我國(guó)極地?cái)?shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)的初步建立與應(yīng)用

孫啟振，丁卓銘，沈輝，楊清華，張林

我國(guó)極地?cái)?shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)的初步建立與應(yīng)用

孫啟振，丁卓銘，沈輝，楊清華，張林

（國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心，北京100081）

國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心的極地?cái)?shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)基于Polar WRF極地中尺度數(shù)值大氣模式和3DVAR資料同化方法，預(yù)報(bào)區(qū)域的最高水平分辨率設(shè)置為3.3 km。檢驗(yàn)表明：該數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)較好地反映了極地地區(qū)的短期天氣形勢(shì)及要素的演變特點(diǎn)，能夠基本滿足我國(guó)極地考察和航運(yùn)氣象保障需求。五年多以來，該數(shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)除了提供極地地區(qū)常規(guī)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品外，還陸續(xù)在“雪龍”破冰船冰區(qū)脫困、我國(guó)商船北極航道開拓、固定翼飛機(jī)南極內(nèi)陸飛行等氣象保障工作中發(fā)揮了重要作用。未來，極地?cái)?shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)將在數(shù)據(jù)源、模式方案、產(chǎn)品開發(fā)、服務(wù)體系等方面繼續(xù)完善，以期為我國(guó)極地考察事業(yè)和極地航運(yùn)事業(yè)提供更加可靠的氣象保障。

極地天氣；數(shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)；極地考察

1 引言

與中低緯度地區(qū)相比，極地地區(qū)的天氣和氣候有許多特殊之處，因此其天氣預(yù)報(bào)工作難度較大。國(guó)際上對(duì)于極地地區(qū)的短期天氣預(yù)報(bào)主要依賴數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式，極地?cái)?shù)值天氣預(yù)報(bào)要素主要包括溫度、濕度、氣壓、降水及風(fēng)速等，診斷量有云量、大氣冰晶和急流等。數(shù)值預(yù)報(bào)模式對(duì)南極地區(qū)的預(yù)報(bào)能力遠(yuǎn)落后于北極地區(qū)，但自20世紀(jì)90年代初以來，南極地區(qū)的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)有了許多顯著的改善，其改進(jìn)的速度比北半球數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式的改進(jìn)要快，兩者的差距越來越小[1]。

應(yīng)用于極地地區(qū)的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式包括業(yè)務(wù)化的全球預(yù)報(bào)模式和有限區(qū)域預(yù)報(bào)模式。然而，全球預(yù)報(bào)模式在預(yù)報(bào)極地地區(qū)的天氣時(shí)存在一定的局限性，特別是在南極地區(qū)，主要存在如下問題：（1）水平分辨率普遍不夠高，很難模擬出中尺度系統(tǒng)的特性，而這些中尺度過程對(duì)于短期預(yù)報(bào)（6～24 h）和飛行預(yù)報(bào)至關(guān)重要；（2）不能很好地描述影響南極大氣（行星邊界層等）的關(guān)鍵物理過程；（3）不能很好地刻畫南極地形和表面特征[2-5]。因此，國(guó)際上對(duì)極地地區(qū)的數(shù)值預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)和研究工作重點(diǎn)在于區(qū)域模式的研發(fā)和改進(jìn)，例如歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）的中期數(shù)值天氣預(yù)報(bào)[6]、美國(guó)南極計(jì)劃中的南極中尺度預(yù)報(bào)系統(tǒng)（Antarctic Mesoscale Prediction System，AMPS）[7-9]、澳大利亞氣象局研究中心開發(fā)的針對(duì)南極地區(qū)的有限區(qū)域預(yù)報(bào)系統(tǒng)（Limited Area Prediction System，LAPS）和全球同化預(yù)報(bào)模式（Global Assimilation Prediction mode，GASP），目前均在穩(wěn)定地業(yè)務(wù)化運(yùn)行，其中歐洲和澳大利亞的預(yù)報(bào)系統(tǒng)覆蓋范圍較廣，而美國(guó)的預(yù)報(bào)系統(tǒng)在重點(diǎn)區(qū)域有較高的水平分辨率。

