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天气预报又调皮了?这个“智囊团”助力天气预报更精准

严偲偲 项目来啦 2019-07-01





天气预报和人们的日常生活密切相关,其准确度也成为了关注的焦点。有时候天气预报告诉你:



当你收了衣服带了伞,做好“全副武装”后,第二天,说好的暴雨却没有来……



为什么天气预报有时候不准?天气预报到底难在哪里?带着这个疑问“项目来啦”约访了中国科学院深圳先进技术研究院(以下简称“深圳先进院”)高性能计算研究中心的环境气象团队。


△ 深圳先进院高性能计算研究中心的环境气象团队


深圳先进院高性能计算研究中心与深圳市气象局的科研合作始于2009年,通过与市气象局预报员长期深层的交流,紧扣气象局的实际业务需求,目前深圳先进院环境气象团队在台风强度、风雨定量、“回南天”预报等方面展开了卓有成效的科学研究。李晴岚博士和她的团队向记者介绍了天气预报背后的科学原理,以及与气象局合作研发的多项科学技术手段。


针对记者的问题,李晴岚博士从研究角度提到了两点原因:


第一是蝴蝶效应,“天气演变过程具有随机性,一些微小的扰动没有捕捉到,都会导致预测结果的差异。即便是目前最先进的计算机模式,也无法囊括所有自然物理过程,因此想做出完全准确的天气预报是不太可能的。”



第二是区域差异,所谓“东边日出西边雨”,即便在同一城市范围内,不同区域的天气状况有时也会截然不同,在这种情况下,无论预报下雨还是不下雨,都会给部分人“不准”的感觉。


总而言之,大气运动是个相当复杂的过程,不免存在一定误差,而如何减小误差,帮助天气预报变得更加精准,便是深圳先进院环境气象团队研究的重点。


气象局是如何预测天气的?


据了解,数值天气预报是目前短期预报的最主要方法。所谓数值天气预报,是指在一定初值条件下,通过大型计算机作数值计算,以得出描写天气演变过程的预报模型。


目前我国天气预报主要参考的模式包括欧洲中期天气预报中心(ECMWF)、日本气象厅(JMA)和中国气象局自主研发(GRAPES)模式。


△ ECMWF的数值天气预报处于世界一流水平,预报模式被许多国家所采用。(图源:ECMWF)


“气象局预报天气时通常会根据历史经验和预报员的分析,选择其中一种模式进行参考,但每种模式之间有时差异较大,对不同的天气形势会有不同的表现。”李晴岚告诉记者,针对这一特点,深圳先进院正在研发多模式集成预报系统,以弥补单一模式预报的不足。


△ 多模式集成预报强降水过程,可清晰反应不同时间点各地区的降水情况。(图源:深圳先进院)


“目前集成了EC模式、JMA模式,将来还会加入GRAPES模式,根据每个模式过去的预测与实际观测情况进行比较、评估和订正,并分配不同的权重,综合各个模式的性能,帮助气象局得出更加准确的预报。”


据李晴岚介绍,现阶段做到了逐三小时预报,空间上精确到12公里,后续将进一步提高多模式集成预报系统空间和时间精度。


除了日常天气预报的研究外,环境气象团队还与深圳市气象局深度合作,针对深圳地区特有的天气情况展开了一系列研究,其中在台风风雨预报领域取得了显著的成果。


李晴岚告诉记者,台风的风雨定量是一个世界性难题,为了能更准确地预估台风带来的影响,她搜集了多年的台风历史数据,包括深圳盐田港、蛇口码头、妈湾港建站以来的小时气象观测数据,香港天文台、长洲岛、横澜岛1958年到2014年的小时观测数据,针对历史台风的不同强度、方位、距离、尺寸建立数据库后,未来再有台风登陆时,就可以参照数据库的样本,通过分析比对,预报出台风对该地区的风雨影响。


△ 台风降雨影响预估模块对台风“卡努”的降雨影响进行预估。(图源:深圳市气象局)


该项研究成果已于2012年被开发成模块,纳入了深圳市气象局热带气旋综合业务平台,在台风季被预报员频繁使用参考。


此外,由于深圳港口码头群密集,台风对其业务运行影响巨大,多年来,团队针对盐田港、妈湾港、蛇口码头等地区做了精细化的台风预报研究,以降低台风造成的经济损失。


△ 针对盐田港的研究成果已开发成台风强风预估模块。(图源:深圳市气象局)


“回南天”是另一个南方地区独有的天气现象。每年冬去春来,乍暖还寒时,墙面地板开始冒水珠,晾不干的衣服可绕地球三圈……



但是,不用担心,“回南天”也能预测了!李晴岚博士道出了其中的奥秘。


“‘回南天’其实和叶子上露水的形成原理相同,当3-4月天气温度骤然回暖时,建筑物表面的温度还很低,而空气湿度和温度都升高了,当露点温度高于建筑温度时,暖湿气流就会在建筑表面凝结,起水珠。”



2012年初市气象局就提出预报“回南天”的研究课题。在想明白“回南天”出现的原理后,李晴岚用了不到一年时间做出了“回南天”的预报模型和算法,相关文章发表在了《热带气象学报》,这也是“回南天”预报领域的首篇研究文章,其算法被深圳市气象局作为参考,为广大市民进行“回南天”的预报。



李晴岚博士还传达了一个好消息,那就是根据深圳市气象局的预报和自己的分析,今年深圳或许不会出现“回南天”,“春节后气温逐渐回升,建筑温度也随之缓慢升高,没有出现长时间低温,突然转热的情况,因此从数据测算的角度,今年出现明显‘回南天’的可能性非常小。”


在采访的最后,环境气象团队还透露了一些未来的规划,包括飑线天气、城市热岛和大气环境等方面的研究,并希望和地方气象、水务部门一起,加强东南沿海地区、粤港澳大湾区区域间的合作,将成熟的科研成果应用到更广的范围,并呼吁与香港地区的高校合作,建立一个粤港澳大湾区水文气象大数据联合实验室,为大湾区社会经济发展保驾护航。


李晴岚博士预告,4月初将在深圳举行“智慧城市智慧水(Smart Water for Smart City)”的合作论坛,届时也将与香港方面的科研机构共同交流水文气象研究、预报方面的经验心得。


论坛网址:http://hpcc.siat.ac.cn/swsc/index.html



图文编辑  严偲偲

版式设计  李信服


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