES_Meso中采用优化后的云初始场方案,水平分辨率为0.03°×0.03°和0.1°×0.1°的1个月（2014年7月15日-8月14日）连续试验和个例分析结果显示:云初始场形成方案能够分析出飑线等天气系统的云系和云内微物理变量特征。从模拟云图看,包含云初始场信息的GRAPES_Meso的云系的形态特征和分布范围短时临近预报结果更为准确。云初始场信息同化应用后,在1 h的时间尺度上,即可预报出与实况更为接近的降水;0~12 h时间范围内对降水均有积极的影响,可满足短时临近预报的需求,降水量级略偏大。批量连续试验（水平分辨率为0.03°×0.03°和0.1°×0.1°）的各个量级降水ETS（equitable threat score）评分都显著提高。     

一种改进短临降水预报的雷达产品应用方法

通过将组合反射率因子、垂直累积液体水两种雷达产品合并成一种新的雷达产品CR_VIL,使用6万多张CR_VIL产品与对应时次6min自动站雨量数据,通过统计分析得到CR_VIL的6min雨量均值表。在短时临近预报系统中根据雷达回波外推结果,使用CR_VIL的6min雨量均值表求得各时段定量降水估测值(QPE)作为该时段的定量降水预报值(QPF),得到预报时效2h,时间分辨率为6min的定量降水预报数据,业务运行中对1h的预报结果进行检验,晴雨预报准确率为87.0%,短时强降水TS=0.106,Bias=1.09,表明CR_VIL应用在业务系统中对短时强降水具有一定预报能力。     

多元加权决策法在四川短时临近降水预报中的应

以解析分析后的多普勒雷达资料、数值预报资料、地面自动站观测资料、卫星云图资料等精细化资料为基础,采用多元加权决策法构建起了四川短时临近降水预报系统,实现了短时临近天气预报中降水的定点、定时、定量预报,为综合各种精细化资料来制作短时临近降水预报寻求到了一种有效方法.     

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。     

多元加权决策法在四川短时临近降水预报中的应

以解析分析后的多普勒雷达资料、数值预报资料、地面自动站观测资料、卫星云图资料等精细化资料为基础,采用多元加权决策法构建起了四川短时临近降水预报系统,实现了短时临近天气预报中降水的定点、定时、定量预报,为综合各种精细化资料来制作短时临近降水预报寻求到了一种有效方法.     

多元加权决策法在四川短时临近降水预报中的应用

以解析分析后的多普勒雷达资料、数值预报资料、地面自动站观测资料、卫星云图资料等精细化资料为基础,采用多元加权决策法构建起了四川短时临近降水预报系统,实现了短时临近天气预报中降水的定点、定时、定量预报,为综合各种精细化资料来制作短时临近降水预报寻求到了一种有效方法。     

一种基于多种资料融合技术的短时临近预报方法

介绍由奥地利国家气象局开发的基于多种资料融合技术的短时临近预报系统(INCA)的核心技术。INCA系统以数值预报输出场为第一猜值,利用气象卫星、天气雷达,地面自动观测站资料进行融合分析订正后形成分析场,结合线形外推技术和数值预报结果,对降水、温度、湿度、风、云等作出高时空分辨率的临近预报,其技术路线对今后我国发展短时临近预报技术具有很重要的指导作用。     

GRAPES-TCM对登陆热带气旋降水的预报及其性能评估

基于GRAPES-TCM对2006年登陆热带气旋的降水预报结果,对该系统的24 h和6 h降水预报能力进行评估,并与基于卫星降水反演的外推预报(TRaP,Tropical Rainfall Potential)和相似台风降水预报技术(Analog Prediction Technique for Ty-phoon Precipitation,TAPT)进行对比.各方法对登陆热带气旋降水的综合预报能力通过分析预报和观测降水散点图、预报平均绝对误差(MAE)及均方根误差得到,降水分布型态的预报能力通过计算预报和观测降水的相关系数估计.此外,还分析了BS、POD、FAR、ETS评分等常用降水预报评估指标.结果显示,GRAPES-TCM的24 h降水预报绝对误差和均方根误差比TRaP和TAPT都大.但是,GRAPES-TCM的24 h降水预报与观测降水的相关系数远比TRaP和TAPT高.对其他指标的分析表明,GRAPES-TCM的漏报率远低于TRaP和TAPT,但3种方法的空报率在同一水平;对任一强度的降水,GRAPES-TCM的ETS评分总是最高,TRaP和TAPT对于大暴雨以上的强降水则几乎没有预报能力.对24小时内每6 h的降水预报,3种方法相对性能与24 h总降水相似.通过对各强度降水造成的降水量在总降水量中的百分比的对比分析,发现GRAPES-TCM预报强降水占总降水量的比重与观测十分接近.总体上说,GRAPES-TCM能较好地预报出登陆热带气旋降水的分布型态,对强降水的预报能力强于外推和相似预报方法,但是预报的降水量绝对误差偏大,尤其对暴雨级别以上降水,其BS值明显偏大.     

