氣象預報預測業(yè)務現(xiàn)狀發(fā)展趨勢

1、、曲麗瑋1 1 發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)展現(xiàn)狀低分辨率、有限視野的間歇常規(guī)觀測低分辨率、有限視野的間歇常規(guī)觀測遙感信息與常規(guī)觀測相結(jié)合的遙感信息與常規(guī)觀測相結(jié)合的高分辨率、多方位連續(xù)監(jiān)測高分辨率、多方位連續(xù)監(jiān)測傳統(tǒng)的天氣氣候理論、數(shù)理統(tǒng)計與預報員傳統(tǒng)的天氣氣候理論、數(shù)理統(tǒng)計與預報員經(jīng)驗的半經(jīng)驗半理論的定性方法經(jīng)驗的半經(jīng)驗半理論的定性方法 數(shù)值天氣預報為基礎、人機交互處理系統(tǒng)數(shù)值天氣預報為基礎、人機交互處理系統(tǒng)為平臺綜合多種方法為平臺綜合多種方法 預報方式：從大氣表象演變逐漸向深入考慮大氣運動的內(nèi)在規(guī)律轉(zhuǎn)變預報服務對象：傳統(tǒng)的天氣預報領域向環(huán)境領域拓展轉(zhuǎn)變 ncep operational regional

2、model penn state/ncar mesoscale model year model resolution year model 1955 princeton qg model 381 km 3 level 1969 3-d hurricane model 30 x 30 x 3 grid, 30 km 1966 primitive equation model 381 km 6 level 1971 anthes moved to penn state, developed mm03 1971 limited area fine-mesh (lfm) 190.5 km 7 lev

3、el 1981 anthes moved to ncar begin mm4 development 1985 triply nested-grid model (ngm) 80 km 16 level 1987 mm4 officially released (anthes, hsie, kuo) 1993 eta model 80 km 38 level 1990 first real-time fcst (30 km) (warner & seaman) 1995 meso-eta model 29 km 50 level 1994 mm5 officially released

4、 (grell, dudhia, stauffer) 1996 nested eta (experimental) 10 km 60 level 1997 mm5 adjoint released & 4dvar (zou et al) 1998 early eta model meso-eta (4/day) 32 km 45 level 1998 atec 1.1 km real-time forecast hitacs810k72.570.475.183.370.488.389.173.10gsm(t213l40)83.388.3rsm(20km l36)83.3rsm(20km

5、 l40)84.188.3msm(10km l40)92.3jsm(30km l23)hitacm200hhitachi s3800hitachi sr8000e11982.31996.32001.31987.12ibm7041959.31967.4hitac88001973.8hitac5020fn-hem. balance barotropic(381km)nh balance(381kml3)nh primitive;nhm(381km l4)nhm(381km l8)nh spectral(t42l12)global spectral; gsm(t63l16)gsm(t106l21)g

6、sm(t213l30)regional spectral asm(75km l16)flm(127km l12)flm(127km l10)asia fine mesh;flm(152.4km l6)vfm(63.5km l13)jsm(40km l19)asia quasi geostrophic(304.8km l4)very fine mesh;vfm(63.5km l11)l需求推動天氣預報的內(nèi)容、時效和產(chǎn)品的需求推動天氣預報的內(nèi)容、時效和產(chǎn)品的發(fā)展發(fā)展l新技術(shù)的引入新技術(shù)的引入, ,推動了天氣預報前進推動了天氣預報前進l從天氣學描述方式向考慮大氣內(nèi)在規(guī)律方從天氣學描述方式向考慮大氣內(nèi)

7、在規(guī)律方式轉(zhuǎn)變式轉(zhuǎn)變 l服務及時到位是彌補預報欠準和發(fā)揮天氣服務及時到位是彌補預報欠準和發(fā)揮天氣預報效益的有效辦法預報效益的有效辦法 l預報人員素質(zhì)的提高預報人員素質(zhì)的提高, ,促進了天氣預報發(fā)展。促進了天氣預報發(fā)展。 2存在的主要問題存在的主要問題大氣探測技術(shù)方面的差距大氣探測技術(shù)方面的差距 數(shù)值預報方面的差距數(shù)值預報方面的差距 加強對中尺度系統(tǒng)及其形成機理的深入研究;加速中尺度系統(tǒng)監(jiān)測網(wǎng)的建設;加強臨近預報和短時預報;充分利用已有的雷達圖像及其拼圖;加強聯(lián)防和信息共享,優(yōu)勢互補 大氣的非線性、混沌特征大氣的非線性、混沌特征-未來有不確定性和不可預測性 天氣預報的中心問題是：已知大氣狀態(tài)在一

