氣象預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)業(yè)務(wù)現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)

氣象預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)業(yè)務(wù)現(xiàn)狀、開(kāi)展趨勢(shì)張弘、曲麗瑋1開(kāi)展現(xiàn)狀低分辨率、有限視野的間歇常規(guī)觀測(cè)遙感信息與常規(guī)觀測(cè)相結(jié)合的高分辨率、多方位連續(xù)監(jiān)測(cè)傳統(tǒng)的天氣氣候理論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)與預(yù)報(bào)員經(jīng)驗(yàn)的半經(jīng)驗(yàn)半理論的定性方法

數(shù)值天氣預(yù)報(bào)為根底、人機(jī)交互處理系統(tǒng)為平臺(tái)綜合多種方法預(yù)報(bào)方式：從大氣表象演變逐漸向深入考慮大氣運(yùn)動(dòng)的內(nèi)在規(guī)律轉(zhuǎn)變預(yù)報(bào)效勞對(duì)象：傳統(tǒng)的天氣預(yù)報(bào)領(lǐng)域向環(huán)境領(lǐng)域拓展轉(zhuǎn)變EvolutionofNumericalModelsHITACS810K72.570.475.183.370.488.389.173.10GSM(T213L40)83.388.3RSM(20kmL36)83.3RSM(20kmL40)84.188.3MSM(10kmL40)92.3JSM(30kmL23)HITACM200HHITACHIS3800HITACHISR8000E11982.31996.32001.31987.12IBM7041959.31967.4HITAC88001973.8HITAC5020FN-Hem.BalanceBarotropic(381km)NHBalance(381kmL3)NHPrimitive;NHM(381kmL4)NHM(381kmL8)NHSpectral(T42L12)GlobalSpectral;GSM(T63L16)GSM(T106L21)GSM(T213L30)RegionalSpectralASM(75kmL16)FLM(127kmL12)FLM(127kmL10)AsiaFineMesh;FLM(152.4kmL6)VFM(63.5kmL13)JSM(40kmL19)AsiaQuasiGeostrophic(304.8kmL4)VeryFineMesh;VFM(63.5kmL11)ECMWF的EPS的降水概率預(yù)報(bào)的Brier技巧評(píng)分?！瞐〕冷季〔11月-3月〕；〔b〕暖季〔5-9月〕?；?1個(gè)成員的TL159L31集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)1997-1999在美國(guó)的預(yù)報(bào)結(jié)果。對(duì)于冷季，除了日降水超過(guò)50mm/d的概率預(yù)報(bào)沒(méi)有技巧外，日降水超過(guò)20mm/d的降水概率預(yù)報(bào)直到第6天都具有技巧，而日降水超過(guò)10mm/d和1mm/d的降水概率預(yù)報(bào)直到10天都具有技巧。對(duì)于暖季，超過(guò)1mm/d的的降水概率預(yù)報(bào)直到9天都具有技巧；超過(guò)10mm/d的降水概率預(yù)報(bào)的技巧只維持到1天半，而超過(guò)20mm/d和50mm/d的概率預(yù)報(bào)完全沒(méi)有技巧。ScoresofNHMvsMSM〔June15～June30〕需求推動(dòng)天氣預(yù)報(bào)的內(nèi)容、時(shí)效和產(chǎn)品的開(kāi)展新技術(shù)的引入,推動(dòng)了天氣預(yù)報(bào)前進(jìn)從天氣學(xué)描述方式向考慮大氣內(nèi)在規(guī)律方式轉(zhuǎn)變效勞及時(shí)到位是彌補(bǔ)預(yù)報(bào)欠準(zhǔn)和發(fā)揮天氣預(yù)報(bào)效益的有效方法預(yù)報(bào)人員素質(zhì)的提高,促進(jìn)了天氣預(yù)報(bào)開(kāi)展。2存在的主要問(wèn)題大氣探測(cè)技術(shù)方面的差距數(shù)值預(yù)報(bào)方面的差距加強(qiáng)對(duì)中尺度系統(tǒng)及其形成機(jī)理的深入研究;加速中尺度系統(tǒng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)的建設(shè);加強(qiáng)臨近預(yù)報(bào)和短時(shí)預(yù)報(bào);充分利用已有的雷達(dá)圖像及其拼圖;加強(qiáng)聯(lián)防和信息共享,優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)

