高原山地災害性天氣預報技術培訓需求研究*

王騰蛟 孫俊 楊蜀都 ?？?/p>

（中國氣象局氣象干部培訓學院四川分院 四川成都 610072）

引言

災害性天氣是指對人民生命財產(chǎn)和群眾生產(chǎn)生活有嚴重威脅的自然天氣事件。青藏高原、云貴高原及周邊山地因其復雜的地形特征，是我國暴雨、冰雹等強對流天氣的多發(fā)地區(qū)[1-2]。高原山地地區(qū)地質環(huán)境脆弱，山洪、滑坡、泥石流等地質災害高發(fā)多發(fā)，強降水極易誘災致災，2010年舟曲、2020年四川冕寧特大山洪泥石流都造成了重大人員傷亡，氣象災害及其次生災害會對人民生命財產(chǎn)和國民經(jīng)濟建設造成嚴重影響。

強對流天氣具有局地性強、發(fā)展迅速、致災性強等特征，不僅是造成氣象災害的重要天氣之一，也是氣象預報預測工作的重點和難點所在[3]。隨著區(qū)域數(shù)值模式的快速發(fā)展以及氣象衛(wèi)星、天氣雷達等觀測資料的廣泛應用，強對流天氣的短時臨近監(jiān)測預警能力有所提高[1]。然而，在實際工作中，仍暴露出高原山地地區(qū)預報員對復雜地形下強對流天氣形成機理認識不足、對數(shù)值預報產(chǎn)品釋用能力較差、對各種觀測資料綜合分析能力欠缺等問題。因此，開展面向高原山地地區(qū)的災害性天氣預報技術培訓需求分析，設計適合該地區(qū)預報員的災害性天氣預報技術培訓課程體系勢在必行。

一、研究方法

本文通過政策分析，明確預報員災害性天氣預報能力方面的組織需求，通過實地調研和專家咨詢進一步細化了災害性天氣預報對預報員能力素質的新要求，通過問卷調查收集了高原山地地區(qū)預報員隊伍的個人需求，最后綜合組織需求、崗位需求和個人需求的全面分析，梳理出高原山地地區(qū)災害性天氣預報技術的培訓需求和教學重點，為教學課程設計方案提供科學合理的依據(jù)。

二、組織需求分析

中國氣象局于2019年將研究型業(yè)務試點建設列入重大改革發(fā)展任務，探索氣象業(yè)務科研融合發(fā)展，提升氣象科技和業(yè)務實力，推動氣象事業(yè)高質量發(fā)展。研究型業(yè)務的核心就是科技創(chuàng)新，技術攻關，推動科研與業(yè)務充分融合。為了適應業(yè)務改革發(fā)展的需要，預報員必須提升多源資料綜合應用能力和數(shù)值預報模式產(chǎn)品解釋應用訂正能力，加強當?shù)貫暮π蕴鞖忸A報經(jīng)驗總結能力等，才能成為熟練掌握現(xiàn)代預報技術的新型預報員。

2020年12月，中國氣象局在《氣象預報業(yè)務發(fā)展規(guī)劃（2021—2025年）》征求意見稿中，明確指出國家級和省級預報員要以數(shù)值模式發(fā)展和應用為內核，加強對災害性天氣氣候精細特征規(guī)律的認識，發(fā)展以大數(shù)據(jù)人工智能技術和方法為支撐的災害性天氣識別技術和預警研究。市縣兩級預報員要加強對本地災害性天氣過程的總結，提高本地實況、預報預測產(chǎn)品的應用能力。

為進一步推動西南地區(qū)氣象業(yè)務高質量發(fā)展，中國氣象局于2021年6月印發(fā)了《西南地區(qū)業(yè)務能力提升建設方案（2021-2025年）》，明確要求西南地區(qū)氣象局強化災害性天氣短臨預報預警業(yè)務，包括基于數(shù)值模式和人工智能等新一代信息技術發(fā)展短時臨近智能預報預警技術，逐步提升短時強降水、雷暴大風、冰雹、龍卷等災害性天氣短臨預報預警能力等。

近年來，氣象科技創(chuàng)新突飛猛進，人工智能、機器學習等新技術對傳統(tǒng)天氣預報業(yè)務的影響日漸突出，預報員面臨更新專業(yè)知識結構、提升學習總結能力、提高科研創(chuàng)新能力的更高要求，這對氣象教育培訓提出了更大的挑戰(zhàn)[4]。中國氣象局于2019年印發(fā)《2019—2023年全國氣象部門干部教育培訓規(guī)劃》，明確要求氣象教育培訓要聚焦新理論、新技術、新方法的培訓，才能滿足“現(xiàn)代型”“研究型”人才隊伍培養(yǎng)的需求。