8、個天氣預報的中心問題是：已知大氣狀態(tài)在一個時刻的觀測值來解一般形式的流體動力學方程。原則時刻的觀測值來解一般形式的流體動力學方程。原則上大氣在將來任何時刻的狀態(tài)是由大氣在一個時刻的上大氣在將來任何時刻的狀態(tài)是由大氣在一個時刻的狀態(tài)決定的。狀態(tài)決定的。1904,v.bjerknes天氣的可預報性天氣的可預報性理論氣象理論氣象大氣運動必有耗散，現(xiàn)有動能維持不超過十天；能源：太陽輻射，第一類熱機、第二類熱機。 氣象學是一門困難的科學，它深為相互作用的物理過程及固有的非線性的純數(shù)學復雜性所窘.p. d. thompson大氣運動的混沌性與可預報性觀測實況x x預報（過去和現(xiàn)在的）（未來某時刻）y yy

9、 y f f（x x）x xy y 可預報時段同一時段不同氣象場的特征有不同的可預報性u 長、中、短預報逐步訂正u 優(yōu)先攻可預報性大的a bl980710 商洛3站暴雨（丹鳳113.6）l910728 關(guān)中東部13站暴雨（西安110.7）l010818 陜北10站暴雨（榆林113.6）l860709 關(guān)中西部18站暴雨（永壽80.1）幾例天氣圖預報幾例天氣圖預報 需要一大批既有豐富氣象知識、需要一大批既有豐富氣象知識、 又熟練掌握計算機的人又熟練掌握計算機的人缺乏信息的困難缺乏信息的困難信息太多的困惑信息太多的困惑計算機是處理信息的手段計算機是處理信息的手段技術(shù)裝備技術(shù)裝備眾多信息眾多信息預報

10、準確率提高預報準確率提高時效延長時效延長？各地氣象臺（站）結(jié)合當?shù)貙嶋H各地氣象臺（站）結(jié)合當?shù)貙嶋H開展廣泛的研究開展廣泛的研究過去和現(xiàn)在的實況過去和現(xiàn)在的實況 未來的狀況未來的狀況數(shù)值預報產(chǎn)品數(shù)值預報產(chǎn)品 局地的天氣局地的天氣數(shù)值天氣預報的成功可預報性問題(e.lorenz 的偶然發(fā)現(xiàn))從確定論出發(fā)走向了不確定確定論系統(tǒng)的內(nèi)在隨機性混沌非線性動力學（實質(zhì)是混沌動力學）（3）數(shù)值預報與預報員經(jīng)驗n傳統(tǒng)的數(shù)值預報：是大氣運動控制方程的初值問傳統(tǒng)的數(shù)值預報：是大氣運動控制方程的初值問題，即用表現(xiàn)流體運動物理規(guī)律的方程系統(tǒng)（氣象題，即用表現(xiàn)流體運動物理規(guī)律的方程系統(tǒng)（氣象的動力學和熱力學基本方程），從

11、初值出發(fā)反復進的動力學和熱力學基本方程），從初值出發(fā)反復進行時間的數(shù)值積分，求出所預報時刻的預報值。行時間的數(shù)值積分，求出所預報時刻的預報值。n兩個重要環(huán)節(jié)：數(shù)學模式，初值兩個重要環(huán)節(jié)：數(shù)學模式，初值n初值初值+ +模式模式=確定性問題確定性問題 問題：有誤差，永遠不可能獲得準確的預報結(jié)果問題：有誤差，永遠不可能獲得準確的預報結(jié)果 初值誤差初值誤差+ +模式誤差模式誤差+ +大氣非線性混沌特性大氣非線性混沌特性 結(jié)果具有不確定性。結(jié)果具有不確定性。（1 1）分析誤差：基于不完善的觀測系統(tǒng)基礎，資料同化分析）分析誤差：基于不完善的觀測系統(tǒng)基礎，資料同化分析場與真實大氣之間存在著差異導致了模式計算