大氣的非線性、混沌特征——-未來(lái)有不確定性和不可預(yù)測(cè)性

天氣預(yù)報(bào)的中心問(wèn)題是：已知大氣狀態(tài)在一個(gè)時(shí)刻的觀測(cè)值來(lái)解一般形式的流體動(dòng)力學(xué)方程。原則上大氣在將來(lái)任何時(shí)刻的狀態(tài)是由大氣在一個(gè)時(shí)刻的狀態(tài)決定的。1904,V.Bjerknes天氣的可預(yù)報(bào)性理論氣象大氣運(yùn)動(dòng)必有耗散，現(xiàn)有動(dòng)能維持不超過(guò)十天；能源：太陽(yáng)輻射，第一類熱機(jī)、第二類熱機(jī)。

氣象學(xué)是一門困難的科學(xué)，它深為相互作用的物理過(guò)程及固有的非線性的純數(shù)學(xué)復(fù)雜性所窘.P.D.Thompson大氣運(yùn)動(dòng)的混沌性與可預(yù)報(bào)性觀測(cè)實(shí)況X預(yù)報(bào)（過(guò)去和現(xiàn)在的）（未來(lái)某時(shí)刻）YY＝F（X）X＋εδY＋δ可預(yù)報(bào)時(shí)段同一時(shí)段不同氣象場(chǎng)的特征有不同的可預(yù)報(bào)性

長(zhǎng)、中、短預(yù)報(bào)逐步訂正優(yōu)先攻可預(yù)報(bào)性大的ABA、B在哪里？〔1〕混沌與不確定性你看到什么？妻子、岳母？女士、紳士？980710商洛3站暴雨〔丹鳳113.6〕910728關(guān)中東部13站暴雨〔西安110.7〕010818陜北10站暴雨〔榆林113.6〕860709關(guān)中西部18站暴雨〔永壽80.1〕幾例天氣圖預(yù)報(bào)天氣現(xiàn)象呈現(xiàn)自相似的分型結(jié)構(gòu)〔2〕各種尺度系統(tǒng)