國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心于2011年建立并業(yè)務(wù)化運(yùn)行我國(guó)的極地?cái)?shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的目標(biāo)是：（1）為我國(guó)的極區(qū)科學(xué)考察活動(dòng)和商業(yè)船舶在北極航道航行提供準(zhǔn)實(shí)時(shí)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品；（2）基于該系統(tǒng)積累的的預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，為極地天氣和氣候研究提供數(shù)據(jù)支持。

2 極地?cái)?shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)的構(gòu)建

2011年6月，國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心建立了極地?cái)?shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)，并開展了極地?cái)?shù)值天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)，每天定時(shí)提供極地地區(qū)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品。根據(jù)我國(guó)極地考察實(shí)際需求，極地?cái)?shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)以極地中尺度大氣數(shù)值模式Polar WRF為基礎(chǔ)，預(yù)報(bào)區(qū)域分為南極和北極兩個(gè)區(qū)域（見圖1），粗網(wǎng)格區(qū)域的緯度范圍分別為60～90oS和60～90oN，分辨率均為30 km。在南極地區(qū)，將嵌套區(qū)域設(shè)置為兩個(gè)重點(diǎn)關(guān)注地區(qū)：普里茲灣海域及沿岸地區(qū)和南極半島及周邊海域（水平分辨率為10 km），并且根據(jù)需要在中山站和長(zhǎng)城站設(shè)置更高分辨率的嵌套區(qū)域（水平分辨率為3.3 km）。在北極地區(qū)，按船舶計(jì)劃航線設(shè)置多個(gè)嵌套區(qū)域，分辨率為10 km。系統(tǒng)在南北極兩個(gè)區(qū)域的垂直方向上均為51層，在邊界層進(jìn)行垂直加密，頂層氣壓設(shè)置為10 hPa。

根據(jù)極地地區(qū)天氣氣候特點(diǎn)和地形下墊面特點(diǎn)，我們通過對(duì)多種參數(shù)化方案的大量試驗(yàn)，最終采用的方案為：微物理過程選取WSM5方案；長(zhǎng)波輻射選取RRMT方案；短波輻射方案選取Goddard方案；邊界層方案選取MYJ方案；積云方案選取kain-Fritsh方案。初始場(chǎng)和邊界條件采用分辨率為0.5°×0.5°的NCEP GFS資料，并利用國(guó)際共享資源，準(zhǔn)實(shí)時(shí)獲取包括我國(guó)南、北極科學(xué)考察站點(diǎn)在內(nèi)的南、北極區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)GTS氣象數(shù)據(jù)，資料同化方案采用三維變分資料同化系統(tǒng)（3DVAR）。極地?cái)?shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)每天在南極和北極區(qū)域各運(yùn)行一次，模式啟動(dòng)方式為冷啟動(dòng)，預(yù)報(bào)時(shí)效設(shè)置為72 h，圖2為預(yù)報(bào)系統(tǒng)運(yùn)行流程示意圖。

極地?cái)?shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)可自動(dòng)輸出海平面氣壓場(chǎng)、地面降水量預(yù)報(bào)場(chǎng)、地面風(fēng)、溫度和濕度、高空多個(gè)層次氣溫、位勢(shì)高度和風(fēng)的預(yù)報(bào)場(chǎng)等數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品。根據(jù)極地考察現(xiàn)場(chǎng)需要，對(duì)于指定站點(diǎn)，可輸出氣象要素趨勢(shì)預(yù)報(bào)曲線、站點(diǎn)溫度對(duì)數(shù)壓力圖、站點(diǎn)氣象要素量化預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)等產(chǎn)品（見圖3），其中南極站點(diǎn)的氣象要素預(yù)報(bào)圖和溫度對(duì)數(shù)壓力圖，對(duì)于南極固定翼飛機(jī)的氣象預(yù)報(bào)有重要作用。