我国短期气候动力预测模式系统的研究及试验

气候和气候异常对我国的国民经济发展具有重大影响,为提高短期气候预测的准确率,研究动力气候模式短期气候预测新技术至关重要.通过近5年的努力,建立了一套出月动力延伸预报模式,海气耦合的全球气候模式(AGCM+OGCM+海冰+高分辨率印度洋-太平洋海盆模式),区域气候模式季和年际尺度的业务动力模式组成的系统.初步把我国的短期气候预测水平由经验统计方法提高到定量和客观分析的水平上.在此基础上,已建成了一个具有物理基础的统计方法与气候动力模式相结合的综合气候预报系统.     

IAP短期气候距平预测系统的定量评估及订正技术的改进研究

采用一套多指标的评估方法, 对中国科学院大气物理所研制的短期气候距平数值预测系统（ＩＡＰＰＳＳＣＡ） 方案１ 的预测性能进行了定量的、系统的评估。评估表明： ＩＡＰＰＳＳＣＡ 对中国汛期大尺度的、重大的降水异常预报较好; 在不同区域,ＩＡＰＰＳＳＣＡ 的预测能力不同, 对中国东南区域显示出较高的预报准确度和可信度; 与单个预报相比, 集合预测水平稳定, 能提高总体预测水平。另外, 还对订正技术进行了改进研究, 距平百分率订正较距平订正效果为佳。     

数值天气预报同化系统的构造及试验研究

采用伴随码方法构造了数值天气预报的伴随模式系统，并对其正确性进行了检验，发现伴随码推导伴随模式是很有价值的工具。用理想场和实际资料进行的试验发现：权重函数和尺度因子选取的不同及不同的网格距对伴随模式同化系统会产生不同的影响。试验表明伴随模式系统有较强的同化能力。     

广西短期气候预测与气候灾害监测业务系统

广西短期气候预测与气候灾害监测业务系统主要包括数据库管理、气候灾害监测、短期气候预测3个子系统,集气候资料管理、气候灾害监测、短期气候预测等气候综合业务于一体.     

省级GRAPES模式预报系统的构建

利用9210卫星广播的T213资料作为初始场,在联想深腾1800机群系统上构建了省级GRAPES中尺度数值预报系统,实现了GRAPES-MESO V2.5的高效运行,一方面可提供日常的业务预报产品,另一方面也可为广大预报员提供一个诊断模拟的平台.     

省级GRAPES模式预报系统的构建

利用9210卫星广播的T213资料作为初始场,在联想深腾1800机群系统上构建了省级GRAPES中尺度数值预报系统,实现了GRAPES-MESO V2.5的高效运行,一方面可提供日常的业务预报产品,另一方面也可为广大预报员提供一个诊断模拟的平台。     

沙、澧河流域面雨量计算及流量预报

讨论了适合沙、澧河流域的面雨量计算方法，分析了沙、澧河流域致洪暴雨特征、规律及底水、面雨量、强降水与洪水的关系，给出了沙、澧河关键站的流量预报方法。     

中国科学院大气物理研究所短期气候预测系统的改进及其对1998年全国汛期旱涝形势的预测

通过引入改善了地表反照率参数化方案的中国科学院大气物理研究所（ＩＡＰ）大气环流模式,我们对ＩＡＰ短期气候距平预测系统（ＩＡＰＰＳＳＣＡ）中的大气模式部分进行了改进。利用改进前后的ＩＡＰＰＳＳＣＡ,我们对１９８０～１９９４共１５年中国夏季降水异常进行了集合预报检验,与实测结果比较表明,改进后的ＩＡＰＰＳＳＣＡ对江淮和华南地区的预报技巧与原先的系统相比只是有略微的提高,但对我国东北、华北、河套区域以及整个中国东部的预报技巧则比原系统有较大程度的提高,从而表明气候模式中陆面过程的正确表述可以提高模式气候预测的能力。利用改进的ＩＡＰＰＳＳＣＡ和ＩＡＰＥＮＳＯ预测系统提供的预测海温距平,我们对１９９８年中国夏季降水异常进行了预报（该预测３月份提供给有关单位）。今与实际情况比较表明,改进了的ＩＡＰＰＳＳＣＡ和ＩＡＰＥＮＳＯ预测系统耦合,对１９９８我国夏季旱涝形势的预测与实测基本相符,但强度较小,说明有一定预报能力,但也还有许多问题。     

天津市中尺度数值预报业务系统的设计与实现

为适应省级中尺度数值预报业务的需要,设计实现了天津市中尺度数值预报业务系统。该系统由高性能计算机系统、中尺度数值预报模式以及业务运行流程组成的,其设计与实现涉及到高性能计算机系统的建设、中尺度数值预报模式的业务数据流转以及系统运行监控流程的设计等多个方面。高性能计算机系统的建设包括系统选型、功能设计和安装调试等部分,中尺度数值预报模式的业务数据流转以及系统运行监控流程的设计是整个系统业务化的关键。天津市中尺度数值预报业务系统通过工程建设和技术开发完成了奥运期间的气象预报服务任务,已投入业务化运行。