中短期数字化天气预报技术现状及趋势

摘 要：

中短期天气预报业务技术的发展是建立无缝隙集约化天气预报业务体系的基础。随着经济和科学技术的发展，我国的气象服务开始向着现代化的方向发展，一些国家级和省级单位已经建立中短期数字化天气预报技术。但是，与一些西方国家还存在一定的差距，如预报技术开展的深入度不够、一些技术水平有待提高、数值模式发展水平需要提升等。本文主要阐述了中短期数字化天气预报技术的现状和问题，并在此基础上重点论述了中短期数字化天气预报技术的发展趋势。

关键词：

中短期天气预报;无缝隙业务体系;预报技术体系

中图分类号：S165

文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20191130061

前言

中短期预报业务是传统天气预报业务的重要内容之一，其具有发展时间长、基础好、成熟度高等特点。但是，在新的形式下和客户需求变化的情况下，中短期数字化天气预报技术存在定量化和精细化水平有限、预报员工作量不断增加和准确率提升缓慢等问题，这在一定程度上制约了中短期预报业务技术体系的发展和进步。因此，中短期预报业务技术体系需要不断的进步和完善。

1 现状分析

1.1 数字化的预报技术流程

经过多年的发展和努力，我国气象服务开始向着现代化的方向发展，并取得了一定的成就，我国已经建立了一些国家级和省级的数字化中短期气象业务技术流程，其中的数值模式系统是该技术流程中的基础，客观解释应用方法能够解释预报存在的误差以及提供有效的信息等。

1.2 数值模式系统是基础

为了保证中短期天气预报的精确度，数值模式系统起着重要的作用。在具体的天气预报业务中，气象员能够参考国内外的模式产品，随着数值模式预报能力的不断提高使我国的常规预报业务体系提高了一个层次。另外，我国自主研发的全球模式系统在2016年已经进入业务流程，这对降水预报准确性的提高很重要。研究和实践表明，进入21世纪之后，我国的预报能力逐渐提高。全球模式预报性能的提高促进了我国中短期预报业务能力的提高，但是容易引发灾害的中小尺度天气仍是预报工作中的难点，发展缓慢。

1.3 客观解释应用方法提取预报信息

从海量的预报数据中提取有价值的信息可以依赖客观解释应用方法。多中心业务数值模式的引进和集合预系统的应用，传统意义上的客观预报技术已经不能满足实际发展的需要。因此，发展新的客观技术方法已经成为未来发展的趋势，从而实现从海量的数据中快速和有效地提取预报信息，降低预报系统出现误差，实现准确率的提高和灾害性天气预警能力的提升。通过现代化气象的建设，我国已经在灾害性天气的客观预报技术方面取得一定的进步。例如，在台风路径预报的过程中，国家气象局和福建气象局共同研制了“台风路径集合预报订正方法”，该方法试用阶段和业务开始之后预报技术水平明显提高。

1.4 预报主观编辑工具发挥人的作用

现阶段，气象预报过程中起关键作用的仍是预报员，因为预报员对天气概念、模式预报的优点和缺点比较了解，同时有一定的经验，能够在一定程度上提高预报的精度。但是，随着气象业务向着精细化的方向发展，预报员需要编辑工具支持自身的工作，能够成熟的使用工具制作或者订正天气预报产品，并利用多种工具进行预报预警的制作和发布。随着气象预报的需要，我国的一些地区已经开发了预报编辑工具满足使用的需要。

1.5 格點后处理提高产品的精细化水平

我国一些地区和城市的格点化技术起到辐射的作用，目前全国许多省份也开始使用该技术。我国国家气象中心在2014年启动格点化项目后，研发技术取得了一定的进步，其为格点化气象要素预报产品中融入灾害性天气和台风等预报信息提供了可行性的技术方案。

2 未来技术发展

2.1 提高数值模式系统的支撑作用

中短期预报系统发展的过程中，全球数值模式系统起着基础性的作用，我国的业务中心都是通过各种手段提高模式的预报性能。除了全球数值模式之外，改善中小尺度天气预报的技巧也非常的重要。有学者提出了依赖2种途径提升中小尺度天气预报的技巧，即发展高分辨率数值模式系统和发展集合预报系统。其中，发展高分辨率模式能够实现对一些关键大气现象的模拟。现阶段，数值预报中心和许多气象中心都是使用区域数值天气预报模式。此外，发展集合预报模式也是提高精细化水平的关键措施。相关的研究表明，低分辨率的集合模式也能够在一定程度上显示高分辨率的技巧。集合预报的主要优势是提供概率预报，这能够促使用户结合自身的情况进行科学的决策。此外，一些学者认为结合概率预报具有较高的稳定性和连续性。

