世界主要气象中心预报业务核心能力量化指标分析

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2018-10-03

中国气象报记者贾朋群  2017年,世界气象中心(北京)成为第二批被认定的世界气象中心,使中国成为唯一拥有“世界气象中心”称号的发展中国家。 世界气象中心的职责不仅局限于本国,还需在全球气象发展中发挥“中心”的作用和价值。 因此,世界气象中心核心业务能力的高低,成为考量其含金量的关键所在。 2018年,中国气象局开始酝酿制订到2035年的科技发展规划,瞄准到2025年和2035年世界主要气象机构核心能力的发展水平,提升我国关键预报技术水平。

这也是本文分析当今全球主要模式预报业务核心能力量化指标的目的和意义所在。   数值天气预报(NWP)全球业务模式核心指标目前业务数值天气预报全球模式主要基于初始时间概率分布函数估计模型,通过集合系统对天气演变进行预报。

先进的全球集合预报系统大约有20到50个成员,模式的水平分辨率在9至50公里,垂直层数为100层左右。 预报系统性能领先的欧洲中期天气预报中心(ECMWF),其模式水平分辨率达9公里,垂直层数137层,预报时效在10至15天之间。     全球主要气象中心预报指标的演变和相互比较显示,ECMWF本世纪以来的发展趋势具有一定代表性,都趋于变缓但一直保持进步。 ECMWF在最新的2016年至2025年战略中,在预报方面明确提出了“2+4+1”战略,即到2025年,高影响天气的有效集合预报提前2周;大尺度形势和机制转化预报提前4周;全球尺度异常预测提前1年。 而未来5年美国国家环境预报中心(NCEP)部分预报系统的升级情况的主要特征为:分辨率进入10公里,区域模式和预警服务进入1到3公里,集合成员数稳定在20到30个,最长预报时段超过1年,达到15个月。   依据对NWP过去进步幅度的量化估计,同时参考各种战略给出的估计,我们可以对天气预报领域一些核心指标未来进步的可能幅度做出初步估计。

例如,ECMWF和NCEP对500百帕位势高度预报时效约每10年提高近2天,目前主要预报指标时效大约天,预计2025年和2035年预报时效将提高到8和10天;ECMWF高分辨率模式系统预报时效最近10年从大约天提高到天,预计2025年和2035年时效提高到天和天;ECMWF最近10年温度和降水预报时效的增加在到2天之间,10年进步在1到2天之间,将全面接近和进入10天有效性阶段。

  不同目标天气气候模式能力的比较和发展趋势除了业务天气气候预报模式整体能力的核心指标,针对特殊的预报因素或预报区域,不同模式的能力如何,同样是重要的模式性能衡量和选择的要素。     根据世界气候研究计划和世界气象组织共同建立的数值试验工作组(WGNE)对2004年到2014年主要NWP业务模式的热带气旋(TC)路径预报的评估和比较,三个位置误差相对较小的NWP中心,ECMWF、NCEP和英国气象局(UKMO)5日预报误差平均每年改进了公里,而22年间ECMWF的TC路径确定性预报时效大约提前了天。

  纵观未来趋势,天气和气候模式的发展,主要以业务预报需求为导向。

在当前预报时效已经接近可预报性极限的情况下,NWP领域发展必然会借助新手段和新思路,开发新产品。

例如,今年ECMWF在其模式输出端推出3个新预报场——闪电、总水汽输送和最大对流有效位能,提升了服务(如闪电)和天气诊断(如总水汽输送和对流有效位能)利用的可能。

此外,天气相关数据的潜在来源将继续急剧增长,人工智能等创新科技应用于天气气候预报将使气象机构和相关公司更好地利用这些数据。

例如,美国国家海洋和大气管理局(NOAA)已经利用机器学习改进了冰雹、雷暴、龙卷风和飓风等高影响天气的预报。   据估计,未来5年到10年,全球NWP业务模式分辨率将达到公里尺度。

ECMWF拟定的战略目标是,到2025年以5公里的分辨率进行全球集合预报。   (来源:《中国气象报》2018年9月6日三版责任编辑:李慧)。