中短期數字化天氣預報技術現狀及趨勢

摘 要：

中短期天氣預報業務技術的發展是建立無縫隙集約化天氣預報業務體系的基礎。隨著經濟和科學技術的發展，我國的氣象服務開始向著現代化的方向發展，一些國家級和省級單位已經建立中短期數字化天氣預報技術。但是，與一些西方國家還存在一定的差距，如預報技術開展的深入度不夠、一些技術水平有待提高、數值模式發展水平需要提升等。本文主要闡述了中短期數字化天氣預報技術的現狀和問題，并在此基礎上重點論述了中短期數字化天氣預報技術的發展趨勢。

關鍵詞：

中短期天氣預報;無縫隙業務體系;預報技術體系

中圖分類號：S165

文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20191130061

前言

中短期預報業務是傳統天氣預報業務的重要內容之一，其具有發展時間長、基礎好、成熟度高等特點。但是，在新的形式下和客戶需求變化的情況下，中短期數字化天氣預報技術存在定量化和精細化水平有限、預報員工作量不斷增加和準確率提升緩慢等問題，這在一定程度上制約了中短期預報業務技術體系的發展和進步。因此，中短期預報業務技術體系需要不斷的進步和完善。

1 現狀分析

1.1 數字化的預報技術流程

經過多年的發展和努力，我國氣象服務開始向著現代化的方向發展，并取得了一定的成就，我國已經建立了一些國家級和省級的數字化中短期氣象業務技術流程，其中的數值模式系統是該技術流程中的基礎，客觀解釋應用方法能夠解釋預報存在的誤差以及提供有效的信息等。

1.2 數值模式系統是基礎

為了保證中短期天氣預報的精確度，數值模式系統起著重要的作用。在具體的天氣預報業務中，氣象員能夠參考國內外的模式產品，隨著數值模式預報能力的不斷提高使我國的常規預報業務體系提高了一個層次。另外，我國自主研發的全球模式系統在2016年已經進入業務流程，這對降水預報準確性的提高很重要。研究和實踐表明，進入21世紀之后，我國的預報能力逐漸提高。全球模式預報性能的提高促進了我國中短期預報業務能力的提高，但是容易引發災害的中小尺度天氣仍是預報工作中的難點，發展緩慢。

1.3 客觀解釋應用方法提取預報信息

從海量的預報數據中提取有價值的信息可以依賴客觀解釋應用方法。多中心業務數值模式的引進和集合預系統的應用，傳統意義上的客觀預報技術已經不能滿足實際發展的需要。因此，發展新的客觀技術方法已經成為未來發展的趨勢，從而實現從海量的數據中快速和有效地提取預報信息，降低預報系統出現誤差，實現準確率的提高和災害性天氣預警能力的提升。通過現代化氣象的建設，我國已經在災害性天氣的客觀預報技術方面取得一定的進步。例如，在臺風路徑預報的過程中，國家氣象局和福建氣象局共同研制了“臺風路徑集合預報訂正方法”，該方法試用階段和業務開始之后預報技術水平明顯提高。

1.4 預報主觀編輯工具發揮人的作用

現階段，氣象預報過程中起關鍵作用的仍是預報員，因為預報員對天氣概念、模式預報的優點和缺點比較了解，同時有一定的經驗，能夠在一定程度上提高預報的精度。但是，隨著氣象業務向著精細化的方向發展，預報員需要編輯工具支持自身的工作，能夠成熟的使用工具制作或者訂正天氣預報產品，并利用多種工具進行預報預警的制作和發布。隨著氣象預報的需要，我國的一些地區已經開發了預報編輯工具滿足使用的需要。

1.5 格點后處理提高產品的精細化水平

我國一些地區和城市的格點化技術起到輻射的作用，目前全國許多省份也開始使用該技術。我國國家氣象中心在2014年啟動格點化項目后，研發技術取得了一定的進步，其為格點化氣象要素預報產品中融入災害性天氣和臺風等預報信息提供了可行性的技術方案。

2 未來技術發展

2.1 提高數值模式系統的支撐作用

中短期預報系統發展的過程中，全球數值模式系統起著基礎性的作用，我國的業務中心都是通過各種手段提高模式的預報性能。除了全球數值模式之外，改善中小尺度天氣預報的技巧也非常的重要。有學者提出了依賴2種途徑提升中小尺度天氣預報的技巧，即發展高分辨率數值模式系統和發展集合預報系統。其中，發展高分辨率模式能夠實現對一些關鍵大氣現象的模擬。現階段，數值預報中心和許多氣象中心都是使用區域數值天氣預報模式。此外，發展集合預報模式也是提高精細化水平的關鍵措施。相關的研究表明，低分辨率的集合模式也能夠在一定程度上顯示高分辨率的技巧。集合預報的主要優勢是提供概率預報，這能夠促使用戶結合自身的情況進行科學的決策。此外，一些學者認為結合概率預報具有較高的穩定性和連續性。