三、高原山地災害性天氣預報技術培訓的主要任務

基于上述組織需求分析的結果，通過實地調研、專家咨詢等方式進一步細化了高原山地災害性天氣預報對預報員能力素質的新要求，具體有以下幾個方面。

1.加強高原山地災害性天氣形成機制分析研究

由于強對流天氣的落區(qū)和強度很大程度上取決于中小尺度天氣系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展，因此，對中小尺度對流系統(tǒng)結構、移動與傳播等方面的研究在改進災害性天氣預報方面具有顯著作用。預報員需要繼續(xù)加強對強對流天氣發(fā)生發(fā)展機理的研究，進而綜合應用多源觀測資料、高分辨率數(shù)值模式、先進統(tǒng)計模型并結合主觀預報經(jīng)驗，才能進一步提高災害性天氣的預報準確率[5]。

2.加強高原山地災害性天氣過程總結

目前，業(yè)務上使用的數(shù)值模式對于突發(fā)性、局地性的災害性天氣模擬能力還十分有限，特別是對高原天氣預報支撐能力不足。所以，應加強預報員對典型災害性天氣個例的復盤總結能力，建立災害性天氣歷史個例庫，可以凝練出不同類型災害性天氣形成和發(fā)展的環(huán)境條件以及預報著眼點。

3.加強多源觀測資料的綜合應用

隨著氣象現(xiàn)代觀測網(wǎng)逐步完善，衛(wèi)星、雷達、閃電定位儀、風廓線儀、微波輻射計、GPS水汽等新型觀測資料逐步被應用到氣象業(yè)務體系，為加深對災害性天氣中小尺度特征的認識提供了可能[6]。因此，需要在業(yè)務預報及分析研究中加強對這些資料的應用，提高對中尺度對流系統(tǒng)結構及對流發(fā)生發(fā)展物理機制的認識與理解。

4.提高對精細化數(shù)值模式預報產(chǎn)品的訂正能力

近年來，高分辨率數(shù)值模式和智能網(wǎng)格預報發(fā)展迅速，在精細化預報產(chǎn)品的理解應用、檢驗評估，和經(jīng)驗總結等方面對預報員提出了更高要求。因此，只有提升預報員對高分辨數(shù)值模式預報原理和產(chǎn)品應用的了解，依據(jù)精細化評估技術和業(yè)務應用檢驗的不斷總結，才能在模式基礎上增加預報員主觀經(jīng)驗的附加值[4]。

5.加強人工智能等技術在天氣預報中的應用

人工智能技術基于大數(shù)據(jù)學習的優(yōu)勢為天氣預報的改進提供了新的可能[7]。人工智能（AI）技術在改進雷達回波外推等強對流天氣臨近預報業(yè)務中的研究與應用已初見成效，未來還需要積極加強研究成果轉換，推動高原山地災害性天氣預報技術瓶頸問題的解決[8]。

基于上述分析，將面向高原山地地區(qū)預報員的災害性天氣預報技術培訓重點內容歸納為兩大類：一是災害性天氣預報知識與技能類培訓，包括高原山地強對流天氣發(fā)生發(fā)展機理分析、利用雷達和衛(wèi)星等多源探測資料的災害性天氣臨近預警技術、模式及智能網(wǎng)格預報產(chǎn)品解釋應用與檢驗、人工智能新預報方法以及高原山地氣象研究成果應用等；二是災害性天氣總結類培訓，包括個例分析研討、典型個例復盤等。

四、培訓需求分析

在明確培訓重點內容的基礎上設計調查問卷，通過問卷星向重慶、四川、貴州、云南、西藏、陜西、甘肅、青海八個氣象部門地（市）級以上氣象臺發(fā)放調查問卷，收回問卷248份。調查問卷統(tǒng)計分析結果如下。

1.調研對象概況

參與調研的天氣預報員主要為地市級普通崗預報員（54%），把關預報員占比為21%；工作年限10年以內的預報員占比為71%，工作11-20年的預報員占比為21%，工作21年以上預報員占比為8%；從學歷背景來看，調研對象中71%的預報員具有大學本科學歷，碩士研究生及以上學歷占比25%；從專業(yè)背景來看，76%的預報員是大氣科學專業(yè)。由此可見，調研對象主要是年輕的一線預報員，具有大氣科學專業(yè)背景和較高學歷，是“現(xiàn)代型”“研究型”預報員隊伍的主體，調研對象反饋的結果具有較好的代表性。

