天气业务现代化建设问题的分析与思考(山东授课NEW)

天气业务现代化建设问题的

分析与思考

毕宝贵 国家气象中心 2015/5/23

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内容提要

1. 天气业务现状与不足 天气业务发展趋势与国内外对比分析

国家级天气业务现代化发展思路与探索 天气业务现代化思考与对策

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天气业务发展趋势 技术体系：数值天气预报向“两 端”和集合预报发展应用 业务体系：从空间到海洋、从天 气到气候的无缝隙业务 产品服务体系：数字化、概率化 (4D大数据)以及由气象预报预 测向气象灾害风险的延伸 发展机制：强强联合攻关机制，

提升业务技术能力Page 3

数值天气预报技术支撑数值天气预报是气象业务现代化的最核心指标，世 界数值预报水平大致可分为三大阵营：RMS surface pressure error over the Northern Hemisphere

业务中心

全球模式

ECMWFUKMO NCEP JMA

T1279 L9125km L70 T574 L64 T959 L60 T789 L70 T639 L60 20km L600.35°*0.23° L80

第一阵营：ECMWF 第二阵营：英国气象局(UKMO)、美国国家环境预报中心(NCEP)、日本气象局(JMA)、加拿大 环境署(CMC)、法国气象局(Meteo France)、 德国气象局(DWD) 第三阵营：中国(CMA)、巴西、澳大利亚 Page 4 (CAWCR)、 韩国(KMA)、俄罗斯

France CMA DWD CMC

分辨率：16-45公里

ECMWF NWP的现状和发展1975 > 1992 > 2012: from 10d-single to 13m-ensemble fcsForecasting have been evolving and improving: 1980: single forecast, up to 10d, at synoptic scale, of atmosphere and land 2005: probabilistic forecasts, up to 6 months, at convective scale, of atmosphere, land and ocean 2030: probabilistic forecasts, up to ~ 2 years, at 10 km, of the atmosphere with chemistry, land, rivers, oceans

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构建从空间到海洋、从天气到气候的无缝隙预报预测业务体系

美国天气-气候无缝隙预报预测业务体系框架图

Seamless has several meanings:– Timescales from nowcasting to decadal – Multi-Hazards and Environmental PredictionPage 6

– From Hazard to Impact to Risk-based Warnings

NCEP天气气候无缝隙产品精度多样化NWFD两大类(基本要素、海洋气 象)15小项，空间分辨率10公里

精细化分辨率5KM,168小时(逐1 小时、3小时、6小时、12小时)

准确率中央台

NDFD四大类(基本要素、灾害性天气、 气象灾害、海洋气象近40小项，空间 分辨率2.5公里

任意格点未来7天逐小时

NCEP

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数字化预报技术支撑工具

国内现状 统计降尺度

业务流程基础--数据库(NWFD)

国际现状

业务流程基础--数据库(NDFD) NDFD协调一致性质量控制 统计降尺度、动力降尺度 BLENDER工具 图形化预报编辑平台(GFE)--智能初始化工具(地形) --智能编辑工具(协调云、降水、能见度 、温度之间的关

系)

格点编辑工具

--落区到格点反演

图形编辑工具“Drawing and editing tools”--落区到格点反演 --任意分辨率和投影的格点产品 --边界区域处理

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国外先进平台发展趋势 解决大数据的快速应用 – 解决方案：基于SOA架构的开放架构建设，实现气象数据分区分 层后的分布式数据存储及远端数据的快速应用 – 典型代表：美国AWIPS II、英国HORACE、韩国 COMIS-III、法 国Synopsis 基于模式资料的预报及检验应用 – 解决方案：提供格点资料的快速解析、分析及应用方案，提升集 合预报使用能力，利用格点化预报制作平台将预报员主观经验与 模式资料结合。 – 典型代表：美国AWIPSII、澳大利亚 NexGenFWS 、欧洲 ECMWF METView、法国Synopsis 预警综合应用 – 解决方案：高时空分辨率模式资料使用、观测资料监视能力及外 推能力提升以及精细化图形及文字产品 – 典型代表：澳大利亚 NexGenFWS 、德国Ninjo、美国 AWIPSPage 9

高效集约的业务布局省 主要任务 重点项目 国家级 区域级 (区、 市) 全球数值模式 数值天气预报业 务 区域数值模式 数值预报检验 数值产品释用 监测业务 灾害性天气监测 气象灾害监测 天气尺度分析 天气图分析业务 中尺度分析 数值预报图订正 临近预报 短时预报 天气预报业务 短期预报 中期预报 延伸期预报 预报产品检验业务 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 地市 级 县级

NDFD

LDFD

传统的多层级、重复性的业务布局和流程也经无法适 应快速更新、及时精准、批量作业的现代作业方式Page 10

美国建立了国家级、地方级两 级业务体制，国家级负责指导 预报，地方预报员在国家级格 点指导产品基础上完成快速订 正、本地报警、预警发布等预 报服务。

Changing the ParadigmWeather (What the weather will be)郑局长在2011年局长研讨会提出： 既要提高气象要素的预报准确率，又要结 合各地天气气候特点和实际需求，加强对 灾害性天气可能引发的气象灾害风险的评 估和预估工作。 2012-2014年推动山洪地质灾害风险预警

Impacts (What the weather will do)Page 11

Good forecasts are not enough ——impact and risk required4-day forecast Typhoon Haiyan was highly predictable and very well forecast several days in advance The risk was predicted more than a week ahead Effects of storm surge were understood And yet… Most vulnerable people were not protected

11-day forecast

Food aid was not mobilised until after the event

How do we make more effective decisions from forecasts? How much notice and certainty are needed?

