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            世界主要氣象中心預報業務核心能力量化指標分析

            來源:中國氣象報   發布時間:2018年09月07日14:44
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            中國氣象報記者 賈朋群

              2017年,世界氣象中心(北京)成為第二批被認定的世界氣象中心,使中國成為唯一擁有“世界氣象中心”稱號的發展中國家。世界氣象中心的職責不僅局限于本國,還需在全球氣象發展中發揮“中心”的作用和價值。因此,世界氣象中心核心業務能力的高低,成為考量其含金量的關鍵所在。2018年,中國氣象局開始醞釀制訂到2035年的科技發展規劃,瞄準到2025年和2035年世界主要氣象機構核心能力的發展水平,提升我國關鍵預報技術水平。這也是本文分析當今全球主要模式預報業務核心能力量化指標的目的和意義所在。

              數值天氣預報(NWP)全球業務模式核心指標目前業務數值天氣預報全球模式主要基于初始時間概率分布函數估計模型,通過集合系統對天氣演變進行預報。先進的全球集合預報系統大約有20到50個成員,模式的水平分辨率在9至50公里,垂直層數為100層左右。預報系統性能領先的歐洲中期天氣預報中心(ECMWF),其模式水平分辨率達9公里,垂直層數137層,預報時效在10至15天之間。

              

              全球主要氣象中心預報指標的演變和相互比較顯示,ECMWF本世紀以來的發展趨勢具有一定代表性,都趨于變緩但一直保持進步。ECMWF在最新的2016年至2025年戰略中,在預報方面明確提出了“2+4+1”戰略,即到2025年,高影響天氣的有效集合預報提前2周;大尺度形勢和機制轉化預報提前4周;全球尺度異常預測提前1年。而未來5年美國國家環境預報中心(NCEP)部分預報系統的升級情況的主要特征為:分辨率進入10公里,區域模式和預警服務進入1到3公里,集合成員數穩定在20到30個,最長預報時段超過1年,達到15個月。

              依據對NWP過去進步幅度的量化估計,同時參考各種戰略給出的估計,我們可以對天氣預報領域一些核心指標未來進步的可能幅度做出初步估計。例如,ECMWF和NCEP對500百帕位勢高度預報時效約每10年提高近2天,目前主要預報指標時效大約6.7天,預計2025年和2035年預報時效將提高到8和10天;ECMWF高分辨率模式系統預報時效最近10年從大約6.0天提高到6.8天,預計2025年和2035年時效提高到7.6天和8.4天;ECMWF最近10年溫度和降水預報時效的增加在0.8到2天之間,10年進步在1到2天之間,將全面接近和進入10天有效性階段。

              不同目標天氣氣候模式能力的比較和發展趨勢除了業務天氣氣候預報模式整體能力的核心指標,針對特殊的預報因素或預報區域,不同模式的能力如何,同樣是重要的模式性能衡量和選擇的要素。

              

              根據世界氣候研究計劃和世界氣象組織共同建立的數值試驗工作組(WGNE)對2004年到2014年主要NWP業務模式的熱帶氣旋(TC)路徑預報的評估和比較,三個位置誤差相對較小的NWP中心,ECMWF、NCEP和英國氣象局(UKMO)5日預報誤差平均每年改進了14.5公里,而22年間ECMWF的TC路徑確定性預報時效大約提前了2.5天。

              縱觀未來趨勢,天氣和氣候模式的發展,主要以業務預報需求為導向。在當前預報時效已經接近可預報性極限的情況下,NWP領域發展必然會借助新手段和新思路,開發新產品。例如,今年ECMWF在其模式輸出端推出3個新預報場——閃電、總水汽輸送和最大對流有效位能,提升了服務(如閃電)和天氣診斷(如總水汽輸送和對流有效位能)利用的可能。此外,天氣相關數據的潛在來源將繼續急劇增長,人工智能等創新科技應用于天氣氣候預報將使氣象機構和相關公司更好地利用這些數據。例如,美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)已經利用機器學習改進了冰雹、雷暴、龍卷風和颶風等高影響天氣的預報。

              據估計,未來5年到10年,全球NWP業務模式分辨率將達到公里尺度。ECMWF擬定的戰略目標是,到2025年以5公里的分辨率進行全球集合預報。

              (來源:《中國氣象報》2018年9月6日三版 責任編輯:李慧)

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