原標題：為了實時天氣預報更精準

　　曾經(jīng)，國內(nèi)只能進行1天至3天的大尺度天氣預報，精細化短時臨近客觀預報業(yè)務系統(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分鐘更新一次預報成為現(xiàn)實，并且成為臨近災害性天氣預警的重要參考。這些技術(shù)創(chuàng)新正讓北京的天氣預報服務越來越“貼身”。

　　1 夏季氣溫預報誤差不超2℃

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

　　北京城市氣象研究院副院長陳敏研究員是數(shù)值天氣預報技術(shù)研發(fā)團隊的學術(shù)首席，她帶領(lǐng)團隊成員引進歐美先進技術(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，其中針對降水預報最核心的是臨近數(shù)值預報集成子系統(tǒng)和短期預報子系統(tǒng)。前者每10分鐘更新一次預報產(chǎn)品，主要關(guān)注未來2小時內(nèi)天氣，是氣象預報員對雷暴等災害性天氣做出臨近預警的重要參考；后者重點關(guān)注未來2-12小時，是短時天氣預報預警的重要參考。

　　陳敏說，數(shù)值天氣預報系統(tǒng)的引進及建立，并不是簡單的復制粘貼，后期需要進行很多技術(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)為北京的天氣預報所用。

　　短時、精準的天氣預報，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，對自動站降水進行地形效應校準，提高了復雜地形條件下，1公里水平分辨率降水分析場的準確度。

　　為了進一步提升預報準確率，睿圖短期預報子系統(tǒng)已經(jīng)陸續(xù)加進了多個衛(wèi)星和多部天氣雷達的觀測資料信息。陳敏透露：“京津冀地區(qū)原來只有7部雷達，從去年開始，全國135部天氣雷達拼圖數(shù)據(jù)半小時更新一次，滿足了睿圖模式實時同化應用的業(yè)務需求。”

　　數(shù)值天氣預報的關(guān)鍵之一是如何把計算機里的大氣狀態(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，預報才能越準確。

　　睿圖短期預報系統(tǒng)運行初期，工作人員發(fā)現(xiàn)預報溫度經(jīng)常出現(xiàn)偏高的問題。陳敏帶領(lǐng)研究團隊根據(jù)計算機模擬的大氣狀態(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?！?/p>

　　目前，北京市氣象臺做的夏季氣溫預報，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。

　　2 冬奧會預報網(wǎng)格細至500米

　　對于北京而言，及時準確的短時臨近天氣預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，夏季的強對流天氣預報一直是難點和重點關(guān)注對象。北京市氣象臺首席預報員于波形容，北京夏季的強對流天氣就像小孩，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下雨。所以需要把握強對流天氣的發(fā)生規(guī)律并摸準它的脾氣。

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

　　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明顯的強對流天氣，并伴有強降雨、大風、冰雹等。在汛期前出現(xiàn)這種天氣，還是比較少的。到了17日當天，通州、密云局地的確出現(xiàn)了強降雨過程，三個小時降雨量超過170毫米，還出現(xiàn)了罕見的大風和強冰雹等局地強對流天氣。

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

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

　　分區(qū)預警、短時臨近天氣預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需求，研究團隊將就深入提升冬季降雪預報能力，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，預報的精細化程度大幅提升。

　　3 北京預報系統(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報的能力和準確度，還帶動了我國北方地區(qū)天氣預報能力的提升。

　　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保障，內(nèi)蒙古選派了研發(fā)團隊全年在北京駐扎，學習睿圖系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，并結(jié)合內(nèi)蒙古的氣候狀況修訂預報產(chǎn)品，提升系統(tǒng)在當?shù)氐念A報準確率。

　　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)的觀測和預報產(chǎn)品，以及相關(guān)技術(shù)充分服務于聯(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，將有力地促進當?shù)財?shù)值預報的發(fā)展。（記者 駱倩雯）

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責任編輯： 黃浩