12、的誤差場與真實大氣之間存在著差異導致了模式計算的誤差（2 2）模式誤差：模式的分辨率不夠精細、物理過程參數(shù)化不）模式誤差：模式的分辨率不夠精細、物理過程參數(shù)化不夠完善（一些假定或簡化），很難描述真實大氣特征而夠完善（一些假定或簡化），很難描述真實大氣特征而造成誤差造成誤差 要完全克服上述兩類誤差是十分困難的，只有通過發(fā)展3天氣預報未來天氣預報未來發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢天氣預報向全時空精細化方向發(fā)展天氣預報向全時空精細化方向發(fā)展單一的天氣預報領域向更廣的領域拓展單一的天氣預報領域向更廣的領域拓展 挖掘數(shù)值預報的潛力,中西產(chǎn)品結(jié)合、揚長避短對數(shù)值預報產(chǎn)品進行“無縫隙”應用以研究總結(jié)為支撐積累新型預報經(jīng)驗

13、 l數(shù)值預報是現(xiàn)代天氣預報的基礎，在實際業(yè)務中發(fā)揮著重要的作用l數(shù)值預報的成功是天氣預報領域的一次重大變革，極大促進了預報準確率的提高l數(shù)值預報還在發(fā)展中，要完全克服其誤差是相當困難的，要辯證地看待它的過去、現(xiàn)在與未來 l在未來相當長的時間，有經(jīng)驗的預報員在以數(shù)值預報為基礎的時代仍是不可替代的l現(xiàn)代氣象業(yè)務體系結(jié)構(gòu)現(xiàn)代氣象業(yè)務體系結(jié)構(gòu)l 公共氣象服務業(yè)務包括氣象災害防御管理、面向公共氣象服務業(yè)務包括氣象災害防御管理、面向政府的決策氣象服務、面向社會的公眾氣象服務和面向政府的決策氣象服務、面向社會的公眾氣象服務和面向行業(yè)的專業(yè)專項氣象服務，涉及到防災減災、氣候變化行業(yè)的專業(yè)專項氣象服務，涉及到防

14、災減災、氣候變化應對、生態(tài)文明建設、國民經(jīng)濟建設、人民生活水平提應對、生態(tài)文明建設、國民經(jīng)濟建設、人民生活水平提高等方面。高等方面。l 氣象預報預測業(yè)務主要由以數(shù)值模式業(yè)務為基氣象預報預測業(yè)務主要由以數(shù)值模式業(yè)務為基礎的天氣、氣候、氣候變化、應用氣象（包括海洋、水礎的天氣、氣候、氣候變化、應用氣象（包括海洋、水文、交通、航運、生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象、大氣環(huán)境、空間天文、交通、航運、生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象、大氣環(huán)境、空間天氣、人工影響天氣）等監(jiān)測分析、預報、預測、預估、氣、人工影響天氣）等監(jiān)測分析、預報、預測、預估、預警業(yè)務及相應的質(zhì)量檢驗，以及評定業(yè)務、技術(shù)平臺預警業(yè)務及相應的質(zhì)量檢驗，以及評定業(yè)務、技術(shù)平臺

15、和業(yè)務流程等組成。和業(yè)務流程等組成。l 綜合氣象觀測和信息業(yè)務包括地面觀測和地基綜合氣象觀測和信息業(yè)務包括地面觀測和地基遙感系統(tǒng)、以氣球和飛機等為觀測平臺的空基遙感系統(tǒng)、遙感系統(tǒng)、以氣球和飛機等為觀測平臺的空基遙感系統(tǒng)、以低軌和高軌衛(wèi)星為觀測平臺的天基遙感系統(tǒng)。其主要以低軌和高軌衛(wèi)星為觀測平臺的天基遙感系統(tǒng)。其主要業(yè)務平臺是國家氣候觀象臺、國家氣象觀測站、區(qū)域氣業(yè)務平臺是國家氣候觀象臺、國家氣象觀測站、區(qū)域氣象觀測站和衛(wèi)星觀測系統(tǒng)以及移動觀測系統(tǒng)。由數(shù)據(jù)收象觀測站和衛(wèi)星觀測系統(tǒng)以及移動觀測系統(tǒng)。由數(shù)據(jù)收集及分發(fā)、信息加工處理、數(shù)據(jù)管理與共享服務等組成集及分發(fā)、信息加工處理、數(shù)據(jù)管理與共享服務等

