原標(biāo)題：為了實時天氣預(yù)報更精準(zhǔn)

　　曾經(jīng)，國內(nèi)只能進(jìn)行1天至3天的大尺度天氣預(yù)報，精細(xì)化短時臨近客觀預(yù)報業(yè)務(wù)系統(tǒng)幾乎是空白。如今，隨著個人移動終端的普及，短時的、身邊小環(huán)境的天氣預(yù)報越來越受到市民的關(guān)注。

　　由北京城市氣象研究院研發(fā)的睿圖系統(tǒng)，讓每10分鐘更新一次預(yù)報成為現(xiàn)實，并且成為臨近災(zāi)害性天氣預(yù)警的重要參考。這些技術(shù)創(chuàng)新正讓北京的天氣預(yù)報服務(wù)越來越“貼身”。

　　1 夏季氣溫預(yù)報誤差不超2℃

　　2005年起，隨著聚焦0-12小時短時臨近天氣預(yù)報能力的提升，北京開始發(fā)展睿圖模式體系，逐漸破解準(zhǔn)確預(yù)報強(qiáng)對流天氣的難題。

　　北京城市氣象研究院副院長陳敏研究員是數(shù)值天氣預(yù)報技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊的學(xué)術(shù)首席，她帶領(lǐng)團(tuán)隊成員引進(jìn)歐美先進(jìn)技術(shù)，并在關(guān)鍵環(huán)節(jié)開展自主創(chuàng)新，最終研發(fā)了華北地區(qū)0-12小時、1公里水平分辨率、10分鐘快速循環(huán)更新的網(wǎng)格化分析和預(yù)報系統(tǒng)——這就是北京市氣象局的睿圖模式系統(tǒng)（RMAPS）。

　　睿圖模式系統(tǒng)由多個子系統(tǒng)構(gòu)成，其中針對降水預(yù)報最核心的是臨近數(shù)值預(yù)報集成子系統(tǒng)和短期預(yù)報子系統(tǒng)。前者每10分鐘更新一次預(yù)報產(chǎn)品，主要關(guān)注未來2小時內(nèi)天氣，是氣象預(yù)報員對雷暴等災(zāi)害性天氣做出臨近預(yù)警的重要參考；后者重點關(guān)注未來2-12小時，是短時天氣預(yù)報預(yù)警的重要參考。

　　陳敏說，數(shù)值天氣預(yù)報系統(tǒng)的引進(jìn)及建立，并不是簡單的復(fù)制粘貼，后期需要進(jìn)行很多技術(shù)的研發(fā)創(chuàng)新工作，同時要有一流的天氣觀測網(wǎng)絡(luò)和強(qiáng)大的高性能計算資源，才能更好地讓系統(tǒng)為北京的天氣預(yù)報所用。

　　短時、精準(zhǔn)的天氣預(yù)報，是睿圖系統(tǒng)在北京“入鄉(xiāng)隨俗”的結(jié)果。

　　為了降低降水分析的系統(tǒng)誤差，研發(fā)團(tuán)隊利用北京市不同海拔高度的自動站小時雨量資料，深入分析地形高度和降水量之間的氣候統(tǒng)計關(guān)系，確定了相關(guān)參數(shù)和計算方法。同時，對自動站降水進(jìn)行地形效應(yīng)校準(zhǔn)，提高了復(fù)雜地形條件下，1公里水平分辨率降水分析場的準(zhǔn)確度。

　　為了進(jìn)一步提升預(yù)報準(zhǔn)確率，睿圖短期預(yù)報子系統(tǒng)已經(jīng)陸續(xù)加進(jìn)了多個衛(wèi)星和多部天氣雷達(dá)的觀測資料信息。陳敏透露：“京津冀地區(qū)原來只有7部雷達(dá)，從去年開始，全國135部天氣雷達(dá)拼圖數(shù)據(jù)半小時更新一次，滿足了睿圖模式實時同化應(yīng)用的業(yè)務(wù)需求。”

　　數(shù)值天氣預(yù)報的關(guān)鍵之一是如何把計算機(jī)里的大氣狀態(tài)設(shè)計，調(diào)整為最接近真實情況的大氣狀態(tài)。二者越接近，預(yù)報才能越準(zhǔn)確。

　　睿圖短期預(yù)報系統(tǒng)運行初期，工作人員發(fā)現(xiàn)預(yù)報溫度經(jīng)常出現(xiàn)偏高的問題。陳敏帶領(lǐng)研究團(tuán)隊根據(jù)計算機(jī)模擬的大氣狀態(tài)，確定增加“影響因素”。在實際大氣中，云會吸收輻射，對溫度造成影響；而在計算機(jī)模型的大氣中，云偏少，就得想辦法增加云的總量，使得溫度預(yù)報更接近第二天的實況水平。出現(xiàn)霧霾天氣時，大氣中的氣溶膠也是必須考慮的因素。

　　另外，數(shù)值天氣預(yù)報需要考慮地形的影響，要使大氣數(shù)值模式里的地理環(huán)境能夠盡量接近真實情況。“比如土地利用，很多地方變成了城市用地，也有很多地方退耕還林變成了綠地，不同的用地類型對大氣的動力作用和熱力作用也不同，這就需要我們不斷地去更新地表土地利用、植被覆蓋、葉面指數(shù)等一系列靜態(tài)數(shù)據(jù)集。”