圖1 極地?cái)?shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)的區(qū)域配置

圖2 極地?cái)?shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)運(yùn)行流程

圖3 極地?cái)?shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)產(chǎn)品示例

圖3 （續(xù)）

3 極地?cái)?shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)產(chǎn)品檢驗(yàn)和應(yīng)用

根據(jù)我國(guó)極地考察氣象保障的需求情況，結(jié)合南北極天氣氣候特點(diǎn)的差異性，本文對(duì)南極預(yù)報(bào)產(chǎn)品的檢驗(yàn)側(cè)重于站點(diǎn)預(yù)報(bào)的長(zhǎng)時(shí)間序列檢驗(yàn)，而對(duì)北極預(yù)報(bào)產(chǎn)品的檢驗(yàn)則針對(duì)整個(gè)海區(qū)的天氣過程。

3.1 南極預(yù)報(bào)產(chǎn)品檢驗(yàn)

我們使用南極長(zhǎng)城站氣象觀測(cè)站的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)極地?cái)?shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)在長(zhǎng)城站的預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行了檢驗(yàn)，檢驗(yàn)對(duì)象包括10 m風(fēng)速、氣溫、氣壓等要素，檢驗(yàn)時(shí)段為2012年1月1日—7月31日（見圖4）。從圖4a來看，在此時(shí)段內(nèi)長(zhǎng)城站數(shù)值預(yù)報(bào)的風(fēng)速與實(shí)測(cè)值趨勢(shì)一致，但總體偏大，尤其是48h預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)測(cè)值的相關(guān)系數(shù)僅為0.42。數(shù)值預(yù)報(bào)的風(fēng)速與實(shí)測(cè)值有偏差，主要原因是風(fēng)速易受局地地形影響，如果模式下墊面數(shù)據(jù)的分辨率不夠高，不足以為模式運(yùn)行提供足夠精細(xì)的地形數(shù)據(jù)，則會(huì)產(chǎn)生較明顯的風(fēng)向風(fēng)速預(yù)報(bào)偏差；另一個(gè)可能的原因是，各考察站在選址建站時(shí)，往往選擇避風(fēng)處，因此測(cè)站的風(fēng)速可能低于周邊環(huán)境的風(fēng)速。但是數(shù)值預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)測(cè)值存在較好的時(shí)間同步性，沒有明顯的超前或滯后現(xiàn)象，說明數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)可以較好地把握當(dāng)?shù)靥鞖獾臅r(shí)間演變特征。對(duì)于同一預(yù)報(bào)時(shí)刻，模式運(yùn)行24 h的數(shù)值預(yù)報(bào)誤差平均為2.16 m/s，運(yùn)行48 h的誤差平均為1.99 m/s（見表1），48 h預(yù)報(bào)效果好于24 h預(yù)報(bào)效果，是由于模式在運(yùn)行前期需要對(duì)初始條件進(jìn)行熱力動(dòng)力調(diào)整，使之達(dá)到平衡狀態(tài)，因此前期的預(yù)報(bào)效果并不是一定會(huì)好于后期。但二者比較接近，表明該數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)有較好的穩(wěn)定性。

氣溫方面，無論是24 h還是48 h的數(shù)值預(yù)報(bào)結(jié)果都與實(shí)測(cè)值吻合較好，相關(guān)系數(shù)超過0.82，但夏季（1—3月）時(shí)的氣溫預(yù)報(bào)值總體上比實(shí)測(cè)值偏低1～2℃（見圖4b），可能原因是夏季長(zhǎng)城站冰雪融化，深褐色地面吸收的熱量對(duì)氣象臺(tái)的現(xiàn)場(chǎng)氣溫觀測(cè)產(chǎn)生了影響，而預(yù)報(bào)系統(tǒng)沒能較好地模擬出下墊面的變化產(chǎn)生的影響由于氣壓受地形和下墊面屬性的影響較小，極地?cái)?shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)的24 h和48 h運(yùn)行結(jié)果均準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)出了氣壓值和變化趨勢(shì)（見圖4c），相關(guān)系數(shù)分別為0.88和0.86。

