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这套精准天气预报系统有多厉害 预报网格细至500米 温差不超2℃

来源: 新华网 日期:2019-07-18浏览量:240

      曾经,国内只能进行1天至3天的大尺度天气预报,精细化短时临近客观预报业务系统几乎是空白。如今,随着个人移动终端的普及,短时的、身边小环境的天气预报越来越受到市民的关注。

  由北京城市气象研究院研发的睿图系统,让每10分钟更新一次预报成为现实,并且成为临近灾害性天气预警的重要参考。这些技术创新正让北京的天气预报服务越来越“贴身”。

  1 夏季气温预报误差不超2℃

  2005年起,随着聚焦0-12小时短时临近天气预报能力的提升,北京开始发展睿图模式体系,逐渐破解准确预报强对流天气的难题。

  北京城市气象研究院副院长陈敏研究员是数值天气预报技术研发团队的学术首席,她带领团队成员引进欧美先进技术,并在关键环节开展自主创新,最终研发了华北地区0-12小时、1公里水平分辨率、10分钟快速循环更新的网格化分析和预报系统——这就是北京市气象局的睿图模式系统(RMAPS)。

  睿图模式系统由多个子系统构成,其中针对降水预报最核心的是临近数值预报集成子系统和短期预报子系统。前者每10分钟更新一次预报产品,主要关注未来2小时内天气,是气象预报员对雷暴等灾害性天气做出临近预警的重要参考;后者重点关注未来2-12小时,是短时天气预报预警的重要参考。

  陈敏说,数值天气预报系统的引进及建立,并不是简单的复制粘贴,后期需要进行很多技术的研发创新工作,同时要有一流的天气观测网络和强大的高性能计算资源,才能更好地让系统为北京的天气预报所用。

  短时、精准的天气预报,是睿图系统在北京“入乡随俗”的结果。

  为了降低降水分析的系统误差,研发团队利用北京市不同海拔高度的自动站小时雨量资料,深入分析地形高度和降水量之间的气候统计关系,确定了相关参数和计算方法。同时,对自动站降水进行地形效应校准,提高了复杂地形条件下,1公里水平分辨率降水分析场的准确度。

  为了进一步提升预报准确率,睿图短期预报子系统已经陆续加进了多个卫星和多部天气雷达的观测资料信息。陈敏透露:“京津冀地区原来只有7部雷达,从去年开始,全国135部天气雷达拼图数据半小时更新一次,满足了睿图模式实时同化应用的业务需求。”

  数值天气预报的关键之一是如何把计算机里的大气状态设计,调整为最接近真实情况的大气状态。二者越接近,预报才能越准确。

  睿图短期预报系统运行初期,工作人员发现预报温度经常出现偏高的问题。陈敏带领研究团队根据计算机模拟的大气状态,确定增加“影响因素”。在实际大气中,云会吸收辐射,对温度造成影响;而在计算机模型的大气中,云偏少,就得想办法增加云的总量,使得温度预报更接近第二天的实况水平。出现雾霾天气时,大气中的气溶胶也是必须考虑的因素。

  另外,数值天气预报需要考虑地形的影响,要使大气数值模式里的地理环境能够尽量接近真实情况。“比如土地利用,很多地方变成了城市用地,也有很多地方退耕还林变成了绿地,不同的用地类型对大气的动力作用和热力作用也不同,这就需要我们不断地去更新地表土地利用、植被覆盖、叶面指数等一系列静态数据集。”

  目前,北京市气象台做的夏季气温预报,整体平均温度误差(均方根)不超过2℃,已经跟国际水平相当。

  2 冬奥会预报网格细至500米

  对于北京而言,及时准确的短时临近天气预报是众多大型活动和城市安全运行的刚需。

  眼下的北京正值汛期,夏季的强对流天气预报一直是难点和重点关注对象。北京市气象台首席预报员于波形容,北京夏季的强对流天气就像小孩,说翻脸就翻脸,可能前半个小时还是晴天,下一分钟就开始刮风下雨。所以需要把握强对流天气的发生规律并摸准它的脾气。

  睿图模式系统的天气预报产品为强对流天气预报提供了非常好的参考工具,让预报员能够及时了解并预判天气变化。

  譬如今年5月16日,睿图系统提示,次日通州、密云方向将有特别明显的强对流天气,并伴有强降雨、大风、冰雹等。在汛期前出现这种天气,还是比较少的。到了17日当天,通州、密云局地的确出现了强降雨过程,三个小时降雨量超过170毫米,还出现了罕见的大风和强冰雹等局地强对流天气。

  北京地区从2013年开始采用分区预警,这得益于睿图模式的精准网格化预报能力。针对一次天气过程,如果其在延庆地区发生或进入北京,那延庆区气象台会率先发布相应的预警;随着天气过程的演变和推进,受影响的区逐步采取预警方式分区响应;如果全市大部分地区都受到了影响,预警会上升到全市级别。分区预警对精准灾害防御起到了重要的指导作用。

  陈敏介绍,目前研究团队开始研发一小时数据更新循环系统,这对预警来说会更加及时。同时,伴随着更多的卫星、雷达等遥感观测资料的应用,能更好地提升预报性能。现在,1公里分辨率的睿图预报产品已经实现逐10分钟快速更新,这些预报产品可以及时提供给预报员帮助修订预报信息。

  分区预警、短时临近天气预警对大型活动的举办至关重要。

  结合2022年北京冬奥会气象服务需求,研究团队将就深入提升冬季降雪预报能力,研发降水相态、雪温、雪量和雪线分布等一系列冬季预报产品。鉴于此,睿图系统的水平分辨率已经提升至500米,预报的精细化程度大幅提升。

  3 北京预报系统撑起“大北方联盟”

  睿图系统不仅提升了北京短时临近天气预报的能力和准确度,还带动了我国北方地区天气预报能力的提升。

  2016年11月,北京市气象局联合华北、东北、西北等地的气象部门,以睿图模式系统为统一技术框架,共10个省市组建了“大北方区域数值模式体系协同创新联盟(简称大北方联盟)”。

  2017年,甘肃省、宁夏回族自治区气象局加入;2018年,山东省、河南省气象局加入;2019年,青海省气象局加入。至此,大北方联盟成员单位已有15个,可以说覆盖了我国的半壁江山。

  还有不少省区市纷纷来北京“取经”,内蒙古就是其中之一。为了做好自治区成立70周年大庆的气象服务保障,内蒙古选派了研发团队全年在北京驻扎,学习睿图系统的关键技术,并结合内蒙古的气候状况修订预报产品,提升系统在当地的预报准确率。

  目前,睿图系统在大北方联盟内逐步得到推广应用,如在新疆建立了睿图-中亚系统,在河北建立了睿图-河北系统,以及在内蒙古建立了睿图-内蒙古系统等。

  大北方联盟是一个兼具包容性和开放性的联盟。睿图模式系统的观测和预报产品,以及相关技术充分服务于联盟成员,而高频更新的各类数据全部实现在智能云上的实时共享,供联盟成员使用。因此,各省区市不用重复建设观测资料采集体系,睿图模式系统还为科研基础条件相对薄弱的地区提供了成熟的资料采集模式,将有力地促进当地数值预报的发展。(记者 骆倩雯)