1、张 弘、曲丽玮1 1 发展现状发展现状低分辨率、有限视野的间歇常规观测低分辨率、有限视野的间歇常规观测遥感信息与常规观测相结合的遥感信息与常规观测相结合的高分辨率、多方位连续监测高分辨率、多方位连续监测传统的天气气候理论、数理统计与预报员传统的天气气候理论、数理统计与预报员经验的半经验半理论的定性方法经验的半经验半理论的定性方法 数值天气预报为基础、人机交互处理系统数值天气预报为基础、人机交互处理系统为平台综合多种方法为平台综合多种方法 预报方式：从大气表象演变逐渐向深入考虑大气运动的内在规律转变预报服务对象：传统的天气预报领域向环境领域拓展转变 NCEP Operational Region
2、al 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 leve
3、l 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(Grell,Dudhia,St
4、auffer)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 L40)84.188.3MSM(10km L40)92.3JS
5、M(30km L23)HITACM200HHITACHI S3800HITACHI SR8000E11982.32019.32019.31987.12IBM7041959.31967.4HITAC88001973.8HITAC5020FN-Hem.Balance Barotropic(381km)NH Balance(381kmL3)NH Primitive;NHM(381km L4)NHM(381km L8)NH Spectral(T42L12)Global Spectral;GSM(T63L16)GSM(T106L21)GSM(T213L30)Regional Spectral ASM(7
6、5km 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需求推动天气预报的内容、时效和产品的需求推动天气预报的内容、时效和产品的发展发展l新技术的引入新技术的引入,推动了天气预报前进推动了天气预报前进l从天气学描述方式向考虑大气内在规律方从天气学描述方式向考虑大气内在规律方式转变式转变 l服务及时到位是弥补预报欠准和发挥天气服务及时到位
7、是弥补预报欠准和发挥天气预报效益的有效办法预报效益的有效办法 l预报人员素质的提高预报人员素质的提高,促进了天气预报发展。促进了天气预报发展。2存在的主要问题存在的主要问题大气探测技术方面的差距大气探测技术方面的差距 数值预报方面的差距数值预报方面的差距 加强对中尺度系统及其形成机理的深入研究;加速中尺度系统监测网的建设;加强临近预报和短时预报;充分利用已有的雷达图像及其拼图;加强联防和信息共享,优势互补 大气的非线性、混沌特征大气的非线性、混沌特征-未来有不确定性和不可预测性 天气预报的中心问题是：已知大气状态在一个天气预报的中心问题是：已知大气状态在一个时刻的观测值来解一般形式的流体动力学
8、方程。原则时刻的观测值来解一般形式的流体动力学方程。原则上大气在将来任何时刻的状态是由大气在一个时刻的上大气在将来任何时刻的状态是由大气在一个时刻的状态决定的。状态决定的。1904,V.Bjerknes天气的可预报性天气的可预报性理论气象理论气象大气运动必有耗散，现有动能维持不超过十天；能源：太阳辐射，第一类热机、第二类热机。气象学是一门困难的科学，它深为相互作用的物理过程及固有的非线性的纯数学复杂性所窘.P.D.Thompson大气运动的混沌性与可预报性观测实况X X预报（过去和现在的）（未来某时刻）Y YY Y F F（X X）X XY Y 可预报时段同一时段不同气象场的特征有不同的可预报