3.2 北極預(yù)報(bào)產(chǎn)品檢驗(yàn)

我們使用ECMWF的ERA-interim再分析資料，對(duì)極地?cái)?shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)的北極預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行了檢驗(yàn)，檢驗(yàn)對(duì)象是2012年8月5日出現(xiàn)在北極地區(qū)的一個(gè)大尺度低壓系統(tǒng)。由于極地?cái)?shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)使用的初始場(chǎng)是GFS數(shù)據(jù)，我們對(duì)比初始場(chǎng)數(shù)據(jù)和ECMWF再分析資料，可以發(fā)現(xiàn)兩者較接近，尤其是氣壓和位勢(shì)高度。700 hPa溫度稍有差異，而地面風(fēng)速的差別較大（見圖5）。

圖4 南極長(zhǎng)城站極地?cái)?shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)產(chǎn)品與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比曲線

表1 南極長(zhǎng)城站極地?cái)?shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)產(chǎn)品與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)、平均絕對(duì)誤差和均方根誤差

隨著極地?cái)?shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)的向前計(jì)算積分，預(yù)報(bào)的平均海平面氣壓與再分析資料之間的偏差逐漸增大，尤其是60 h之后在楚科奇海以北出現(xiàn)一個(gè)明顯的正異常中心。根據(jù)2012年8月7日12時(shí)和8日00時(shí)的再分析資料（見圖6），該地區(qū)存在一個(gè)很強(qiáng)的低壓，之后低壓逐漸減弱、消亡，500 hPa位勢(shì)高度對(duì)比結(jié)果（圖略）也有類似狀況，表明極地?cái)?shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)對(duì)該低壓的預(yù)報(bào)在60 h之后偏弱，并超前于系統(tǒng)實(shí)際發(fā)展情況。

3.3 “永盛”輪首航北極預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

圖5 北極地區(qū)2012年8月5日00時(shí)（世界時(shí)，下同）數(shù)值預(yù)報(bào)模式初始場(chǎng)與再分析資料差值

圖6 ERA-interim再分析資料的平均海平面氣壓場(chǎng)

圖7 2013年8月“永盛”輪首航北極航線

為保證我國(guó)北極航道首次商業(yè)航行的安全（航道見圖7），我們利用極地?cái)?shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)提供了氣象保障服務(wù)。

對(duì)比分析該商船航行期間代表性站點(diǎn)的極地?cái)?shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)預(yù)報(bào)結(jié)果和歐洲中心的再分析數(shù)據(jù)，我們對(duì)進(jìn)行了時(shí)間序列對(duì)比。發(fā)現(xiàn)在地面、850 hPa、700 hPa以及500 hPa等不同高度，風(fēng)速、氣壓和位勢(shì)高度均吻合較好（見圖8），對(duì)于船舶航行所著重關(guān)注的海平面風(fēng)場(chǎng)，數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)給出了較好的預(yù)報(bào)結(jié)果。

3.4 “雪龍”船南極冰區(qū)脫困期間預(yù)報(bào)系統(tǒng)的應(yīng)用

圖8 2013年8月28—30日“永盛”輪航線上數(shù)值預(yù)報(bào)結(jié)果與ERA-interim再分析數(shù)據(jù)對(duì)比

圖8 （續(xù)）

圖9 極地?cái)?shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)關(guān)于“雪龍”船附近海域的預(yù)報(bào)圖

2014年1月初“雪龍”船在南極冰區(qū)脫困和2015年12月我國(guó)南極固定翼飛機(jī)首次在南極內(nèi)陸飛行期間，極地?cái)?shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)為其提供了可靠的氣象保障。

2014年1月初，“雪龍”船在南極被海冰圍困時(shí)（http://www.nmefc.gov.cn/nr/cont.aspx?itemid=2&id

=3526），我們使用極地?cái)?shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)對(duì)“雪龍”船及其附近海域的平均海平面氣壓場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)、降水量場(chǎng)、500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值預(yù)報(bào)（見圖9），根據(jù)預(yù)報(bào)結(jié)果，分析和預(yù)測(cè)了天氣發(fā)展過程。

