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這套精準天氣預報係統有多厲害 預報網格細至500米 溫差不超2℃
2019-07-18 10:06:06 來源: 北京日報
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  原標題:為了實時天氣預報更精準

  曾經,國內只能進行1天至3天的大尺度天氣預報,精細化短時臨近客觀預報業務係統幾乎是空白。如今,隨著個人移動終端的普及,短時的、身邊小環境的天氣預報越來越受到市民的關注。

  由北京城市氣象研究院研發的睿圖係統,讓每10分鐘更新一次預報成為現實,並且成為臨近災害性天氣預警的重要參考。這些技術創新正讓北京的天氣預報服務越來越“貼身”。

  1 夏季氣溫預報誤差不超2℃

  2005年起,隨著聚焦0-12小時短時臨近天氣預報能力的提升,北京開始發展睿圖模式體係,逐漸破解準確預報強對流天氣的難題。

  北京城市氣象研究院副院長陳敏研究員是數值天氣預報技術研發團隊的學術首席,她帶領團隊成員引進歐美先進技術,並在關鍵環節開展自主創新,最終研發了華北地區0-12小時、1公裏水平分辨率、10分鐘快速循環更新的網格化分析和預報係統——這就是北京市氣象局的睿圖模式係統(RMAPS)。

  睿圖模式係統由多個子係統構成,其中針對降水預報最核心的是臨近數值預報集成子係統和短期預報子係統。前者每10分鐘更新一次預報産品,主要關注未來2小時內天氣,是氣象預報員對雷暴等災害性天氣做出臨近預警的重要參考;後者重點關注未來2-12小時,是短時天氣預報預警的重要參考。

  陳敏説,數值天氣預報係統的引進及建立,並不是簡單的復制粘貼,後期需要進行很多技術的研發創新工作,同時要有一流的天氣觀測網絡和強大的高性能計算資源,才能更好地讓係統為北京的天氣預報所用。

  短時、精準的天氣預報,是睿圖係統在北京“入鄉隨俗”的結果。

  為了降低降水分析的係統誤差,研發團隊利用北京市不同海拔高度的自動站小時雨量資料,深入分析地形高度和降水量之間的氣候統計關係,確定了相關參數和計算方法。同時,對自動站降水進行地形效應校準,提高了復雜地形條件下,1公裏水平分辨率降水分析場的準確度。

  為了進一步提升預報準確率,睿圖短期預報子係統已經陸續加進了多個衛星和多部天氣雷達的觀測資料信息。陳敏透露:“京津冀地區原來只有7部雷達,從去年開始,全國135部天氣雷達拼圖數據半小時更新一次,滿足了睿圖模式實時同化應用的業務需求。”

  數值天氣預報的關鍵之一是如何把計算機裏的大氣狀態設計,調整為最接近真實情況的大氣狀態。二者越接近,預報才能越準確。

  睿圖短期預報係統運行初期,工作人員發現預報溫度經常出現偏高的問題。陳敏帶領研究團隊根據計算機模擬的大氣狀態,確定增加“影響因素”。在實際大氣中,雲會吸收輻射,對溫度造成影響;而在計算機模型的大氣中,雲偏少,就得想辦法增加雲的總量,使得溫度預報更接近第二天的實況水平。出現霧霾天氣時,大氣中的氣溶膠也是必須考慮的因素。

  另外,數值天氣預報需要考慮地形的影響,要使大氣數值模式裏的地理環境能夠盡量接近真實情況。“比如土地利用,很多地方變成了城市用地,也有很多地方退耕還林變成了綠地,不同的用地類型對大氣的動力作用和熱力作用也不同,這就需要我們不斷地去更新地表土地利用、植被覆蓋、葉面指數等一係列靜態數據集。”