9、性u 长、中、短预报逐步订正u 优先攻可预报性大的A Bl980710 商洛3站暴雨（丹凤113.6）l910728 关中东部13站暴雨（西安110.7）l010818 陕北10站暴雨（榆林113.6）l860709 关中西部18站暴雨（永寿80.1）几例天气图预报几例天气图预报 需要一大批既有丰富气象知识、需要一大批既有丰富气象知识、又熟练掌握计算机的人又熟练掌握计算机的人缺乏信息的困难缺乏信息的困难信息太多的困惑信息太多的困惑计算机是处理信息的手段计算机是处理信息的手段技术装备技术装备众多信息众多信息预报准确率提高预报准确率提高时效延长时效延长？各地气象台（站）结合当地实际各地气象台（站）
10、结合当地实际开展广泛的研究开展广泛的研究过去和现在的实况过去和现在的实况 未来的状况未来的状况数值预报产品数值预报产品 局地的天气局地的天气数值天气预报的成功可预报性问题(E.Lorenz 的偶然发现)从确定论出发走向了不确定确定论系统的内在随机性混沌非线性动力学（实质是混沌动力学）（3）数值预报与预报员经验n传统的数值预报：是大气运动控制方程的初值问传统的数值预报：是大气运动控制方程的初值问题，即用表现流体运动物理规律的方程系统（气象题，即用表现流体运动物理规律的方程系统（气象的动力学和热力学基本方程），从初值出发反复进的动力学和热力学基本方程），从初值出发反复进行时间的数值积分，求出所预报
11、时刻的预报值。行时间的数值积分，求出所预报时刻的预报值。n两个重要环节：数学模式，初值两个重要环节：数学模式，初值n初值初值+模式模式=确定性问题确定性问题 问题：有误差，永远不可能获得准确的预报结果问题：有误差，永远不可能获得准确的预报结果 初值误差初值误差+模式误差模式误差+大气非线性混沌特性大气非线性混沌特性 结果具有不确定性。结果具有不确定性。（1 1）分析误差：基于不完善的观测系统基础，资料同化分析）分析误差：基于不完善的观测系统基础，资料同化分析场与真实大气之间存在着差异导致了模式计算的误差场与真实大气之间存在着差异导致了模式计算的误差（2 2）模式误差：模式的分辨率不够精细、物理
12、过程参数化不）模式误差：模式的分辨率不够精细、物理过程参数化不够完善（一些假定或简化），很难描述真实大气特征而够完善（一些假定或简化），很难描述真实大气特征而造成误差造成误差 要完全克服上述两类误差是十分困难的，只有通过发展3天气预报未来天气预报未来发展趋势发展趋势天气预报向全时空精细化方向发展天气预报向全时空精细化方向发展单一的天气预报领域向更广的领域拓展单一的天气预报领域向更广的领域拓展 挖掘数值预报的潜力,中西产品结合、扬长避短对数值预报产品进行“无缝隙”应用以研究总结为支撑积累新型预报经验 l数值预报是现代天气预报的基础，在实际业务中发挥着重要的作用l数值预报的成功是天气预报领域的一次
13、重大变革，极大促进了预报准确率的提高l数值预报还在发展中，要完全克服其误差是相当困难的，要辩证地看待它的过去、现在与未来 l在未来相当长的时间，有经验的预报员在以数值预报为基础的时代仍是不可替代的l现代气象业务体系结构现代气象业务体系结构l 公共气象服务业务包括气象灾害防御管理、面向公共气象服务业务包括气象灾害防御管理、面向政府的决策气象服务、面向社会的公众气象服务和面向政府的决策气象服务、面向社会的公众气象服务和面向行业的专业专项气象服务，涉及到防灾减灾、气候变化行业的专业专项气象服务，涉及到防灾减灾、气候变化应对、生态文明建设、国民经济建设、人民生活水平提应对、生态文明建设、国民经济建设、
14、人民生活水平提高等方面。高等方面。l 气象预报预测业务主要由以数值模式业务为基气象预报预测业务主要由以数值模式业务为基础的天气、气候、气候变化、应用气象（包括海洋、水础的天气、气候、气候变化、应用气象（包括海洋、水文、交通、航运、生态与农业气象、大气环境、空间天文、交通、航运、生态与农业气象、大气环境、空间天气、人工影响天气）等监测分析、预报、预测、预估、气、人工影响天气）等监测分析、预报、预测、预估、预警业务及相应的质量检验，以及评定业务、技术平台预警业务及相应的质量检验，以及评定业务、技术平台和业务流程等组成。和业务流程等组成。l 综合气象观测和信息业务包括地面观测和地基综合气象观测和信息