為了更加直觀地預(yù)報(bào)“雪龍”船受困位置風(fēng)的變化趨勢(shì)，根據(jù)“雪龍”船受困位置信息，在系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)中提取了量化的風(fēng)向風(fēng)速預(yù)報(bào)結(jié)果，繪制了風(fēng)向轉(zhuǎn)變的時(shí)間窗口示意圖（見圖10）。

圖10 極地?cái)?shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)對(duì)“雪龍”船所在位置風(fēng)的預(yù)報(bào)

4 問題與討論

當(dāng)前國(guó)際上針對(duì)極地地區(qū)的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式面臨的共性難題有：極地天氣和氣候的特殊性、極地地形的復(fù)雜性、極地氣象觀測(cè)資料的缺乏性。國(guó)外相關(guān)機(jī)構(gòu)的極地?cái)?shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)在觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性方面具有相對(duì)優(yōu)勢(shì)，而在國(guó)內(nèi)很難接收到可以實(shí)時(shí)同化到模式中的相關(guān)衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)；也很難實(shí)時(shí)接收到兩極地區(qū)的船舶、浮標(biāo)以及各國(guó)的自動(dòng)氣象站觀測(cè)資料和探空資料這限制了極地?cái)?shù)值天氣預(yù)報(bào)精確度。如果能夠?qū)崟r(shí)獲取更多實(shí)測(cè)資料和準(zhǔn)實(shí)時(shí)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，將對(duì)模式的資料同化部分提供幫助，從而將顯著地改善模式初始場(chǎng)，提高預(yù)報(bào)產(chǎn)品的準(zhǔn)確性。

雖然目前來看極地?cái)?shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)能夠提供極地地區(qū)主要?dú)庀笠匮葑冓厔?shì)的可靠預(yù)報(bào)信息，但在進(jìn)行高分辨率區(qū)域預(yù)報(bào)計(jì)算時(shí)，預(yù)報(bào)系統(tǒng)所需計(jì)算資源過多，很難滿足突發(fā)應(yīng)急事件的保障需求。解決此問題的關(guān)鍵是配置更豐富的高性能計(jì)算機(jī)計(jì)算資源，以滿足海洋氣象數(shù)值模式計(jì)算的各項(xiàng)應(yīng)急需求。

極地?cái)?shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)的發(fā)展方向是采用多重網(wǎng)格嵌套技術(shù)和資料同化技術(shù)，建成和完善能夠自動(dòng)進(jìn)行資料接收、資料同化、模式運(yùn)行、產(chǎn)品發(fā)布的高分辨率數(shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)。為增強(qiáng)極地預(yù)報(bào)的業(yè)務(wù)能力，需在以下方面改進(jìn)該數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)：

（1）使用極區(qū)現(xiàn)有的氣象觀測(cè)站資料和船舶及浮標(biāo)觀測(cè)資料，對(duì)模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)，定期給出檢驗(yàn)報(bào)告，分析模式的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)，為現(xiàn)場(chǎng)預(yù)報(bào)員提供參考；

（2）改善模式地形和冰雪等下墊面數(shù)據(jù)；準(zhǔn)實(shí)時(shí)同化多種實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，使模式的初始場(chǎng)不斷逼近實(shí)際觀測(cè)值；增加預(yù)報(bào)系統(tǒng)運(yùn)行頻次，并使用循環(huán)同化方式，提高資料同化效果；

（3）除滿足我國(guó)極地考察隊(duì)的常規(guī)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)保障需求外，將繼續(xù)完善航空天氣預(yù)報(bào)和極端天氣預(yù)警服務(wù)，如提升對(duì)雪暴、下降風(fēng)、低能見度、風(fēng)切變、災(zāi)害性氣旋等災(zāi)害性天氣及系統(tǒng)的預(yù)報(bào)水平。

[1]Peter Bauer,Alan Thorpe,Gilbert Brunet.The quiet revolution of numerical weather prediction.Nature,2015.525:47-55.

