城市内涝预警预报系统研发及应用

城市内涝问题具有成因多元、影响面广的特点,是基础性社会问题。分析了城市内涝的成因,提出通过信息化手段提升城市内涝灾害应对能力。构建基于内涝实时物联感知、数据汇聚、数学模型预报、大数据分析、水利数字孪生的城市内涝预警预报系统,并在宁波市进行了应用。通过搭建“天基”监测预警、“落地雨”监测预警、内涝预报预警、内涝成因分析、内涝影响评估等功能模块,实现了城区内涝的精准模拟、风险图的在线绘制以及内涝损失的高效评估,有力支撑了城市暴雨内涝灾害预报预警,提升了城市内涝风险管控能力。

基于GPU并行计算和WebGIS的潖江蓄滞洪区洪水预报系统研究

洪水预报所采用的数值模拟涉及大量计算,模拟的结果需经多种专用软件处理后才能展示给用户,操作繁琐,无法满足蓄滞洪区防洪调度及应急抢险处置中迅速做出响应的需求。该文提出了基于GPU并行计算和WebGIS的洪水预报系统,旨在提高洪水计算的效率,延长预见期,并实现洪水演进的可视化。该系统基于最新的GPU加速的计算方法,利用GPU强大的浮点数运算能大幅提高洪水计算的效率,结合WebGIS技术,将水文-洪水演进模型的计算结果与水利底图无缝连接,以图表、图像和动画等形式直观展示洪水演变过程,使决策人员能直观地掌握蓄滞洪区洪水的演变过程,可为潖江蓄滞洪区的调度运用和防洪抢险提供帮助。

融合物理理解与模糊逻辑的分类强对流客观短期预报系统:(1)系统构成

提供准确的雷暴、短时强降水、雷暴大风和冰雹客观短期预报产品,对提高预报预警的预见期,及早采取有针对性的预防措施有重要意义。基于对四类强对流天气现象物理成因理解,给出了由国家气象中心牵头研发,融合模糊逻辑人工智能方法的分类强对流客观短期概率预报系统的流程框架和实现方法,详细介绍了该系统的结构特征,以及系统中用于雷暴、短时强降水、雷暴大风和冰雹四类强对流天气预报模型构建的关键预报因子、隶属度函数获取方法和权重因子配置等信息,并在此基础上探讨了物理理解与模糊逻辑人工智能相融合方法具有广泛适用性的本质,可以表征产生特定强对流天气现象的环境配置的多样性和复杂性。

融合物理理解与模糊逻辑的分类强对流客观短期预报系统:(2)表现评估

本文对分类强对流客观短期概率预报系统2022年6月13日强对流过程预报产品的表现进行分析,基于2022年的雷暴、短时强降水、雷暴大风及冰雹客观概率预报产品和可用的分类强对流监测实况资料,结合强对流预报业务中使用的空间检验方法和常用的确定性及概率性检验指标,对该短期预报系统提供的四类强对流天气客观概率预报产品进行了详细的性能评估。用于评估的预报资料是时段为2022年4月1日至9月30日每天08时(北京时)起报,96 h内逐12 h间隔的预报产品。预报个例分析显示,四类产品均可提前24 h指示需要关注的强对流天气区域。统计检验结果表明,短时强降水各方面性能最好,其次是雷暴,雷暴大风也有一定的可参考性。四类强对流天气预报产品均存在预报概率与实况频率相比偏高的过度预报问题。雷暴、短时强降水和雷暴大风预报产品均存在与预报覆盖时效有关的日变化。评估结果为预报模型和系统后续改进发展奠定了基础,为应用基于融合物理理解与模糊逻辑人工智能方法的分类强对流预报产品提供了有益参考。

基于气象因素的地质灾害预警预报系统探析

地质灾害预警预报系统是防灾减灾的重要手段之一。高效、准确的预警系统能够及时为政府部门和公众提供准确的灾害信息,帮助人们做出正确的应对决策,从而有效降低灾害造成的人员伤亡和财产损失。分析了气象因素在地质灾害预警中的重要性,介绍了预警预报系统的建设目标与工作流程,探讨了地质灾害预警预报系统的构建措施、优化方向。

基于光流法的终端区对流临近预报系统的实现与应用

利用Sparse SD、Sparse、Dense及Dense Rotation 4种光流算法,以乌鲁木齐机场多普勒雷达组合反射率基数据为外推数据源,实现了乌鲁木齐机场终端区组合反射率临近2 h外推预报,并构建了外推产品与闪电、自动气象站、航迹、航路等数据融合显示的WebGIS系统,为战术阶段的航空用户决策提供及时、丰富的临近预报产品。客观检验表明,外推预报的Dense、Dense Rotation算法在前60 min的预报具有较好参考价值,可为战术阶段运行决策、飞机合理绕飞雷雨等危险复杂天气、重要天气复盘等提供数据支撑。

美国统一预报系统研发进展和展望

简要阐述了美国研发下一代统一预报系统的背景、目标和主要进展,总结了其采用的开放式研发机制和取得的初步成效;分析了新形势下中国数值预报模式研发面临的机遇和挑战;借鉴美国的经验提出对中国数值预报模式研发的启示。