　　目前，北京市氣象臺做的夏季氣溫預(yù)報，整體平均溫度誤差（均方根）不超過2℃，已經(jīng)跟國際水平相當(dāng)。

　　2 冬奧會預(yù)報網(wǎng)格細(xì)至500米

　　對于北京而言，及時準(zhǔn)確的短時臨近天氣預(yù)報是眾多大型活動和城市安全運行的剛需。

　　眼下的北京正值汛期，夏季的強(qiáng)對流天氣預(yù)報一直是難點和重點關(guān)注對象。北京市氣象臺首席預(yù)報員于波形容，北京夏季的強(qiáng)對流天氣就像小孩，說翻臉就翻臉，可能前半個小時還是晴天，下一分鐘就開始刮風(fēng)下雨。所以需要把握強(qiáng)對流天氣的發(fā)生規(guī)律并摸準(zhǔn)它的脾氣。

　　睿圖模式系統(tǒng)的天氣預(yù)報產(chǎn)品為強(qiáng)對流天氣預(yù)報提供了非常好的參考工具，讓預(yù)報員能夠及時了解并預(yù)判天氣變化。

　　譬如今年5月16日，睿圖系統(tǒng)提示，次日通州、密云方向?qū)⒂刑貏e明顯的強(qiáng)對流天氣，并伴有強(qiáng)降雨、大風(fēng)、冰雹等。在汛期前出現(xiàn)這種天氣，還是比較少的。到了17日當(dāng)天，通州、密云局地的確出現(xiàn)了強(qiáng)降雨過程，三個小時降雨量超過170毫米，還出現(xiàn)了罕見的大風(fēng)和強(qiáng)冰雹等局地強(qiáng)對流天氣。

　　北京地區(qū)從2013年開始采用分區(qū)預(yù)警，這得益于睿圖模式的精準(zhǔn)網(wǎng)格化預(yù)報能力。針對一次天氣過程，如果其在延慶地區(qū)發(fā)生或進(jìn)入北京，那延慶區(qū)氣象臺會率先發(fā)布相應(yīng)的預(yù)警；隨著天氣過程的演變和推進(jìn)，受影響的區(qū)逐步采取預(yù)警方式分區(qū)響應(yīng)；如果全市大部分地區(qū)都受到了影響，預(yù)警會上升到全市級別。分區(qū)預(yù)警對精準(zhǔn)災(zāi)害防御起到了重要的指導(dǎo)作用。

　　陳敏介紹，目前研究團(tuán)隊開始研發(fā)一小時數(shù)據(jù)更新循環(huán)系統(tǒng)，這對預(yù)警來說會更加及時。同時，伴隨著更多的衛(wèi)星、雷達(dá)等遙感觀測資料的應(yīng)用，能更好地提升預(yù)報性能。現(xiàn)在，1公里分辨率的睿圖預(yù)報產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)逐10分鐘快速更新，這些預(yù)報產(chǎn)品可以及時提供給預(yù)報員幫助修訂預(yù)報信息。

　　分區(qū)預(yù)警、短時臨近天氣預(yù)警對大型活動的舉辦至關(guān)重要。

　　結(jié)合2022年北京冬奧會氣象服務(wù)需求，研究團(tuán)隊將就深入提升冬季降雪預(yù)報能力，研發(fā)降水相態(tài)、雪溫、雪量和雪線分布等一系列冬季預(yù)報產(chǎn)品。鑒于此，睿圖系統(tǒng)的水平分辨率已經(jīng)提升至500米，預(yù)報的精細(xì)化程度大幅提升。

　　3 北京預(yù)報系統(tǒng)撐起“大北方聯(lián)盟”

　　睿圖系統(tǒng)不僅提升了北京短時臨近天氣預(yù)報的能力和準(zhǔn)確度，還帶動了我國北方地區(qū)天氣預(yù)報能力的提升。

　　2016年11月，北京市氣象局聯(lián)合華北、東北、西北等地的氣象部門，以睿圖模式系統(tǒng)為統(tǒng)一技術(shù)框架，共10個省市組建了“大北方區(qū)域數(shù)值模式體系協(xié)同創(chuàng)新聯(lián)盟（簡稱大北方聯(lián)盟）”。

　　2017年，甘肅省、寧夏回族自治區(qū)氣象局加入；2018年，山東省、河南省氣象局加入；2019年，青海省氣象局加入。至此，大北方聯(lián)盟成員單位已有15個，可以說覆蓋了我國的半壁江山。

　　還有不少省區(qū)市紛紛來北京“取經(jīng)”，內(nèi)蒙古就是其中之一。為了做好自治區(qū)成立70周年大慶的氣象服務(wù)保障，內(nèi)蒙古選派了研發(fā)團(tuán)隊全年在北京駐扎，學(xué)習(xí)睿圖系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，并結(jié)合內(nèi)蒙古的氣候狀況修訂預(yù)報產(chǎn)品，提升系統(tǒng)在當(dāng)?shù)氐念A(yù)報準(zhǔn)確率。

　　目前，睿圖系統(tǒng)在大北方聯(lián)盟內(nèi)逐步得到推廣應(yīng)用，如在新疆建立了睿圖-中亞系統(tǒng)，在河北建立了睿圖-河北系統(tǒng)，以及在內(nèi)蒙古建立了睿圖-內(nèi)蒙古系統(tǒng)等。

　　大北方聯(lián)盟是一個兼具包容性和開放性的聯(lián)盟。睿圖模式系統(tǒng)的觀測和預(yù)報產(chǎn)品，以及相關(guān)技術(shù)充分服務(wù)于聯(lián)盟成員，而高頻更新的各類數(shù)據(jù)全部實現(xiàn)在智能云上的實時共享，供聯(lián)盟成員使用。因此，各省區(qū)市不用重復(fù)建設(shè)觀測資料采集體系，睿圖模式系統(tǒng)還為科研基礎(chǔ)條件相對薄弱的地區(qū)提供了成熟的資料采集模式，將有力地促進(jìn)當(dāng)?shù)財?shù)值預(yù)報的發(fā)展。（記者 駱倩雯）

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責(zé)任編輯： 黃浩