数值天气预报的创新之路--从初值问题到反问题

基于大气并非是一个确定论的系统,从信息论的视角考察了数值天气预报问题。认为表征初值和边值的数据可以视为输入信息（信息源）,而数值模式则不过是一个信息变换机构,它把输入信息变换成预报结论而输出来,输出的预报结论则是未来天气状况的信息。于是预报的准确性受制于：一是输入信息所包含的输出信息的信息量,另一是信息在变换过程中丢失的信息量。从初值的形成过程揭示出了当前观测系统在一个时刻提供的数据没有包含初值所要求的全部信息,而缺失的部分或多或少的隐藏在过去的观测数据中。提为初值问题意味着只依据一个时刻的状态导致输入的信息量缺失,应考虑过去的历史数据以增加输入数据中所包含的预报量的信息。文中指出由于输出信息比输入还多的数值模式是不存在的,这样的改进带有根本性。进一步论证了数值模式的误差信息,也或多或少的隐藏在过去的历史数据中,为了充分使用过去的观测数据,本文建议改变问题的提法,不提成初值问题,提成反问题。资料同化本质上是反问题,其欠定性不应人为夸大。提成反问题的数值天气预报能充分应用过去的历史资料,将天气方法、统计方法、动力方法有机地结合在一起。对于这个反问题如何具体求解方面,在分析了业务和研究的区别,模式的普适性和针对性的统一的基础上,给出了反问题的具体解决途径。强调无需构建新模式（这是非常困难的工作）,只需运行现成的模式,借助所关心的预报对象的历史数据来改造现成模式,因而是完全可行的。     

造成北京连续高温的河套高压结构分析

就2000年7月11~14日北京连续4天≥35 ℃的高温天气,分析了与之相关的700 hPa河套高压的水平和垂直结构,指出它是与我国西部干旱区大范围暖空气东移相关联的一个深厚的负涡度系统。由于河套高压是一个水平尺度较小的移动性系统,所以高温持续天数较短。作为一个暖性高压,河套高压所对应的负涡度系统在垂直方向可达到对流层上层。极锋急流出口区和副热带急流入口区的高空辐合机制使位于南北两条急流之间的河套高压为下沉运动控制,它所伴随的晴空区辐射增温和绝热增温有利于高温天气的形成。文章最后提出了河套高压的形成还可能和高空急流的动力加压有关。     

降水临近预报及其在水文预报中的应用研究进展

随着全球气候变化、自然变迁及陆表生境改变,极端天气频发且呈现出多尺度时空变异特征,对其进行预报和预警一直是气象水文领域关注的焦点。临近预报可较准确地预报未来短时间天气显著变化,是当前预报强降水等极端事件的主要手段。从基于天气雷达0～3 h外推临近预报、融合数值模式0～6 h临近预报的发展历程梳理了临近预报的研究进展,阐述了雷达外推算法的发展进程、雷达外推预报与数值模式预报融合技术进展,指出"取长补短"的0～6 h融合预报在提高降水预报精度、延长降水预见期等多方面有较大的发展潜力,进一步探寻及提升融合技术是未来融合预报发展的核心。将临近预报以气象水文耦合的方式引入水文预报是从源头提高水文预报精度、保障水文预报效果的主要途径,总结了现阶段主流耦合方式、空间尺度匹配技术、水文模型不确定等陆气耦合中的关键问题,阐述了外推临近预报、融合临近预报作为水文预报输入的研究进展,明确了融合临近预报在延长洪水预见期、提高洪水预报精度中存在优势,并讨论了未来的研究重点及发展方向。     

神威集合预报可视化实时监控系统在神威机上的设计与实现

根据神威集合数值天气预报的运行特点, 针对其运行过程中可能遇到的问题, 介绍了自主研制的可视化实时监控系统的解决方案。     

并行技术在神威集合数值天气预报系统中的应用

文章讨论了基于神威巨型机的并行化集合数值天气预报系统中实现的各种并行算法, 性能分析结果表明并行方案最大限度的利用了神威机的处理器资源, 设计的并行算法效率较高, 满足了实时业务运行的时效要求。     