2.2 發展預報信息的客觀提取和訂正技術

大數據時代的到來為我國氣象事業的發展奠定基礎，在氣象觀測和預報業務發展的過程中應用大數據能夠提高氣象業務的發展。在新的形勢下，大數據應用在不同的領域，尤其應該重視客觀提取和訂正技術。應該重視以下幾方面的建設，如應該及時的幫助預報員實現數據的快速瀏覽，及時了解氣象信息的特征等，為獲取科學的結果奠定基礎，在遇到極端天氣的過程中重視預報的準確性和信息的準確性。其中發展海量信息提取技術的主要目的是提高數據瀏覽的速度：在統計方法的協助下獲得數據特征;通過模式輸出獲取模擬大氣觀測圖像;通過數據可視化技術及時的傳達和溝通氣象預報信息。發展天氣診斷分析技術來理解大氣演變的動力特征。觀測手段和模式分辨率的提高促使傳統的鋒面氣旋發展理論需要隨著時代的進步和人們的需求改變，如高分辨率預報包括的不同尺度的大氣運動信息。發展客觀訂正集成技術能夠實現對預報結果的獲取，而發展多中心超級集合預報技術能夠提供更多有效的信息，如美國建立的北美集合預報系統通過集成多種數值模式實現優秀的預報技巧。發展極端天氣預報技術能夠捕捉災害性天氣信息。發展概率預報技術來傳遞預報的不確定信息。相關的研究顯示，概率預報的優點是預報的價值高，不僅能夠反映天氣變化確定性的一面，同時也能反映天氣變化的不確定性。一些研究學者將概率訂正預報方法歸納為2類，即同歸模型方法和參數估計方法。

2.3 發展主觀和客觀融合的預報技術以及工具

數值模式的發展使預報的工作形式也發生了變化，一些預報員能夠為產品提供一定的附加值，同時能夠及時訂正和修改錯誤的存在。美國的一些科學家在進行預報分析的過程中將預報分為幾個重要的步驟，即對預報偏差監測、誤差的原因以及影響的診斷、可能發生的預報結論和偏差的檢驗與訂正等。想要實現上述的步驟，必須采取一定的技術協助預報員。智能化的預報訂正平臺是減少預報員錯誤的重要因素。預報訂正平臺的完善性和高效性能夠實現對海量數據的分析，對一些預報產品的便捷調整等，同時還能實現智能化的訂正能力。預報員的工作內容是在預報產品的基礎上做出預報或者預警，而技術數據和技術支持的缺乏在一定程度上影響預報員做出準確的判斷。

2.4 發展精細化的格點處理技術

格點處理技術能夠將天氣預報產品轉化為精細化的格點產品，該技術的主要內容有以下2點：發展預報產品—格點要素場轉換處理技術，主觀反演技術能夠為主觀區或者站點預報產品提供支持，保證其能夠及時和順利地恢復預報過程中丟失的信息，同時為提高空間的分辨率奠定基礎。發展格點產品協調一致性技術。為了保障預報變量三維空間分布和時間演變的一致性，預報要素一致性技術起著重要的作用。

3 結論與討論

本文闡述的主要內容是中短期天氣預報業務技術的發展現狀和未來技術發展的趨勢。研究表明，未來天氣預報發展的趨勢是客觀化、定量化和自動化，工作人員能夠發揮更高層次的作用。在未來預報業務技術發展的過程中需要注意以下幾方面內容。

加強對高質量基礎數據的支持。天氣預報技術發展的關鍵因素是高質量的數據支持，如精細化格點后處理技術需要高分辨率資料的支持;山洪風險預警需要地面植被和臨界雨量的基礎資料的支持。

結合問題導向和用戶的需求進行技術的選擇。在技術選擇的過程中應該結合自身地區發展的實際情況采取有針對性的措施。即使是同一個業務目標也可能需要通過不同的技術手段解決，應該結合實際業務環境選擇適合的某種技術，并且不斷的發展完善。

加強技術的聯合研發和技術的交流。有價值的技術應該進行分享，各個地區和國家之間進行交流，實現資源的共享。

參考文獻

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作者簡介：

修韶宇（1987-），男，本科，工程師。研究方向：天氣預報工作。