国内外极地海冰业务化预报系统概述

在全球气候变暖和北极海冰快速减少背景下,极地海冰预报发挥着越来越重要的作用。提高极地海冰预报能力是极区船只航行以及极区能源开发与保护等许多领域和方面的重要保障。近年来,各国发展并建立极地海冰预报系统,极地海冰业务化预报取得了显著进展。通过对海冰数值动力模拟进行模型开发、检验和验证,使模式结果不断向观测值靠拢,以实现灵活、强大的海冰模拟的目标,提高对极地海冰演化的预测。我国的极地海冰业务化预报系统在准实时同化海冰密集度和海冰厚度的基础上,实现了卫星观测海洋表面温度数据的融合,解决了极区观测变量数据同化技术中海冰-海洋界面物质和能量的协同调整的难题,为极地科考和商业航行提供更精细化、更准确的海冰预报服务能力。文中简要介绍国内外极地海冰业务化预报系统的现状,并展望了未来发展的难点与问题。

基于TSP303预报系统的复杂地质条件下地震波反射法定额研究

超前地质预报定额是建设单位在项目实施阶段进行投资控制的重要基础。地震波反射法作为超前地质预报主要手段之一,具有实施投入大等特点,有必要基于目前最常用的TSP303预报系统,研究复杂地质条件下地震波反射法定额。本文通过现场写实记录、统计分析等方法,记录地震波反射法施作现场人工、材料、机械消耗情况,分析形成正常条件下合理的施工组织模型,从而测定定额人工、材料、机械消耗量。同时,参考现行造价标准等相关文件,分析人工和机械台班单价,研究确定地震波反射法(TSP303)定额,为建设单位合理确定单价提供参考。

长江三峡和荆江暴雨临近预报系统设计

本文设计了一种暴雨临近预报系统,它以数字化雷达资料为主,用客观外推方法确定回波系统未来位置,用概念模式和预报员经验来修正回波系统未来的强度,得到准客观预报结果。

南岭山地高速公路雾区能见度预报系统

在研究南岭山地浓雾的气候规律,开展了2次多学科综合野外观测,对典型个例进行了天气学分析、雾的宏观结构特征分析、雾的微物理特征分析,在利用数值试验分析了雾生成的物理机制等研究的基础上,研制开发了4种南岭山地京珠高速公路云岩雾区的能见度预报方法,包括：中尺度数值模式产品释用方法、结构预测方法、天气学指标预报方法和动态统计预报方法；并研制了相应的自动化程度高的预测预报系统,与京珠高速公路粤境北段通车同步投入准业务运行,使用雾区路段的5套自动气象站和能见度仪资料,制作的集成预报结果为高速公路行车安全提供服务,经过各种方法的独立预报检验和准业务运行服务的预报结果检验,预报准确率比较高,提供服务的集成预报准确率可达83．3%。

国家级区域集合预报系统研发和性能检验

该文简要介绍了中国气象局国家气象中心研发的区域中尺度集合预报系统主要技术特点:在初值扰动技术方面,通过研究中国地区中尺度模式预报误差快速增长特点、中国地形地貌特征与观测资料的分布情况,研发适合于中尺度模式的增长模繁殖法扰动技术构造初值场;分析数值模式物理过程参数化方案内在的不确定性以及对强对流天气和近地面要素预报的差异,确定多物理过程扰动技术方案。解决全球集合预报扰动信息向中尺度集合预报输入的关键技术,实现中尺度区域集合预报系统与全球中期集合预报系统的嵌套。在模式后处理方面,解决中尺度集合预报结果的偏差订正技术;开发满足多种需求的多要素、多层次概率预报产品和概率预报检验产品。在世界天气研究计划"2008年北京奥运会中尺度集合预报研究开发项目"3年实时预报试验比较评价中,中国气象局国家气象中心区域中尺度集合预报系统总体预报能力与国外同类系统相当。

山区公路路基边坡地质灾害远程监测预报系统开发及应用

针对山区公路路基边坡点状分布、数量较多、规模相对较小且易受人类活动和环境变化影响的特点,确立了以位移和降雨量为主的监测原则,基于GPRS技术,集成触发式位移计、容栅式雨量计、数据采集传输模块和太阳能供电装置,形成了经济、节能、高效的单体边坡远程监测硬件系统。采用Visual C++网络编程技术,以SQL Server2005为数据库平台,开发了地质灾害远程监测预报软件系统,实现了数据的远程实时接收和可视化分析管理。由于公路边坡变形破坏模式多样,系统还集成了多种时间预测模型,建立了边坡变形预报模型库。通过在常吉高速公路的安装运行,系统成功地进行远程实时监控,保障了极端天气下公路的安全运营。