辽宁开原龙卷强对流过程的扰动天气环境

2019年7月3日下午辽宁部分地区出现短时强降水和冰雹等强对流天气,其中开原市金钩子镇遭遇了龙卷风,造成当地严重的生命财产损失.本文重点分析有利于这次龙卷和冰雹等强对流过程发生的大气变量扰动环境,包括数值模式预报产品中的扰动天气环境以及雷达回波和卫星云图演变对应的大气扰动风场变化特征.结果发现：开原单个龙卷与苏北多次单个龙卷发生的大气温压场扰动环境相似,发生地位于对流层上部下伸到地面的位势高度扰动槽线和近地面水平方向上冷暖温度扰动气团交界线附近,其冷暖扰动气团之间的强度对比较美国多龙卷爆发时的弱小.利用来自欧洲中期天气预报中心（ECMWF）模式产品和美国国家环境预报中心全球预报系统（NCEP/GFS）的实时分析资料进行扰动环流形势分析并与当地实况卫星云图和雷达回波相结合,可以从潜在趋势上定性地推断有利于强对流天气发展的位置.

     

基于粉丝偏好挖掘提升气象微博平台运维能力

公众气象服务是政府公共服务的重要组成部分,而微博作为新时代下的新媒体服务,在广州市气象局的日常气象信息服务中发挥了重要作用。通过对微博渠道积累的数据及用户需求进行文本数据分析挖掘,发现许多影响微博受欢迎程度的用户偏好特征,运用联合分析得到各个特征的重要性排序,并以此提出新媒体运维指引以及提升公共气象服务的合理建议,从而在扩大微博影响力的同时增强广州市气象局公共气象服务的品牌影响力。     

武汉市火险天气等级标准初探

通过对武汉市1980～1991年逐日火灾与气象资料的相关分析,发现火灾率与相对湿度呈负相关,与气温日较差、连旱天数、最大风速呈正相关,与当天降雨量不相关。通过权重系数法分季建立火灾率多因子综合预报方程,并制订合理的火险天气等级划分标准。经回代和试报检验表明,3级以上中、高火险日数少,但对火灾概括率高。     

天气预报在1998年夏抗洪防灾中的作用——暴雨成灾引起的气象科学问题的思考

１９９８年夏,长江、嫩江、松花江流域因大范围持续性降水和频发暴雨造成了特大洪水。在这场抗洪减灾工作中,天气预报是党中央、国务院和各级党政部门领导组织抗洪防灾科学决策的重要依据之一,为正确组织、指挥防汛抗洪,取得巨大胜利起到了良好作用。然而,１９９８年夏的异常天气使天气预报人员始料不及,要做好较准确的天气预测预报,不少气象科学问题还难于准确回答。因此,这些气象科学问题还需要进一步深入研究。     

Relationships Between Rainwater Composition and Synoptic Weather Systems Deduced from Measurement and Analysis of Hong Kong Daily Rainwater Data

The composition of Hong Kong rainwater has been studied in the context of seven types of prevailing synoptic weather system. These represent different precipitating airmass origins in terms of continental, maritime, local or mixed sources. Replicate sampling was performed on a daily basis from 1994–1995 for both bulk deposition (n = 60) and simultaneous wet deposition (n = 27) collectors. Reliable analytical data were obtained for the concentrations of the soluble components H+, Na+, Ca2+, K+, Mg2+, Cl-, NO3- and SO42-. The acidity of rainwater was found to be greater when Hong Kong was under the influence of an approaching cyclone (type AC), northeasterly monsoon (type NE) or cold front (type CF) than for prevailing easterly anticyclones (type E), southerly/southwesterly monsoon systems (type S), or cyclonic flows (type C). A common characteristic of occasions of acid rain in Hong Kong was the build-up of local pollutants under conditions of low windspeed, as shown by the significant correlation between rainwater pH and lognormal surface windspeed, but not windvector. The acidity of Hong Kong rainwater was thus largely determined by local sources, although the participation of a continental airmass was evident for some systems. The daily bulk deposition flux of H+ on rainy days varied by more than an order of magnitude from type C (0.2 meq m-2 d-1) to types AC, trough (T) and NE (>2 meq m-2 d-1).