16、組成的氣象信息業(yè)務，以及由運行監(jiān)控、維護維修、計量檢的氣象信息業(yè)務，以及由運行監(jiān)控、維護維修、計量檢定等組成的技術(shù)裝備保障業(yè)務，也是綜合氣象觀測系統(tǒng)定等組成的技術(shù)裝備保障業(yè)務，也是綜合氣象觀測系統(tǒng)不可或缺的組成部分。不可或缺的組成部分。 現(xiàn)現(xiàn)代代氣氣象象業(yè)業(yè)務務體體系系4 如何提高預報準確率及服務能力如何提高預報準確率及服務能力 切實把天氣預報工作放在氣象工作的重中之重 的位置 不斷推進氣象現(xiàn)代化加強基礎能力建設 加強管理充分發(fā)揮基礎設施效能 充分發(fā)揮預報員的主觀能動性建設一支高素質(zhì)天氣預報專家隊伍 從局地的特殊性總結(jié)入手從失敗的例子入手 從找毛病入手 從存在的問題入手充分運用現(xiàn)代化設施、資料

17、 加快預報員成長步伐l 切實提高數(shù)值天氣預報水平。優(yōu)化改進數(shù)切實提高數(shù)值天氣預報水平。優(yōu)化改進數(shù)值天氣預報系統(tǒng)業(yè)務運行。發(fā)展集合預報業(yè)務。值天氣預報系統(tǒng)業(yè)務運行。發(fā)展集合預報業(yè)務。l 建立和完善專業(yè)數(shù)值模式預報業(yè)務。建立和完善專業(yè)數(shù)值模式預報業(yè)務。l 改進完善短期氣候預測動力模式系統(tǒng)。改進完善短期氣候預測動力模式系統(tǒng)。l 扎實做好氣候系統(tǒng)模式研發(fā)工作。扎實做好氣候系統(tǒng)模式研發(fā)工作。l 發(fā)展城市尺度精細化空氣質(zhì)量數(shù)值預報預發(fā)展城市尺度精細化空氣質(zhì)量數(shù)值預報預警業(yè)務。警業(yè)務。l 加快建立災害天氣臨近短時預報預警業(yè)務。加快建立災害天氣臨近短時預報預警業(yè)務。l 著力增強災害性天氣精細預報能力，建立著力

18、增強災害性天氣精細預報能力，建立城市氣象災害預警預報業(yè)務。城市氣象災害預警預報業(yè)務。l 發(fā)展要素精細化預報，延長預報時效。加發(fā)展要素精細化預報，延長預報時效。加強中尺度模式產(chǎn)品釋用技術(shù)研發(fā)與應用。系統(tǒng)強中尺度模式產(chǎn)品釋用技術(shù)研發(fā)與應用。系統(tǒng)開展檢驗和評估業(yè)務。開展檢驗和評估業(yè)務。l 加強重要天氣過程預報技術(shù)總結(jié)。開發(fā)符加強重要天氣過程預報技術(shù)總結(jié)。開發(fā)符合預報員需求的工具和指標。合預報員需求的工具和指標。l 加強氣候監(jiān)測診斷業(yè)務。加強氣候監(jiān)測診斷業(yè)務。l 改進和完善氣候預測業(yè)務，努力提高氣候改進和完善氣候預測業(yè)務，努力提高氣候預測準確率。開展專項氣候預測。加強氣候預預測準確率。開展專項氣候預測。加強氣候預測產(chǎn)品檢驗。測產(chǎn)品檢驗。l 建立健全定量化氣候影響評價業(yè)務。建立健全定量化氣候影響評價業(yè)務。l 加強氣候預測技術(shù)總結(jié)分析和業(yè)務指導工加強氣候預測技術(shù)總結(jié)分析和業(yè)務指導工作。作。l 加強氣候變化檢測工作。加強氣候變化檢測工作。l 提高氣候變化預估水平。提高氣候變化預估水平。l 加強氣候變化影響評估工作。加強氣候變化影響評估工作。l 建立氣候變化適應減緩對策綜合分析業(yè)務。建立氣候變化適應減緩對策綜合分析業(yè)務。l 發(fā)展生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務。發(fā)展生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務。l 發(fā)展大氣環(huán)境業(yè)務。發(fā)展大氣環(huán)境業(yè)務。l 加強人影作