短临预报:捕捉瞬息风雨

  纠缠了南京约10天的连阴雨,未肯在第二届夏季青年奥林匹克运动会(以下简称青奥会)开幕式时离去。“在青奥会开幕式当天下午会商时,我们已经较为准确地预报出在开幕式前后会有两轮较为明显的降水过程,同时也预报出了降水由明显到减弱再到加强的发展趋势。此外,对于青奥会场馆内的降水量预报也与实况基本一致。”中央气象台首席预报员、参加了青奥会气象保障服务的马学款言语间充满自豪。

  “这种应对重大活动的气象保障服务离不开短时临近预报(以下简称短临预报)的协助。与短期预报相比,它的预报时效更短,精细化程度更高。特别是它能够捕捉到短期内突发性天气系统出现的地点,并预判出其未来的发展。”

  走近短时临近预报

  相对于短期、中期、长期预报而言,短临预报在天气预报领域中是最“年轻”的成员,发展潜力巨大。“与短期预报相比,其预报时效更短,主要集中在0小时到12小时,重头戏在于对中小尺度天气系统,尤其是强对流天气系统的预报。”国家气象中心强天气预报室高级工程师张涛告诉记者。

  相对于大尺度天气系统,强对流天气系统具有生命史短、突发性强等特点。其生命周期短的只有几分钟到几十分钟,最长不过十几个小时。由于生消速度快,因而难以把握。短期预报(预报时效为1天到3天)只能预报强对流天气出现的可能性,却无法预报其所带来的降雨具体落区。但提前1小时到2小时的短临预报,却可以清楚捕捉到系统所在位置,从而能够预报出降雨的落区。

  张涛说:“提前数小时发布预警预报,告知公众哪里会有降水出现,哪里降水量较大,就是短临预报所独有的功能。如针对一个村庄的预报,当我们提前数小时在河流上游捕捉到强对流天气系统的踪迹并发现其影响时,就可以提前几小时预判河流下游地区在未来数小时内是否会发生洪涝?并发出预警让下游的居民及时撤离。”

  这样的实例不胜枚举。今年8月9日,四川省丹巴县东谷乡发生了历史罕见的特大泥石流灾害,由于提前6小时收到气象局发布的暴雨预警信息,群众迅速撤离,创造了零伤亡的奇迹。

  我国短时临近预报现状

  “最近20年,我国短时临近预报已经有了质的飞跃。”张涛介绍,这首先表现在探测手段愈加先进。以往,中国气象局主要的观测手段是依靠间隔数百公里的气象观测站。它们只能观测到如蒙古高压等跨越数千公里的大尺度系统。“而今,我们已经有了先进的短临探测手段,包括雷达、卫星、加密自动气象站、闪电定位仪等。”张涛说。尤其是上世纪90年代以后,我国开始建设新一代多普勒天气雷达站网。它们如同遍布各地的“千里眼”,时刻捕捉着藏匿于其中的中小尺度天气系统。此外,卫星的分辨率和探测精度也有很大提升,以风云2号静止卫星为例,过去是半小时到1小时获得一张全球图像,现在由于双星同时工作,可以每间隔15分钟获得一张图像,在特殊时期(如台风登陆时)启动加密观测时,甚至可以对特定区域进行数分钟一次的加密观测。这些观测仪器的升级,都为短临预报技术的进步奠定了坚实的基础。

  监测技术的提高使得预报员对于中小尺度天气系统的物理机理有了更加全面的了解,有助于提高预报的准确性。“这是层层递进的关系。”张涛说。

  随着监测手段的改进,与新探测结果相关联的一些技术和学科得以发展,如卫星气象学、雷达气象学等。由其衍生的各种预报技术的进步同样推动着短临预报的发展。如运动学外推预报技术以及高分辨率中尺度数值预报模式的发展进步都可归为其中。

  目前,短临预报的精度已经达到乡镇级。在城市,预报的精细化程度可以达到10公里乘10公里,对于雷达上能够识别出的降水云团,甚至可以精确到几公里的范围之内。

  短时临近预报“瓶颈”何在

  目前,短临预报仍然是全球范围内的一个难题。“短临预报所‘号诊’的中小尺度天气系统,尤其是对流性天气系统机理复杂,时空尺度较小,经常会造成‘十里不同天’的状况,给预报带来极大困难。”张涛说。这种状况会给预报带来三大挑战:探测难、读懂难、预报难。虽然已经拥有了高分辨率探测手段,然而每种手段都有其自身的局限,如卫星监测是“俯视”状态,只能“看到”系统上表面的面貌;雷达系统尽管可以“近身”,然而也存在探测上的盲区和远距离信号衰减等问题。“一叶障目不见泰山的情形在雷达观测中十分常见。任何探测手段都有局限性,而中小尺度天气系统‘身材’较小,要素变化剧烈,这些特点都使得对其精确探测难上加难。”