需要一大批既有豐富氣象知識(shí)、又熟練掌握計(jì)算機(jī)的人缺乏信息的困難信息太多的困惑計(jì)算機(jī)是處理信息的手段技術(shù)裝備眾多信息預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率提高時(shí)效延長(zhǎng)？各地氣象臺(tái)（站）結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際開(kāi)展廣泛的研究過(guò)去和現(xiàn)在的實(shí)況未來(lái)的狀況數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品局地的天氣數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的成功可預(yù)報(bào)性問(wèn)題(E.Lorenz的偶然發(fā)現(xiàn))從確定論出發(fā)走向了不確定確定論系統(tǒng)的內(nèi)在隨機(jī)性混沌非線性動(dòng)力學(xué)（實(shí)質(zhì)是混沌動(dòng)力學(xué)）〔3〕數(shù)值預(yù)報(bào)與預(yù)報(bào)員經(jīng)驗(yàn)傳統(tǒng)的數(shù)值預(yù)報(bào)：是大氣運(yùn)動(dòng)控制方程的初值問(wèn)題，即用表現(xiàn)流體運(yùn)動(dòng)物理規(guī)律的方程系統(tǒng)〔氣象的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)根本方程〕，從初值出發(fā)反復(fù)進(jìn)行時(shí)間的數(shù)值積分，求出所預(yù)報(bào)時(shí)刻的預(yù)報(bào)值。兩個(gè)重要環(huán)節(jié)：數(shù)學(xué)模式，初值初值+模式==確定性問(wèn)題問(wèn)題：有誤差，永遠(yuǎn)不可能獲得準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)結(jié)果初值誤差+模式誤差+大氣非線性混沌特性結(jié)果具有不確定性。數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的兩類誤差〔1〕分析誤差：基于不完善的觀測(cè)系統(tǒng)根底，資料同化分析場(chǎng)與真實(shí)大氣之間存在著差異導(dǎo)致了模式計(jì)算的誤差〔2〕模式誤差：模式的分辨率不夠精細(xì)、物理過(guò)程參數(shù)化不夠完善〔一些假定或簡(jiǎn)化〕，很難描述真實(shí)大氣特征而造成誤差要完全克服上述兩類誤差是十分困難的，只有通過(guò)開(kāi)展數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的釋用技術(shù)來(lái)提高數(shù)值預(yù)報(bào)的使用水平。3天氣預(yù)報(bào)未來(lái)開(kāi)展趨勢(shì)天氣預(yù)報(bào)向全時(shí)空精細(xì)化方向開(kāi)展單一的天氣預(yù)報(bào)領(lǐng)域向更廣的領(lǐng)域拓展挖掘數(shù)值預(yù)報(bào)的潛力,中西產(chǎn)品結(jié)合、揚(yáng)長(zhǎng)避短對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行“無(wú)縫隙〞應(yīng)用以研究總結(jié)為支撐積累新型預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值預(yù)報(bào)是現(xiàn)代天氣預(yù)報(bào)的根底，在實(shí)際業(yè)務(wù)中發(fā)揮著重要的作用數(shù)值預(yù)報(bào)的成功是天氣預(yù)報(bào)領(lǐng)域的一次重大變革，極大促進(jìn)了預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的提高數(shù)值預(yù)報(bào)還在開(kāi)展中，要完全克服其誤差是相當(dāng)困難的，要辯證地看待它的過(guò)去、現(xiàn)在與未來(lái)在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，有經(jīng)驗(yàn)的預(yù)報(bào)員在以數(shù)值預(yù)報(bào)為根底的時(shí)代仍是不可替代的數(shù)值預(yù)報(bào)地位、作用現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)體系結(jié)構(gòu)——公共氣象效勞業(yè)務(wù)包括氣象災(zāi)害防御管理、面向政府的決策氣象效勞、面向社會(huì)的公眾氣象效勞和面向行業(yè)的專業(yè)專項(xiàng)氣象效勞，涉及到防災(zāi)減災(zāi)、氣候變化應(yīng)對(duì)、生態(tài)文明建設(shè)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、人民生活水平提高等方面。——?dú)庀箢A(yù)報(bào)預(yù)測(cè)業(yè)務(wù)主要由以數(shù)值模式業(yè)務(wù)為根底的天氣、氣候、氣候變化、應(yīng)用氣象〔包括海洋、水文、交通、航運(yùn)、生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象、大氣環(huán)境、空間天氣、人工影響天氣〕等監(jiān)測(cè)分析、預(yù)報(bào)、預(yù)測(cè)、預(yù)估、預(yù)警業(yè)務(wù)及相應(yīng)的質(zhì)量檢驗(yàn)，以及評(píng)定業(yè)務(wù)、技術(shù)平臺(tái)和業(yè)務(wù)流程等組成?！C合氣象觀測(cè)和信息業(yè)務(wù)包括地面觀測(cè)和地基遙感系統(tǒng)、以氣球和飛機(jī)等為觀測(cè)平臺(tái)的空基遙感系統(tǒng)、以低軌和高軌衛(wèi)星為觀測(cè)平臺(tái)的天基遙感系統(tǒng)。其主要業(yè)務(wù)平臺(tái)是國(guó)家氣候觀象臺(tái)、國(guó)家氣象觀測(cè)站、區(qū)域氣象觀測(cè)站和衛(wèi)星觀測(cè)系統(tǒng)以及移動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)。由數(shù)據(jù)收集及分發(fā)、信息加工處理、數(shù)據(jù)管理與共享效勞等組成的氣象信息業(yè)務(wù)，以及由運(yùn)行監(jiān)控、維護(hù)維修、計(jì)量檢定等組成的技術(shù)裝備保障業(yè)務(wù)，也是綜合氣象觀測(cè)系統(tǒng)不可或缺的組成局部。努力實(shí)現(xiàn)氣象事業(yè)開(kāi)展目標(biāo)用三年左右時(shí)間，初步建立根本滿足國(guó)家需求、結(jié)構(gòu)完善、布局合理、功能齊備、具有世界先進(jìn)水平的現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)體系。現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)體系加快開(kāi)展公共氣象效勞業(yè)務(wù)大力開(kāi)展氣象預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)業(yè)務(wù)科學(xué)開(kāi)展綜合氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)4如何提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率及效勞能力切實(shí)把天氣預(yù)報(bào)工作放在氣象工作的重中之重的位置不斷推進(jìn)氣象現(xiàn)代化加強(qiáng)根底能力建設(shè)加強(qiáng)管理充分發(fā)揮根底設(shè)施效能充分發(fā)揮預(yù)報(bào)員的主觀能動(dòng)性建設(shè)一支高素質(zhì)天氣預(yù)報(bào)專家隊(duì)伍從局地的特殊性總結(jié)入手從失敗的例子入手

