走科學(xué)的氣象預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)道路淺探

中圖分類號(hào)：P457 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

摘要：人類社會(huì)的發(fā)展，地球環(huán)境的變化不斷給氣象工作提出了更多更高的要求。進(jìn)一步提高天氣預(yù)報(bào)和氣候預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率，必須依靠科學(xué)，走中國氣象科學(xué)發(fā)展的道路。本文結(jié)合我國數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的發(fā)展以及我國強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)測(cè)的最新研究淺探了這一問題。

關(guān)鍵詞：氣象預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)；科學(xué)化道路

提供準(zhǔn)確的天氣預(yù)報(bào)是國家與社會(huì)公眾對(duì)氣象科技的第一位的、最基本的需求。隨著社會(huì)不斷進(jìn)步，國際社會(huì)和各國政府對(duì)月、季、半年甚至十年以上的氣候預(yù)測(cè)要求越來越高。

依靠科技、自主創(chuàng)新、掌握核心技術(shù)、積淀人才力量，加強(qiáng)預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)技術(shù)水平評(píng)估，不斷推進(jìn)科研組織體系建設(shè)對(duì)于發(fā)展我國天氣氣候預(yù)報(bào)模式，提高天氣氣候預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)水平，是一個(gè)行之有效的途徑。

現(xiàn)在人類社會(huì)的發(fā)展，地球環(huán)境的變化不斷給氣象工作提出了更多更高的要求。我們必須認(rèn)真思考?xì)庀罂茖W(xué)發(fā)展道路，特別是進(jìn)一步提高天氣預(yù)報(bào)和氣候預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率，走中國氣象科學(xué)發(fā)展道路的問題。

數(shù)值天氣預(yù)報(bào)是提高天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的根本的科學(xué)途徑，已成為現(xiàn)代天氣預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)，在日常的氣象業(yè)務(wù)與服務(wù)中發(fā)揮著不可替代的作用。數(shù)值天氣預(yù)報(bào)使天氣預(yù)報(bào)信息量大大增加，信息處理和分析能力很快提高。

數(shù)值預(yù)報(bào)主要制作的是形勢(shì)預(yù)報(bào)，其物理量的預(yù)報(bào)是一定區(qū)域的平均狀況。我國地域遼闊，地形復(fù)雜，各地天氣氣候差異甚大，現(xiàn)代城市化進(jìn)程的加速更加大了差異。而客觀實(shí)際的天氣程，氣象要素，氣象災(zāi)害，氣候變化是發(fā)生在具體的地點(diǎn)、時(shí)間，強(qiáng)度也有明顯的地區(qū)差異。要提高天氣氣候預(yù)測(cè)能力和服務(wù)效益，必須向定點(diǎn)、定時(shí)、定量、定強(qiáng)度的精細(xì)預(yù)報(bào)發(fā)展，這就需要探索中國式天氣氣候預(yù)測(cè)道路。

氣象工作的根本任務(wù)是認(rèn)識(shí)和掌握地球大氣的規(guī)律并轉(zhuǎn)化為預(yù)測(cè)能力為人類服務(wù)。早在上世紀(jì)五十年代我國氣象工作就開始了這種探索?！皢握狙a(bǔ)充天氣預(yù)報(bào)”就是這種探索的一項(xiàng)重大創(chuàng)新。上世紀(jì)五十年代有多個(gè)氣象站在當(dāng)?shù)卣С窒?，在有關(guān)氣象臺(tái)區(qū)域預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行補(bǔ)充訂證，做出本縣的大氣預(yù)報(bào)，取得了較好的服務(wù)效果。單站補(bǔ)充預(yù)報(bào)改變了以往氣象站只搞觀測(cè)不做預(yù)測(cè)的傳統(tǒng)規(guī)定，彌補(bǔ)了氣象臺(tái)預(yù)報(bào)的不足，解決了預(yù)報(bào)服務(wù)下鄉(xiāng)的問題，提高了服務(wù)效益。