  目前,对于中小尺度天气系统的复杂物理机制还没有完全掌握,只是部分了解,加之探测难度大,进一步增加了读懂它的难度。

  探测难、读懂难造成精确预报难上加难。不了解何种物理规律支配它,就无从准确预报。

  “近20年来,我们虽然已经有了长足的进步,然而和发达国家还有一定差距,主要体现在软件,也就是技术‘应用’方面的差距。”张涛坦言。

  发展前景预览

  张涛说:“今后,我们将以定时、定点、定量作为预报目标,将预报精度从目前的10公里级进一步缩小到公里级,预报的时效从现在的半小时缩小到分钟级。”

  据悉,为了达到这一目标,中国气象局将把推进高分辨率中尺度数值预报模式的发展作为重要目标之一,使得未来的数值预报可以模拟分辨率在1公里甚至分辨率更小的天气要素。而高分辨率中尺度数值预报模式的发展还需要各种技术的配套支持,如观测手段的提高:未来将会对多普勒雷达以及卫星进行升级换代;对物理机制进行更为深入的研究等等……

  随着短临预报技术的发展,结合其他现代通信等技术发展的成果,人们可以随时随地通过移动终端了解天气的须臾变化。举例来说,公众可以提前更长时间预知中小尺度天气的危害和变幻,留出更加充裕的避险时间;通过移动终端,户外开车族可以提前数小时了解到哪一路段未来可能会有雷暴或强降水出现,绕道而行;“靠天吃饭”的农民可以通过短临预报及时探知天气的瞬息变幻,采取科学的生产措施。

  “未来,随着短临预报技术的发展,其影响必将渗透到国民经济的方方面面,为百姓生活品质的提升带来‘福利’。”张涛说。

解决 方案

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      该系统可以方便的嵌入到APP、网站、微信中,实现多形式表述与快速传播,提高气象服务能力,方便广大不同需求公众用户多渠道、主动、迅速、方便地获取最及时、准确的气象信息。

主要有三部分组成:气象数据库、基于C/S架构的气象数据实时同步系统、基于B/S架构的气象微网。通过建立统一的气象数据库,使原本零散的数据实现统一,方便系统维护,所有数据(包括预报数据、观测数据等)通过数据实时同步系统统一入库。
目前主要功能有:天气监测、预报预警、天气服务等三大模块;
天气监测:实况监测、风力监测、气温监测、降水监测、卫星云图、雷达回波、台风路径。
预报预警:72小时预报、短期天气、七天预报、指数预报、景区天气、预警信号。
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根据气象行业数据特点,特别是气象观测数据、预报数据、服务产品、社会经济数据、业务支撑数据等,形成一个标准化的公共气象服务综合数据库,实现了省、市、县三级数据、产品的同步和共享,应用可定制的多种分发传输策略,达到了高效传输、稳定传输、智能传输的目标要求,并具有可扩展性,可解决气象系统常用的数据传输问题。 
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高效通信,传输效率极高; 
具有安全策略,保证授权传输;
支持多点互传,方便数据分发; 
实现对雷达数据的分析、处理,最终转换成空间数据入库;
可对卫星云图数据处理成图片格式;
量身定制,适合气象数据同步。

县级气象综合业务服务系统以自动化采集与共享的融合数据为基础,以县级气象局各岗位的工作内容为中心,以各岗位工作的实际 IT 需求为指导,充分整合现有业务系统,实现县级气象局全面的数据融合、业务融合,以实现县级气象业务和气象服务的集约化管理。系统在纵向延伸上,实现向上与国家局、省局、市局的数据对接,向下打通与终端受众群体的信息发布渠道;在横向延伸上,实现县级政府各部门横向融合的预警发布平台、防灾减灾指挥平台。

1、观测要素:能够实现调阅所有气象站的逐时天气实况, WEBGIS地图上展示多要素显示或单要素观测数据(要素可选),可显隐站点信息(站号、站名),同时提供列表数据,可进行查询和统计;同时可针对雨量、温度、风力、气压等形成相应的色斑图。
2、雷达资料:显示最新的雷达回波并叠加到Gis地图,可实现对雷达回波图的放大、缩小功能,并且能过滤指定强度雷达回波;可以按时间段查询历史数据,用户还可动画演示雷达图变化过程;达到阈值(可设置)时进行报警,主要以声音形式为主。
3、卫星资料:显示最新的卫星云图并叠加到Gis地图,可实现对卫星云图的放大、缩小功能;可以按时间段查询历史数据,用户还可动画演示雷达图变化过程;

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