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© Crown c

opyright 2013 Met Office

发展气象灾害风险预警和影响预报--世界天气研究计划(WWRP)中，计划在结束为期10年的THORPEX计划 后，启动一个新的10年项目，即高影响天气项目(HIWeather),旨在提高 高影响天气的预测和评估能力，提高决策能力，有效降低天气灾害的影响。 --WWOSC第五个部分“天气灾害和影响”主题提出：提高有效减少天气灾 害影响的能力，尤其要侧重对影响的理解，利用适当的工具和技术将数据转 化为可操作的信息。 来自美国的报告提出要提供“基于影响 的决策服务”,以2012年“桑迪“台风服务 为例，除滚动发布台风路径和强度预 报，还提供了风暴属性、大范围风影 响、异常路径、相似历史个例、东部沿 海地区洪水等台风影响灾害信息，使得 决策者和社会公众理解了危险程度、采 取有效措施，减少人员伤亡。Page 13

努力搭建强强联合攻关机制，提升业务能力各国气象部门通过各自的实验室、学术界及企业界更加密 切合作，积极找寻能力突破的其他思路。 强强联合攻关机制--典型代表ECMWF、英国、美国

专项支持保障机制--专项申请、立项、考核机制

--专项持续支持机制(数值预报、系统平台等)

强化科研到业务、业务到科研的双向机制--构建——科学与技术政策办公室主任应负责建立机构间指导委员会，

推进天气服务，强化相关天气研究和改进预报。--联合主席——将联邦气象委员会列为工作组的联合主席。 --进一步协调——科学与技术政策办公室主任需采取其他必要措施，协

调联邦政府与美国气象界、州政府、应急管理人员和学术人员通力合作。Page 14

英国气象局 的科研组织体系 ——有借鉴意义

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内容提要 天气业务发展趋势与国内外对比分析国家级天气业务现代化发展思路与探索 2. 国家级天气业务现代化发展思路与进展I.总体思路和目标 II.数值预报研发进展 III.系统平台研发进展 IV.天气预报研发进展

天气业务现代化思考与对策

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国家级气象业务现代化水平指标表总体接近同期世界先进水平，部分领域到达国际领先水平。国内现状 全球模式 系统平台水平分辨率50km, 可用预报时效6.5天。MICAPS 3.2,支持 常规天气预报制作、模式 产品应用、灾害监视、预 报预警制作与发布等功能

国际现状水平分辨率16km, 可用预报时效8天。 (ECMWF)

2020年 发展目标水平分辨率10km, 北半球可用预报时效 8.5天。

2020年 国际水平水平分辨率5km,可 用预报时效9天。 (ECMWF)在AWIPS系统中实现 预报知识管理功能，提供 基于影响的决策支持服务

开发SOA构架的 发布MICAPS 4.5, AWIPS II系

统，支持高效 集成各类灾害性天气客观 气象资料分析、预报制作、 分析、预报方法； 实现 研究成果测试转换和应用 天气预报系统的智能化 功能

暴 雨

暴雨24、48小时预报 TS 评分分别0.166、 0.141。台风24小时路径预报 误差82km。 台风24小时强度预报 误差4.4m/s。

暴雨24、48小时预报 TS 评分分别0.25、 0.19 。(NCEP)台风24小时路径预报 误差80km。 台风24小时强度预报 误差5.5m/s。(美国 JTWC)

暴雨24、48小时预报 TS 评分分别0.26、 0.20。台风24小时路径预报 误差70km。 台风24小时强度预报 误差4.0m/s。

暴雨24、48小时预报 TS 评分分别0.31、 0.24。(NCEP预期 值) 台风24小时路径预报 误差60km。 台风24小时强度预报 误差4.0m/s。(美国 预期值)

台 风

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发展趋势：加快发展、变率明显增大中期数值天气预报系统北半球距平相关系数演变图

1991-2013年中央气象台24-120小时台风路径预报误差

暴雨24预报评分

2020年Page 18

2020年:TS0.26

60KM

总体思路气象现代化

深化改革

科技创新

统筹协调好现代化建设、深化改革和科技创新工作，使三者有机融合和有效衔接。 毫不动摇以现代化的理念推进气象现代化建设，通过现代化建设走出一条以客观化为主 的天气业务发展之路；以更大的决心和勇气推进深化改革工作，通过深化改革努力破解 制约现代化建设中存在的体制机制弊端；同时要把科技创新放在更加突出的位置！

重点任务重点解决四方面关键技术：

新一代高分辨率GRAPES全球区 域一体化数值预报技术 基于数值预报和集合预报产品、 融合多源观测数据的精细化天 气分析与预报释用技术 智能化的新一代预报平台技术 (MICAPS为核心) 物理模型和统计模型相结合的 气象服务技术

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各类研发目标明确 进展显著方向 数值预报 重点任务资料同化 全球模式 区域模式 专业模式 集合预报

研发进展GRAPES_MESO与GRAPES_RAFS非常规资料同化 GRAPES_GFS模式面同化系统集成 GRAPES_MESO与GRAPES_RAFS物理过程优化 GRAPES_TYM涡旋初始化、对流参数化方案优化 T639全球集合预报系统

天气预报

定量降水预报台风监测预报预警

格点化产品集成应用技术 6小时间隔降水客观预报模型改进台风生成集合预报技术 台风大风半径反演方法

强对流天气监测预警 配料法短时强降水分级客观预报技术雷暴大风和冰雹客观预报技术构建静稳天气指数 农业气象灾害指标库 作物产量逐月动态预报模型 冬小麦与晚稻农用天气预报服务指标体系 暴雨灾害风险预评估模型 台风风雨灾害影响评估模型

专业气象与 气象服务

环境气象 农业气象 决策服务

业务系统平台 MICAPSPage 21

MICAPS

4客户端基础框架

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