[2]Hines K M,Bromwich D H.Development and testing of polar weather research and forecasting(WRF)model.Part I:Greenland ice sheet meteorology[J].Monthly Weather Review,2008,136(6): 1971-1989.

[3]Bromwich D H,Hines K M,Bai L S.Development and testing of polar weather research and forecasting model:2.arctic ocean[J]. Journal of Geophysical Research:Atmospheres,2009,114(D8): D08122.

[4]Hines,K.M.,D.H.Bromwich,L.-S.Bai,M.Barlage,and A.G. Slater,Development and testing of Polar WRF.Part III.Arctic land.J.Climate,2011,24:26-48.

[5]孫啟振，楊清華，張林.南極數(shù)值天氣預(yù)報(bào)應(yīng)用與研究進(jìn)展.極地研究,2011,23(2):128-137.

[6]Zappa G,Shaffrey L,Hodges K.Can polar lows be objectively identified and tracked in the ECMWF operational analysis and the ERA-Interim reanalysis?[J].Monthly Weather Review,2014,142 (8):2596-2608.

[7]D.H.Bromwich,A.J.Monaghan,K.W.Manning,and J.G. Powers,Real-Time Forecasting for the Antarctic:An Evaluation of the Antarctic Mesoscale Prediction System(AMPS).Mon.Weather Rev.,2005.133:579-603

[8]Powers J G,Manning K W,Bromwich D H,et al.A decade of Antarctic science support through AMPS[J].Bulletin of the American Meteorological Society,2012,93(11):1699-1712.

[9]Powers J G,Monaghan A J,Cayette A M,et al.Real-time mesoscale modeling over Antarctica:The Antarctic mesoscaleprediction system[J].Bulletin of the American Meteorological Society,2003,84(11):1533-1545.

[10]張林,李春花,柴先明,等.2014年初雪龍船在南極被海冰圍困期間海洋氣象環(huán)境分析[J].極地研究,2014,26(4):487-495.

Polar numerical weather prediction system:preliminary establishment and application

SUN Qi-zhen，DING Zhuo-ming，SHEN Hui，YANG Qing-hua，ZHANG Lin
（National Marine Environmental Forecasting Center,Beijing 100081 China）

National Marine Environmental Forecasting Center has established an operational polar numerical weather forecasting system(PNWFS),which is based on mesoscale numerical model Polar WRF and 3DVAR data assimilation method with a spatial resolution as high as 3.3 km.Validation result shows that PNWFS can predict the evolution characteristics of short-term weather pattern over Polar Regions,and therefore meet the needs of Chinese Antarctic and Arctic expedition as well as commercial shipping.Within the past five years,in addition to regularly providing numerical weather prediction products for Polar Regions,PNWFS also performs well in the weather forecasting support of several important events,such as(1)the rescuing of XUELONG icebreaker which was trapped in Antarctica sea ice in 2014,(2)the first cruise of Chinese commercial vessel in Arctic passage in 2013,and(3)the operating of Chinese fixed-wing aircraft in Antarctica.In future,more efforts will be made to PNWFS in the aspects of data sources,development of model and product,and the product distribution,in order to provide a more accurate and reliable weather protection for Chinese polar scientific expedition and shipping industry.

polar weather;numerical weather forecasting system;polar expedition

P456.7

A

1003-0239（2017）03-0001-10

10.11737/j.issn.1003-0239.2017.03.001

2016-12-07；

2017-01-08。

國(guó)家自然科學(xué)基金（41206185）；國(guó)家海洋局“南北極環(huán)境綜合考察與評(píng)估”專項(xiàng)（CHINARE-2017-02-04）。

孫啟振（1984-），男，助理研究員，碩士，主要從事極地氣象研究及預(yù)報(bào)。E-mail：sunqizhen@nmefc.gov.cn