15、业务包括地面观测和地基遥感系统、以气球和飞机等为观测平台的空基遥感系统、遥感系统、以气球和飞机等为观测平台的空基遥感系统、以低轨和高轨卫星为观测平台的天基遥感系统。其主要以低轨和高轨卫星为观测平台的天基遥感系统。其主要业务平台是国家气候观象台、国家气象观测站、区域气业务平台是国家气候观象台、国家气象观测站、区域气象观测站和卫星观测系统以及移动观测系统。由数据收象观测站和卫星观测系统以及移动观测系统。由数据收集及分发、信息加工处理、数据管理与共享服务等组成集及分发、信息加工处理、数据管理与共享服务等组成的气象信息业务，以及由运行监控、维护维修、计量检的气象信息业务，以及由运行监控、维护维修、计量
16、检定等组成的技术装备保障业务，也是综合气象观测系统定等组成的技术装备保障业务，也是综合气象观测系统不可或缺的组成部分。不可或缺的组成部分。现现代代气气象象业业务务体体系系4 如何提高预报准确率及服务能力如何提高预报准确率及服务能力 切实把天气预报工作放在气象工作的重中之重 的位置 不断推进气象现代化加强基础能力建设 加强管理充分发挥基础设施效能 充分发挥预报员的主观能动性建设一支高素质天气预报专家队伍 从局地的特殊性总结入手从失败的例子入手 从找毛病入手 从存在的问题入手充分运用现代化设施、资料 加快预报员成长步伐l 切实提高数值天气预报水平。优化改进数切实提高数值天气预报水平。优化改进数值天
17、气预报系统业务运行。发展集合预报业务。值天气预报系统业务运行。发展集合预报业务。l 建立和完善专业数值模式预报业务。建立和完善专业数值模式预报业务。l 改进完善短期气候预测动力模式系统。改进完善短期气候预测动力模式系统。l 扎实做好气候系统模式研发工作。扎实做好气候系统模式研发工作。l 发展城市尺度精细化空气质量数值预报预发展城市尺度精细化空气质量数值预报预警业务。警业务。l 加快建立灾害天气临近短时预报预警业务。加快建立灾害天气临近短时预报预警业务。l 着力增强灾害性天气精细预报能力，建立着力增强灾害性天气精细预报能力，建立城市气象灾害预警预报业务。城市气象灾害预警预报业务。l 发展要素精细
18、化预报，延长预报时效。加发展要素精细化预报，延长预报时效。加强中尺度模式产品释用技术研发与应用。系统强中尺度模式产品释用技术研发与应用。系统开展检验和评估业务。开展检验和评估业务。l 加强重要天气过程预报技术总结。开发符加强重要天气过程预报技术总结。开发符合预报员需求的工具和指标。合预报员需求的工具和指标。l 加强气候监测诊断业务。加强气候监测诊断业务。l 改进和完善气候预测业务，努力提高气候改进和完善气候预测业务，努力提高气候预测准确率。开展专项气候预测。加强气候预预测准确率。开展专项气候预测。加强气候预测产品检验。测产品检验。l 建立健全定量化气候影响评价业务。建立健全定量化气候影响评价业
19、务。l 加强气候预测技术总结分析和业务指导工加强气候预测技术总结分析和业务指导工作。作。l 加强气候变化检测工作。加强气候变化检测工作。l 提高气候变化预估水平。提高气候变化预估水平。l 加强气候变化影响评估工作。加强气候变化影响评估工作。l 建立气候变化适应减缓对策综合分析业务。建立气候变化适应减缓对策综合分析业务。l 发展生态与农业气象业务。发展生态与农业气象业务。l 发展大气环境业务。发展大气环境业务。l 加强人影作业条件和空间天气等预报预测加强人影作业条件和空间天气等预报预测业务。业务。l 建立和完善面向气象高影响行业用户的专建立和完善面向气象高影响行业用户的专业预报业务，开展客观定量的专业气象预报业业预报业务，开展客观定量的专业气象预报业务。务。l 不断更新完善预报预测平台功能。不断更新完善预报预测平台功能。l 加强各类观测资料在加强各类观测资料在MICAPS中应用开发。中应用开发。l 建立雷暴生成、冰雹、雷暴大风和龙卷临建立雷暴生成、冰雹、雷暴大风和龙卷临近预报的综合系统。近预报的综合系统。l 开展数据质量控制与误差实时订正业务。开展数据质量控制与误差实时订正业务。20192019年年3 3月月