基于第3節(jié)對災害性天氣預報技術培訓重點內容的分解，分別從高原山地地區(qū)預報員對災害性天氣預報知識與技能以及天氣總結能力兩方面的培訓需求展開分析。

2.災害性天氣預報知識與技能類培訓

將高原山地災害性天氣預報知識與技能培訓細化為高原山地強對流天氣發(fā)生發(fā)展機理分析、利用雷達和衛(wèi)星等多源探測資料的災害性天氣臨近預警技術、模式及智能網(wǎng)格預報產(chǎn)品解釋應用與檢驗、人工智能新預報方法以及高原山地氣象研究成果應用展開分析。85.9%的預報員需要學習利用雷達、衛(wèi)星等多源探測資料的災害性天氣臨近預警技術，六成以上的預報員對高原山地強對流天氣發(fā)生發(fā)展機理分析（69.8%）、模式及智能網(wǎng)格預報預報產(chǎn)品解釋應用與檢驗（66.9%）、高原天氣系統(tǒng)個例分析（65.7%）和人工智能新預報方法（64.9%）有學習需求。高原山地氣象研究成果應用的培訓需求較低，這可能是科研與業(yè)務長期分離而導致的，也正好是研究型業(yè)務要解決的問題，加強科研成果轉化，為預報工作提供更強有力的支撐。

在智能網(wǎng)格預報與數(shù)值預報產(chǎn)品釋用技術方面，數(shù)值預報及產(chǎn)品簡介的培訓需求得分最低（1.58分，滿分5分），說明大部分預報員認為對普適的數(shù)值模式基礎知識在本科教育中已系統(tǒng)學習過，能夠基本掌握，不需要重復學習。預報員迫切需要學習精細化智能網(wǎng)格預報技術（4.98分），其次是基于檢驗和中尺度天氣機理分析的預報偏差訂正（3.84分）、模式及客觀格點預報檢驗軟件或工具使用（3.81分）以及高分辨率數(shù)值模式在強對流天氣中的應用（3.6分）；多源數(shù)據(jù)融合實況產(chǎn)品的培訓需求則相對較低，這可能與實況業(yè)務起步較晚，預報員了解較少有直接的關系。但是，實況業(yè)務作為西南區(qū)域業(yè)務能力提升計劃的重要組成部分，開展實況產(chǎn)品介紹、檢驗和應用的相關培訓，提高預報員對實況產(chǎn)品的應用水平，有效提升業(yè)務能力。

3.災害性天氣個例總結類培訓

預報員培訓的重要目標是在掌握災害性天氣預報基本知識和技能的基礎上，幫助學員建立基于數(shù)值預報、多源觀測資料綜合運用的預報思路。根據(jù)以往的培訓經(jīng)驗，個例分析研討和典型個例復盤等天氣總結類課程在預報思路的建立方面作用突出。因此，本研究針對高原山地地區(qū)常見的6種災害性天氣類型開展調研，暴雨/強降水、雷暴大風和冰雹仍然是預報員最需要進行技術交流和總結的三種災害性天氣類型。

在個例研討課中，專家的指導意見具有非常重要的作用。39.9%的學員希望得到專家在個例總結方法方面的指導，35.5%的學員希望在個例分析的細節(jié)問題上得到專家的指導。這說明大部分的預報員可以根據(jù)業(yè)務規(guī)范完成災害性天氣個例的總結工作，但是對于提煉預報著眼點、總結預報思路方面還存在一定的困難。

在個例研討方式方面，大多數(shù)學員選擇“學員報告中提出問題，專家點評，學員參與討論”的方式，學員在做災害性天氣個例總結的過程中能夠提煉出問題。一方面，可以提升自身的總結能力；另一方面，也能使專家指導更具針對性，可以大大提升個例研討課的質量和效益。

結語

圍繞研究型業(yè)務格局、氣象預報業(yè)務發(fā)展態(tài)勢和西南地區(qū)業(yè)務能力提升方案，分析了高原山地災害性天氣預報能力培訓的組織需求，通過調查問卷提煉出整理出高原山地地區(qū)災害性天氣預報技術的培訓需求和教學側重點。結果顯示：

建議圍繞災害性天氣發(fā)生發(fā)展機理分析、精細化智能網(wǎng)格預報檢驗和訂正、衛(wèi)星和雷達等多源資料融合應用、人工智能新技術應用和過程分析總結等課程，開發(fā)從知識到技能再到綜合應用策略的針對性強的專題培訓。

在知識與技能培訓方面，利用雷達、衛(wèi)星等多源探測資料的災害性天氣臨近預警技術和精細化智能網(wǎng)格預報技術具有較大培訓需求，高原山地強對流天氣發(fā)生發(fā)展機理以及人工智能新預報方法的培訓需求次之。需要思考更新高原山地氣象研究成果應用的培訓方式，筑起業(yè)務與科研之間的橋梁，加強科研成果轉化，為預報工作提供更強有力的支撐。

在總結類培訓方面，預報員最關注的研討主題是暴雨/強降水、雷暴大風和冰雹。在典型案例復盤課程中，應當加強新技術新資料在災害性天氣預報中的應用的個例分析和實習實訓，可以促進新技術新資料研究在實際業(yè)務中的應用；在個例研討課程中，要求預報員針對個例提出問題，使研討能更具針對性地聚焦到對預報難點或偏差點的研討上，更能提升個例研討課的質量和效益。