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为冬奥气象预报打磨“利器”
中央气象台研究精细化赛事预报预警技术 研发多个预报产品

发布时间:2022年01月10日 来源:中国气象报社

  2021年初,中央气象台成立冬奥技术攻坚团队,在“智慧冬奥2022天气预报示范计划”第一次技术横向评测中,多项产品检验效果突出,获得了参加2022年北京冬奥会气象保障技术支撑正式资格!

  “不断优化、不断改进,研发出更好的客观预报产品,成为预报员判断天气趋势的‘利器’,为预报员提供更优的预报起点。”中央气象台冬奥预报技术保障团队技术负责人代刊说。

  技术比拼——满足冬奥高精准预报需求

  与夏季奥运会相比,冬奥会更加依赖气象条件,主要体现在户外赛场环境往往更复杂,影响赛事的气象要素预报难度更大,赛事开展对预报时间精细度要求高。以高山滑雪赛道为例,赛场环境水平距离短、垂直落差大。海拔落差每一百米,气象环境就有天壤之别;翻过一道山梁,又是另一番光景。

  对于预报来说,则会面临山区复杂地形下“一天变四季”“十里不同天”的考验,站点预报以及常规的网格差值预报难以满足赛事保障需求。不同的比赛项目又对气象条件阈值有不同的要求,因此,要对风、气温、能见度、雨雪相态等要素进行监测预报。特别是雪上项目赛道风场突变性强,太阳多晒一会儿,或者一朵云飘过来,都会让风发生变化。运动员在高速下滑过程中,极易受到赛道突变的纵风及横风影响。

  纵观历届冬奥会气象服务保障,国际上并没有成熟的、完全适用于北京冬奥会的可移植技术方案。因此,北京冬奥会气象服务保障挑战大、科技攻关难度高,很多技术可以说是从零起步。

  2020年3月,中国气象局启动“智慧冬奥2022天气预报示范计划”(以下称“示范计划”),征集国内优秀高分辨率区域数值天气模式和人工智能等客观预报技术、方法和系统。预报示范内容,以提供预报员直接参考的地面气象要素预报产品为主。在此过程中,团队人员不断深化对赛区天气基本规律的认识,加大对模式释用、概率预报等针对性的技术开发;强化数值预报解释应用技术,研究精细到比赛场馆及赛道不同地点的赛事气象风险预报预警技术,从而提高冬奥运天气预报保障能力。

  精准研发——让客观预报产品更精细

  中央气象台在现有网格预报技术基础上升级改进相关产品,在预报时空分辨率、预报产品类型、高影响天气等方面提供全方位的技术支撑。

  在空间上,针对冬奥赛事地形,中央气象台将国家级格点预报分辨率由5公里提高至1公里,以更加精细化的方式覆盖冬奥赛场。不仅如此,攻坚技术团队还对赛事决策重点关注的赛场预报开展有针对性的预报优化,针对赛场不同的地理环境,分别构建了赛场天气预报模型,提供精准到点的最优预报。

  在时间上, 攻坚技术团队完成了覆盖0至15天全时段多类型预报技术研发支撑,包括临近时效的分钟级逐小时滚动更新预报、短期时段的小时级预报、中期时段的逐3小时预报及延伸期逐6小时预报。

  在产品类型上,技术团队全面支撑多类型气象要素预报产品,包括降水(雪)、积雪深度、降水相态、平均风、阵风、气温、能见度、沙尘、PM2.5等。

  针对赛事高影响天气,中央气象台完成了相应的技术强化工作,比如对高山赛场大风预报影响因素构成分析、更新阵风技术;对异常气温出现的成因诊断,完善客观预报模型构建逻辑;研发对灾害性和极端天气的早期辨识和风险预报等。

  天气预报室“科技冬奥”重点专项科研团队从三个方面进行技术和产品研发:一是针对冬奥赛区研发雨雪相态和新增积雪客观产品;二是开发冬奥赛区赛道级集合预报产品,为冬奥会预报服务提供概率预报产品;三是基于概率预报开发极端天气影响产品和冬奥赛事风险阈值影响产品。

  应用沉淀——为研究型天气业务提供技术路线

  针对示范计划第一次技术横向评测中暴露出的不足,中央气象台开展了多轮技术讨论和协作研发,完成高山站点针对性改进、短临支撑产品强化研发、实时业务运行测试等多方面工作。

  “受限于数值预报的分辨率,预报模式对于小范围的局地特征很难描述出来,我们的工作就是帮助模式把这些精细特征描述出来,从技术上解决预报难题。”代刊说。

  比如,对山地阵风预报的难点,攻坚团队通过调研诸如背风坡大风回流、静风天气局地热力循环等概念模型,制定基于天气学过程机理逻辑的预报技术方案,最终通过团队协作完成支撑技术的研发,并取得了良好的预报效果。

  “传统客观预报方法的弱项体现在对异常或极端天气的捕捉能力较弱,这就需要研发人员把对天气形势的理解加入到模型中进行再优化,从而让预报员找到更多指标,成为预报的参考依据。”代刊说,示范计划最新检验表明,对户外赛事影响最大的阵风预报,较其他同类型产品有超过20%的性能优势。

  在“相约北京”冬奥测试赛期间,攻坚技术团队基于大数据云平台所提供的统一方式数据支撑,持续改进更新机器学习算法模型和可视化产品,重点针对多类型风要素预报进行了强化模型训练和精细化预报及检验,并实时改进可视化产品。

  冬奥支撑技术的研发,全程由预报员完成,是一次研究型业务的宝贵实践。预报员一方面利用自身对天气学的认知理解,一方面学习应用预报新技术,将预报员的思维逻辑过程固化在客观预报技术之中,实现预报员经验、保障需求与技术研发有机结合。

  随着冬奥支撑技术应用成果和经验的沉淀,其将对智能网格预报业务形成反哺,为未来预报技术研发提供发展思路。(申敏夏 宫宇)

  (责任编辑:张林)

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