當(dāng)今形勢(shì)下，氣象站預(yù)報(bào)要實(shí)現(xiàn)科學(xué)發(fā)展，首先加強(qiáng)縣站建設(shè)，提高縣站人員素質(zhì)。把有兩年以上大臺(tái)預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)的本科生，研究生加強(qiáng)到縣站，協(xié)助建立縣站綜合預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，扎實(shí)提高縣站預(yù)報(bào)水平。其次，充分發(fā)揮老氣象工作者（包括退休人員）的作用。把他們的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)提高并納入縣站綜合預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，傳、幫、帶協(xié)助培養(yǎng)年青人。另外，要建設(shè)整合不同時(shí)空尺度天氣氣侯預(yù)測(cè)系統(tǒng)的綜合系統(tǒng)工程，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作用，提高預(yù)測(cè)水平和服務(wù)效益。

再如在強(qiáng)對(duì)流天氣的預(yù)報(bào)方面，依靠科技，科學(xué)預(yù)報(bào)，我國取得了不錯(cuò)的進(jìn)展。

由于尺度小、突發(fā)性、易逝性等特點(diǎn)，強(qiáng)對(duì)流天氣堪稱最難預(yù)報(bào)的天氣類型之一。近年來，上海市氣象局科研團(tuán)隊(duì)立足強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)研究前沿，突破了快速更新同化預(yù)報(bào)技術(shù)（RUC）、強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)檢驗(yàn)新方法等關(guān)鍵技術(shù)。

與傳統(tǒng)的雷達(dá)回波與衛(wèi)星圖像外推方法只能在1小時(shí)內(nèi)有效相比，數(shù)值預(yù)報(bào)能顯著提高強(qiáng)對(duì)流預(yù)報(bào)的時(shí)效性。然而傳統(tǒng)數(shù)值預(yù)報(bào)每6小時(shí)更新一次模式初值顯然不適合于尺度小、生命史短的強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)預(yù)報(bào)。因此，進(jìn)行高頻次的資料同化以便使模式初始場(chǎng)包含更豐富的對(duì)流系統(tǒng)信息，是提高短時(shí)臨近數(shù)值預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的關(guān)鍵。近年來，上海市氣象局科研團(tuán)隊(duì)致力于短時(shí)臨近數(shù)值預(yù)報(bào)技術(shù)的研發(fā)，尤其在快速更新同化預(yù)報(bào)技術(shù)研發(fā)方面取得了明顯進(jìn)展。

為有效提高上海強(qiáng)對(duì)流的預(yù)警時(shí)效和準(zhǔn)確率，科研團(tuán)隊(duì)采用熱啟動(dòng)技術(shù)，構(gòu)建了基于ADAS資料同化系統(tǒng)和區(qū)域中尺度數(shù)值模式WRF的快速同化預(yù)報(bào)系統(tǒng)。系統(tǒng)采用逐小時(shí)循環(huán)同化的方式對(duì)雷達(dá)、飛機(jī)報(bào)、自動(dòng)站等多種加密觀測(cè)資料進(jìn)行同化，更客觀全面地“刻畫”出強(qiáng)對(duì)流天氣系統(tǒng)的特征，明顯優(yōu)化了數(shù)值預(yù)報(bào)模式的初始場(chǎng)，從而更有效地為中小尺度天氣系統(tǒng)短臨預(yù)報(bào)提供1小時(shí)到12小時(shí)內(nèi)的高時(shí)空分辨率的分析及診斷產(chǎn)品。

