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為冬奧氣象預報打磨“利器”
中央氣象臺研究精細化賽事預報預警技術 研發多個預報產品

發布時間:2022年01月11日 來源:中國氣象報社

2021年初,中央氣象臺成立冬奧技術攻堅團隊,在“智慧冬奧2022天氣預報示范計劃”第一次技術橫向評測中,多項產品檢驗效果突出,獲得了參加2022年北京冬奧會氣象保障技術支撐正式資格!

“不斷優化、不斷改進,研發出更好的客觀預報產品,成為預報員判斷天氣趨勢的‘利器’,為預報員提供更優的預報起點?!敝醒霘庀笈_冬奧預報技術保障團隊技術負責人代刊說。

技術比拼——滿足冬奧高精準預報需求

與夏季奧運會相比,冬奧會更加依賴氣象條件,主要體現在戶外賽場環境往往更復雜,影響賽事的氣象要素預報難度更大,賽事開展對預報時間精細度要求高。以高山滑雪賽道為例,賽場環境水平距離短、垂直落差大。海拔落差每一百米,氣象環境就有天壤之別;翻過一道山梁,又是另一番光景。

對于預報來說,則會面臨山區復雜地形下“一天變四季”“十里不同天”的考驗,站點預報以及常規的網格差值預報難以滿足賽事保障需求。不同的比賽項目又對氣象條件閾值有不同的要求,因此,要對風、氣溫、能見度、雨雪相態等要素進行監測預報。特別是雪上項目賽道風場突變性強,太陽多曬一會兒,或者一朵云飄過來,都會讓風發生變化。運動員在高速下滑過程中,極易受到賽道突變的縱風及橫風影響。

縱觀歷屆冬奧會氣象服務保障,國際上并沒有成熟的、完全適用于北京冬奧會的可移植技術方案。因此,北京冬奧會氣象服務保障挑戰大、科技攻關難度高,很多技術可以說是從零起步。

2020年3月,中國氣象局啟動“智慧冬奧2022天氣預報示范計劃”(以下稱“示范計劃”),征集國內優秀高分辨率區域數值天氣模式和人工智能等客觀預報技術、方法和系統。預報示范內容,以提供預報員直接參考的地面氣象要素預報產品為主。在此過程中,團隊人員不斷深化對賽區天氣基本規律的認識,加大對模式釋用、概率預報等針對性的技術開發;強化數值預報解釋應用技術,研究精細到比賽場館及賽道不同地點的賽事氣象風險預報預警技術,從而提高冬奧運天氣預報保障能力。

精準研發——讓客觀預報產品更精細

中央氣象臺在現有網格預報技術基礎上升級改進相關產品,在預報時空分辨率、預報產品類型、高影響天氣等方面提供全方位的技術支撐。

在空間上,針對冬奧賽事地形,中央氣象臺將國家級格點預報分辨率由5公里提高至1公里,以更加精細化的方式覆蓋冬奧賽場。不僅如此,攻堅技術團隊還對賽事決策重點關注的賽場預報開展有針對性的預報優化,針對賽場不同的地理環境,分別構建了賽場天氣預報模型,提供精準到點的最優預報。

在時間上, 攻堅技術團隊完成了覆蓋0至15天全時段多類型預報技術研發支撐,包括臨近時效的分鐘級逐小時滾動更新預報、短期時段的小時級預報、中期時段的逐3小時預報及延伸期逐6小時預報。

在產品類型上,技術團隊全面支撐多類型氣象要素預報產品,包括降水(雪)、積雪深度、降水相態、平均風、陣風、氣溫、能見度、沙塵、PM2.5等。

針對賽事高影響天氣,中央氣象臺完成了相應的技術強化工作,比如對高山賽場大風預報影響因素構成分析、更新陣風技術;對異常氣溫出現的成因診斷,完善客觀預報模型構建邏輯;研發對災害性和極端天氣的早期辨識和風險預報等。

天氣預報室“科技冬奧”重點專項科研團隊從三個方面進行技術和產品研發:一是針對冬奧賽區研發雨雪相態和新增積雪客觀產品;二是開發冬奧賽區賽道級集合預報產品,為冬奧會預報服務提供概率預報產品;三是基于概率預報開發極端天氣影響產品和冬奧賽事風險閾值影響產品。

應用沉淀——為研究型天氣業務提供技術路線

針對示范計劃第一次技術橫向評測中暴露出的不足,中央氣象臺開展了多輪技術討論和協作研發,完成高山站點針對性改進、短臨支撐產品強化研發、實時業務運行測試等多方面工作。

“受限于數值預報的分辨率,預報模式對于小范圍的局地特征很難描述出來,我們的工作就是幫助模式把這些精細特征描述出來,從技術上解決預報難題?!贝f。

比如,對山地陣風預報的難點,攻堅團隊通過調研諸如背風坡大風回流、靜風天氣局地熱力循環等概念模型,制定基于天氣學過程機理邏輯的預報技術方案,最終通過團隊協作完成支撐技術的研發,并取得了良好的預報效果。

“傳統客觀預報方法的弱項體現在對異?;驑O端天氣的捕捉能力較弱,這就需要研發人員把對天氣形勢的理解加入到模型中進行再優化,從而讓預報員找到更多指標,成為預報的參考依據?!贝f,示范計劃最新檢驗表明,對戶外賽事影響最大的陣風預報,較其他同類型產品有超過20%的性能優勢。

在“相約北京”冬奧測試賽期間,攻堅技術團隊基于大數據云平臺所提供的統一方式數據支撐,持續改進更新機器學習算法模型和可視化產品,重點針對多類型風要素預報進行了強化模型訓練和精細化預報及檢驗,并實時改進可視化產品。

冬奧支撐技術的研發,全程由預報員完成,是一次研究型業務的寶貴實踐。預報員一方面利用自身對天氣學的認知理解,一方面學習應用預報新技術,將預報員的思維邏輯過程固化在客觀預報技術之中,實現預報員經驗、保障需求與技術研發有機結合。

隨著冬奧支撐技術應用成果和經驗的沉淀,其將對智能網格預報業務形成反哺,為未來預報技術研發提供發展思路。(申敏夏 宮宇)

(責任編輯:張林)


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