從找毛病入手

從存在的問(wèn)題入手充分運(yùn)用現(xiàn)代化設(shè)施、資料加快預(yù)報(bào)員成長(zhǎng)步伐〔1〕加快數(shù)值模式業(yè)務(wù)開(kāi)展——切實(shí)提高數(shù)值天氣預(yù)報(bào)水平。優(yōu)化改進(jìn)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)業(yè)務(wù)運(yùn)行。開(kāi)展集合預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)?！⒑屯晟茖I(yè)數(shù)值模式預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)?！倪M(jìn)完善短期氣候預(yù)測(cè)動(dòng)力模式系統(tǒng)。——扎實(shí)做好氣候系統(tǒng)模式研發(fā)工作?！_(kāi)展城市尺度精細(xì)化空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)。〔2〕改進(jìn)完善天氣業(yè)務(wù)——加快建立災(zāi)害天氣臨近短時(shí)預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)?！υ鰪?qiáng)災(zāi)害性天氣精細(xì)預(yù)報(bào)能力，建立城市氣象災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)。——開(kāi)展要素精細(xì)化預(yù)報(bào)，延長(zhǎng)預(yù)報(bào)時(shí)效。加強(qiáng)中尺度模式產(chǎn)品釋用技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用。系統(tǒng)開(kāi)展檢驗(yàn)和評(píng)估業(yè)務(wù)?！訌?qiáng)重要天氣過(guò)程預(yù)報(bào)技術(shù)總結(jié)。開(kāi)發(fā)符合預(yù)報(bào)員需求的工具和指標(biāo)?！?〕開(kāi)展氣候業(yè)務(wù)——加強(qiáng)氣候監(jiān)測(cè)診斷業(yè)務(wù)?！倪M(jìn)和完善氣候預(yù)測(cè)業(yè)務(wù)，努力提高氣候預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率。開(kāi)展專項(xiàng)氣候預(yù)測(cè)。加強(qiáng)氣候預(yù)測(cè)產(chǎn)品檢驗(yàn)?！⒔∪炕瘹夂蛴绊懺u(píng)價(jià)業(yè)務(wù)?！訌?qiáng)氣候預(yù)測(cè)技術(shù)總結(jié)分析和業(yè)務(wù)指導(dǎo)工作?！?〕建立氣候變化業(yè)務(wù)

——加強(qiáng)氣候變化檢測(cè)工作?！岣邭夂蜃兓A(yù)估水平?！訌?qiáng)氣候變化影響評(píng)估工作?！夂蜃兓m應(yīng)減緩對(duì)策綜合分析業(yè)務(wù)?！?〕開(kāi)展應(yīng)用氣象業(yè)務(wù)——開(kāi)展生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象