  目前,北京市氣象臺做的夏季氣溫預報,整體平均溫度誤差(均方根)不超過2℃,已經跟國際水平相當。

  2 冬奧會預報網格細至500米

  對于北京而言,及時準確的短時臨近天氣預報是眾多大型活動和城市安全運行的剛需。

  眼下的北京正值汛期,夏季的強對流天氣預報一直是難點和重點關注對象。北京市氣象臺首席預報員于波形容,北京夏季的強對流天氣就像小孩,説翻臉就翻臉,可能前半個小時還是晴天,下一分鐘就開始刮風下雨。所以需要把握強對流天氣的發生規律並摸準它的脾氣。

  睿圖模式係統的天氣預報産品為強對流天氣預報提供了非常好的參考工具,讓預報員能夠及時了解並預判天氣變化。

  譬如今年5月16日,睿圖係統提示,次日通州、密雲方向將有特別明顯的強對流天氣,並伴有強降雨、大風、冰雹等。在汛期前出現這種天氣,還是比較少的。到了17日當天,通州、密雲局地的確出現了強降雨過程,三個小時降雨量超過170毫米,還出現了罕見的大風和強冰雹等局地強對流天氣。

  北京地區從2013年開始採用分區預警,這得益于睿圖模式的精準網格化預報能力。針對一次天氣過程,如果其在延慶地區發生或進入北京,那延慶區氣象臺會率先發布相應的預警;隨著天氣過程的演變和推進,受影響的區逐步採取預警方式分區響應;如果全市大部分地區都受到了影響,預警會上升到全市級別。分區預警對精準災害防禦起到了重要的指導作用。

  陳敏介紹,目前研究團隊開始研發一小時數據更新循環係統,這對預警來説會更加及時。同時,伴隨著更多的衛星、雷達等遙感觀測資料的應用,能更好地提升預報性能。現在,1公裏分辨率的睿圖預報産品已經實現逐10分鐘快速更新,這些預報産品可以及時提供給預報員幫助修訂預報信息。

  分區預警、短時臨近天氣預警對大型活動的舉辦至關重要。

  結合2022年北京冬奧會氣象服務需求,研究團隊將就深入提升冬季降雪預報能力,研發降水相態、雪溫、雪量和雪線分布等一係列冬季預報産品。鑒于此,睿圖係統的水平分辨率已經提升至500米,預報的精細化程度大幅提升。

  3 北京預報係統撐起“大北方聯盟”

  睿圖係統不僅提升了北京短時臨近天氣預報的能力和準確度,還帶動了我國北方地區天氣預報能力的提升。

  2016年11月,北京市氣象局聯合華北、東北、西北等地的氣象部門,以睿圖模式係統為統一技術框架,共10個省市組建了“大北方區域數值模式體係協同創新聯盟(簡稱大北方聯盟)”。

  2017年,甘肅省、寧夏回族自治區氣象局加入;2018年,山東省、河南省氣象局加入;2019年,青海省氣象局加入。至此,大北方聯盟成員單位已有15個,可以説覆蓋了我國的半壁江山。

  還有不少省區市紛紛來北京“取經”,內蒙古就是其中之一。為了做好自治區成立70周年大慶的氣象服務保障,內蒙古選派了研發團隊全年在北京駐扎,學習睿圖係統的關鍵技術,並結合內蒙古的氣候狀況修訂預報産品,提升係統在當地的預報準確率。

  目前,睿圖係統在大北方聯盟內逐步得到推廣應用,如在新疆建立了睿圖-中亞係統,在河北建立了睿圖-河北係統,以及在內蒙古建立了睿圖-內蒙古係統等。

  大北方聯盟是一個兼具包容性和開放性的聯盟。睿圖模式係統的觀測和預報産品,以及相關技術充分服務于聯盟成員,而高頻更新的各類數據全部實現在智能雲上的實時共享,供聯盟成員使用。因此,各省區市不用重復建設觀測資料採集體係,睿圖模式係統還為科研基礎條件相對薄弱的地區提供了成熟的資料採集模式,將有力地促進當地數值預報的發展。(記者 駱倩雯)

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【糾錯】 責任編輯: 黃浩
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