城市空气污染数值预报系统CAPPS及其应用

城市空气污染数值预报系统CAPPS ,是在ADPIC的概念的基础上经过积分求得的大气平流扩散的多尺度箱格预报模型。它不需要污染源的源强资料就可预报出城市空气污染潜势指数 (PPI)和污染指数 (API) ,克服了由污染源调查本身具有的不确定性给城市空气污染的数值预报所带来的困难。该文对CAPPS系统在北京市和上海市进行数值预报的结果进行了分析检验 ,并与国际上几种光化学污染预报模式的预报结果进行比较。结果表明 ,就预报值与监测值的线性相关系数来说 ,CAPPS系统的预报水平与其他发达国家的模式预报水平相当。此外 ,CAPPS系统的污染指数等级预报准确率 (北京市和上海市 )平均达到61 .5%。

WaveWatch Ⅲ和SWAN模型嵌套技术在业务化海浪预报系统中的应用及检验

根据钓鱼岛海域海监巡航执法保障预报、重点海洋安全保障目标精细化预报等海浪业务化预报工作的新需求,基于WRF海面风场预报模型,利用结构网格海浪模型Wave WatchⅢ和非结构网格海浪模型SWAN(Simulating Waves Nearshore)的嵌套计算,建立一套适用于东海区和上海近海的海浪数值预报系统。通过不同数值实验,证明此系统的稳定性和时效性。利用观测数据对连续2个月的有效波高值的预报结果进行检验,结果表明:24小时预报平均绝对误差在0.3 m以下;48小时预报平均绝对误差在0.5 m以下;72小时预报平均绝对误差在0.7 m以下,且误差极值主要是由台风过程引起,但预报趋势仍值得参考。对2次台风过程采用不同风场源数据进行对比试验,结果显示采用实况路径的后报风场,海浪预报精度明显改善。对于近岸区域采用嵌套计算的SWAN模型预报结果比Wave Watch III模型预报结果精度显著提高,证明建立的海浪数值预报系统在满足"稳定性"和"时效性"的基础上,各尺度和分辨率的预报产品"准确性"也能得到保证。

全国森林火险预报系统的研究与运行

The methodology on forest fire danger forecast system of national level and daily operation of the system was discussed. The system determined prediction model and method according to forest fire danger rating and fire danger indexes defined by related professional standards of forestry. The system obtains daily collection of meteorological observation dataset and information of digital weather forecast through the network. It also obtained daily weather observation data and observed data of fire danger factors on key areas through network. It thus concluded the weather forecast of national forest fire danger and forest fire danger forecast within future 24 hours and 48 hours, under the support of basic databases and after colligated processing and analysis of various data on GIS software platform. The forecast results have been daily promulgated through special forestry network and were published 4 times a week through China Central Television Program (CCTV2).

福建省森林火险等级预报系统

测定分析了我省森林火险期内地被物的含水率变化 ,应用福建省森林火险等级气象模式 ,分析了 1986～ 1996年森林火灾与天气气候的关系 ,进而建立福建省森林火险等级预报专家系统。

宁夏暴雨动力相似过滤预报系统

通过对北京 HL AFS暴雨模式产品中诸多物理量场与历史个例进行动力过程相似检验 ,在较全面地掌握预报对象的三维空间物理结构和动力过程前提下 ,通过渗入有明确天气学意义、并对宁夏暴雨有实际预报能力的综合指标和模型 ,在天气系统自动识别技术的支持下 ,应用螺旋度修正方案 ,建立自动、客观化的暴雨落区预报系统。

PRM标量平流方案在GRAPES全球预报系统中的应用

如何更好地模拟水物质的分布,对于数值天气预报效果的改进,特别是对于更好地模拟降水过程,具有重要的意义。半拉格朗日模式中的标量平流计算要求做到高精度、守恒、正定和保形,但GRAPES_GFS(Global-Regional Assimilation and PrEdiction System,Global Forecast System)中采用的QMSL(Quasi-Monotone Semi-Lagrangian)平流方案在水汽的强梯度、不连续区域计算精度较低,且不能做到严格守恒。本研究借鉴计算流体力学领域的研究进展,将一个基于分段有理函数的物质平流方案PRM(Piecewise Rational Method)引入GRAPES_GFS中,按照通量形式求解水汽方程,并对极区进行了混合等技术处理。通过一系列理想试验对两种平流方案进行了对比,证明了PRM方案精度较高,特别是在水汽梯度大的区域优势明显,频散、耗散误差较小,守恒、保形性也要好于QMSL方案。通过对GRAPES_GFS中批量预报试验效果的检验,验证了PRM方案可以有效地改进模式对水物质分布的模拟,提高了降水的预报效果,对模式综合预报性能的提升也有明显作用。

基于MASNUM海浪预报系统的北印度洋波浪特征模拟与预报分析

基于MASNUM海浪数值预报系统的全球10 a后报数据库资料,分析了北印度洋区域波浪分布特征。由于该地区受季风控制显著,夏季波浪大于冬季;在空间分布上,西部比东部风大、浪大,在亚丁湾、索马里外海波浪最大。基于Janson-1卫星高度计有效波高观测资料,对MASNUM海浪预报系统的预报性能进行了检验,检验结果表明,预报波高均方根误差在0.5 m左右,短期的24 h预报效果好于48 h和72 h,冬季好于夏季。另外,对预报误差进行了相应的概率分布分析。