2.2 发展预报信息的客观提取和订正技术

大数据时代的到来为我国气象事业的发展奠定基础，在气象观测和预报业务发展的过程中应用大数据能够提高气象业务的发展。在新的形势下，大数据应用在不同的领域，尤其应该重视客观提取和订正技术。应该重视以下几方面的建设，如应该及时的帮助预报员实现数据的快速浏览，及时了解气象信息的特征等，为获取科学的结果奠定基础，在遇到极端天气的过程中重视预报的准确性和信息的准确性。其中发展海量信息提取技术的主要目的是提高数据浏览的速度：在统计方法的协助下获得数据特征;通过模式输出获取模拟大气观测图像;通过数据可视化技术及时的传达和沟通气象预报信息。发展天气诊断分析技术来理解大气演变的动力特征。观测手段和模式分辨率的提高促使传统的锋面气旋发展理论需要随着时代的进步和人们的需求改变，如高分辨率预报包括的不同尺度的大气运动信息。发展客观订正集成技术能够实现对预报结果的获取，而发展多中心超级集合预报技术能够提供更多有效的信息，如美国建立的北美集合预报系统通过集成多种数值模式实现优秀的预报技巧。发展极端天气预报技术能够捕捉灾害性天气信息。发展概率预报技术来传递预报的不确定信息。相关的研究显示，概率预报的优点是预报的价值高，不仅能够反映天气变化确定性的一面，同时也能反映天气变化的不确定性。一些研究学者将概率订正预报方法归纳为2类，即同归模型方法和参数估计方法。

2.3 发展主观和客观融合的预报技术以及工具

数值模式的发展使预报的工作形式也发生了变化，一些预报员能够为产品提供一定的附加值，同时能够及时订正和修改错误的存在。美国的一些科学家在进行预报分析的过程中将预报分为几个重要的步骤，即对预报偏差监测、误差的原因以及影响的诊断、可能发生的预报结论和偏差的检验与订正等。想要实现上述的步骤，必须采取一定的技术协助预报员。智能化的预报订正平台是减少预报员错误的重要因素。预报订正平台的完善性和高效性能够实现对海量数据的分析，对一些预报产品的便捷调整等，同时还能实现智能化的订正能力。预报员的工作内容是在预报产品的基础上做出预报或者预警，而技术数据和技术支持的缺乏在一定程度上影响预报员做出准确的判断。

2.4 发展精细化的格点处理技术

格点处理技术能够将天气预报产品转化为精细化的格点产品，该技术的主要内容有以下2点：发展预报产品—格点要素场转换处理技术，主观反演技术能够为主观区或者站点预报产品提供支持，保证其能够及时和顺利地恢复预报过程中丢失的信息，同时为提高空间的分辨率奠定基础。发展格点产品协调一致性技术。为了保障预报变量三维空间分布和时间演变的一致性，预报要素一致性技术起着重要的作用。

3 结论与讨论

本文阐述的主要内容是中短期天气预报业务技术的发展现状和未来技术发展的趋势。研究表明，未来天气预报发展的趋势是客观化、定量化和自动化，工作人员能够发挥更高层次的作用。在未来预报业务技术发展的过程中需要注意以下几方面内容。

加强对高质量基础数据的支持。天气預报技术发展的关键因素是高质量的数据支持，如精细化格点后处理技术需要高分辨率资料的支持;山洪风险预警需要地面植被和临界雨量的基础资料的支持。

结合问题导向和用户的需求进行技术的选择。在技术选择的过程中应该结合自身地区发展的实际情况采取有针对性的措施。即使是同一个业务目标也可能需要通过不同的技术手段解决，应该结合实际业务环境选择适合的某种技术，并且不断的发展完善。

加强技术的联合研发和技术的交流。有价值的技术应该进行分享，各个地区和国家之间进行交流，实现资源的共享。

参考文献

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作者简介：

修韶宇（1987-），男，本科，工程师。研究方向：天气预报工作。