除了科學(xué)預(yù)報(bào)，科研團(tuán)隊(duì)還加強(qiáng)了強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)檢驗(yàn)新方法的一研發(fā)。通過檢驗(yàn)評(píng)估，預(yù)報(bào)員可發(fā)現(xiàn)預(yù)報(bào)技術(shù)中的問題并促進(jìn)其改進(jìn)和完善。此外，對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣的檢驗(yàn)可以給出預(yù)報(bào)的可適用性和不確定性，從而提高強(qiáng)對(duì)流天氣業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)能力和服務(wù)效益。為了彌補(bǔ)常規(guī)檢驗(yàn)方法的不足，科研團(tuán)隊(duì)針對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣的特點(diǎn)、短臨預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)需求，采用對(duì)比預(yù)報(bào)與實(shí)際的強(qiáng)對(duì)流天氣目標(biāo)之強(qiáng)度、面積、空間距離、形態(tài)和相似度等評(píng)價(jià)指標(biāo)，研發(fā)了目標(biāo)對(duì)象法和尺度模糊法等強(qiáng)對(duì)流預(yù)報(bào)的最新檢驗(yàn)方法，開發(fā)了適合我國強(qiáng)對(duì)流預(yù)報(bào)預(yù)警發(fā)展的強(qiáng)對(duì)流短臨預(yù)報(bào)新型檢驗(yàn)業(yè)務(wù)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了對(duì)強(qiáng)對(duì)流短臨預(yù)報(bào)的綜合檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)。

為了解決強(qiáng)對(duì)流天氣受下墊面影響非常大而產(chǎn)生的城市熱島效應(yīng)、海陸風(fēng)、湖陸風(fēng)等，科研團(tuán)隊(duì)加強(qiáng)對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)新技術(shù)的研究，進(jìn)一步提升強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)能力。

此外，2007年貴州省氣象局從突發(fā)性氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警技術(shù)、應(yīng)急服務(wù)指揮平臺(tái)和應(yīng)急服務(wù)系統(tǒng)建立開展強(qiáng)對(duì)流天氣研究，找到了雷電、大風(fēng)、冰雹、短時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)對(duì)流天氣的一般規(guī)律。基于對(duì)天氣雷達(dá)體掃基數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)暴的識(shí)別、追蹤和預(yù)警技術(shù)方法研究，采用目前國際上先進(jìn)的序貫蒙特卡洛方法，利用強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生發(fā)展的歷史數(shù)據(jù)通過線性擬合對(duì)風(fēng)暴進(jìn)行外推臨近預(yù)報(bào)并提供未來15分鐘、30分鐘和60分鐘風(fēng)暴移向的外推預(yù)警產(chǎn)品。風(fēng)暴追蹤系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng)暴的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和識(shí)別、提供了風(fēng)暴頂高、風(fēng)暴路徑、降水估計(jì)等多種客觀分析產(chǎn)品。

中央氣象臺(tái)也從籠統(tǒng)的強(qiáng)對(duì)流落區(qū)預(yù)報(bào)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)今的分類精細(xì)化預(yù)報(bào)。對(duì)不同類型強(qiáng)對(duì)流天氣的精細(xì)預(yù)報(bào)，有利于不同行業(yè)的人員以及公眾進(jìn)行有針對(duì)性的防范，更大限度地避免損失。

能做到這一點(diǎn)，主要?dú)w功于基于強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生發(fā)展物理?xiàng)l件的定量化分析技術(shù)。通過分析，預(yù)報(bào)員建立了有利于不同類型強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生發(fā)展的物理?xiàng)l件及其閾值區(qū)間，在實(shí)際業(yè)務(wù)中，結(jié)合數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品，有助于預(yù)報(bào)員判斷其環(huán)境條件有利于哪種類型的強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生。通過對(duì)不同物理?xiàng)l件的定量化分析，預(yù)報(bào)員“慧眼識(shí)氣象”，準(zhǔn)確識(shí)別出各種強(qiáng)對(duì)流天氣的“真實(shí)面目”并做出準(zhǔn)確預(yù)報(bào)。

總之，氣象觀測(cè)是一門綜合科學(xué)，現(xiàn)代氣象科學(xué)己發(fā)展成為數(shù)理化科學(xué)、天文科學(xué)、地理科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、應(yīng)用科學(xué)、衛(wèi)星雷達(dá)探測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等眾多門類高科技綜合交叉學(xué)科。為提高氣象預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率，無論過去還是未來，都必須依靠科學(xué)，走科學(xué)發(fā)展氣象預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)的道路。

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