基于网格的中尺度数值天气预报系统设计与实现

针对国家高性能计算环境网格计算的特点 ,在长沙网格点上实现了一个包括全球中期数值预报、有限区域数值预报、数值预报产品释用和五维数据可视化相配套的高分辨率中尺度数值天气预报系统 .该系统的预报区域可以移动 ,网格可以加密 ,适合于区域和省一级气象中心作中尺度数值预报业务试验和进行中尺度数值预报科学研究 .介绍了该系统的组成。

引领预报科技 建设气象强国——访中国气象局全球数值天气预报系统工程技术团队代表孙健

工程科技的发展是推动社会进步的强大动力。2024年,党中央、国务院开展“国家工程师奖”评选表彰,中国气象局地球系统数值预报中心(以下简称“数值预报中心”)全球数值天气预报系统工程技术团队获评首批“国家卓越工程师团队”称号。近日,记者走进中国气象局,对话数值预报中心全球数值天气预报系统工程技术团队代表孙健,探寻这支团队的卓越之处。

美国气象学会第20届中尺度过程会议和第28届数值预报会议概述

精准天气预报的核心对象是中小尺度天气。强降水和强对流天气的精准预报是世界性难题。2023年美国气象学会第20届中尺度过程会议和第28届数值预报会议关注强对流天气等中尺度过程的精细机理研究、超高分辨率数值模拟、物理过程、资料同化技术、一体化模式系统等。提升该类天气的精准预报能力的科学基础是继续深入认识其物理规律和机制,核心是发展先进的精细数值天气预报模式、资料同化技术及其后处理技术等。

中尺度数值天气预报模式MM5分布式并行计算

中尺度数值预报模式是进行中尺度天气预报的有效手段。中尺度模式MM5是国际上应用最广泛的中尺度预报模式之一。数值天气预报的巨大计算量和实效性要求必须通过高性能分布式并行计算来实现。分析了MM5串行算法的特点,研究了其并行算法的实现,讨论了算法的一些改进,给出了MM5模式在分布式并行巨型计算机上的测试结果。

藉不可逆热力学理论改进中尺度数值天气预报模式水平扩散参数化的一个尝试

大气动力学控制方程组中引入的诸水平扩散项虽属模式动力学的一个组成部分,但从目前通用的四阶扩散算子的数学表示以及实际计算/模拟的效果看,无论线性或非线性的方案均不能恰当地反映扩散的物理实质,从而影响到预报和模拟精度,针对原水平扩散方案中不符合物理耗散规律的部分进行修正,藉刻画多体系统不可逆过程演变方向的热力学第二定律重新构造了一个改进的水平扩散方案以取代原方案,最后通过一个具有解析解的趋于定常流动的一维Burgers方程和1992年在美国佛罗里达州登陆的飓风Andrew个例的计算,揭示了改进方案所取得的若干有意义的结果:对于Burgers方程,采用改进方案后获得了与解析解一致的数值解,而对于飓风Andrew(1992)则获得了与实际观测资料更加接近的地面最大风速和最小气压随时间变化的模拟预报结果。

网格技术在中尺度数值天气预报MM5模式中的应用

以中尺度数值天气预报MM5在网格环境下运行为例,分析了基于网格计算的应用系统在资源共享方面的应用.介绍了中尺度数值预报模式的差分近似算法,并以基于网格计算的中尺度数值天气预报MM5为例,给出了在网格环境下的实验流程和结果.实验表明,使用Globus技术使得原本只能在集群或小型机上运行的科学计算程序能够在普通PC上运行起来,并且随着加入网格机器的增多,可以提高运行速度和吞吐量.

联合同化闪电资料和地面常规观测资料对强对流天气预报的影响

以2017年6月16日发生在广东省的一次中尺度对流过程为例,利用WRF模式对中尺度对流系统进行模拟,分析了联合同化闪电和地面常规观测资料较单独同化其中一种资料的改进作用。闪电资料通过WRF-FDDA系统以15 min作为一个闪电累积窗口被连续同化入模式中,地面常规观测资料通过WRFDA-3DVAR系统以1 h间隔循环同化入模式中。结果显示,相比于只同化地面常规观测资料,联合同化试验中闪电资料的引入提高了背景场中上升气流、冷池和阵风锋的准确度;相比于只同化闪电观测资料,地面常规观测资料的引入减小了更大范围的温度、水汽、风场的背景场误差,抑制了部分地区的虚假对流,即两种资料的联合同化整体上提高了对流系统的模拟准确度。预报技巧评分结果显示,联合同化对同化期和预报期的评分也有一定程度的提高。

我国有限区中尺度数值天气预报进展和释用概况

扼要介绍了国内几个主要的有限区中尺度业务或准业务模式的特点、使用情况及近几年数值天气预报技术在要素预报（特别是降水预报） 方面的进展，并着重就模式释用问题进行了若干探讨，提出了一些看法。

北京地区中尺度非静力数值预报系统的开发与实时预报应用

国家气象中心与北京市气象局联合开发并将于１９９９ 年底建成“北京地区中尺度数值天气预报业务系统”．作为开发的第一阶段，以ＰＳＵ／ＮＣＡＲ的ＭＭ５ 非静力中尺度模式为基础，在国家气象中心ＩＢＭ／ＳＰ２机并行运算环境下与国家气象中心资料源连接并应用北京地区加密地面观测资料，初步建成了“北京地区中尺度数值天气预报试验系统”（以下简称ＢＪ－ＭＭ５Ｖ．１）．模式设计为垂直２３ 层，水平分辨率分别为４５ 和１５ ｋｍ 的两重双向嵌套网格．在ＩＢＭ／ＳＰ２ 计算机上用２４ 个节点作３６ ｈ 预报所需机时为２ ｈ ２０ ｍ ｉｎ，满足实时业务预报需要．该系统于１９９７ 年夏季进行了实时运行试验，可提供北京地区每小时降水量预报和每３ ｈ 多种气象要素预报，预报产品在北京市气象局试用．结果表明，系统有较强的稳定性和实用性，对降水时空分布的预报效果较好．

沈阳区域气象中心中尺度数值预报业务系统的改进与拓展

介绍了改进后的沈阳区域气象中心中尺度数值预报业务系统的产品和运行情况。沈阳区域气象中心中尺度数值预报业务系统于 1997年投入业务运行 ,目前已从最初的仅提供降水预报产品 ,发展到能提供降水预报、热带气旋路径预报、空气污染气象条件预报、人工增雨服务指导产品和城市环境气象业务预报所需的基本气象要素预报等多种业务所需的预报产品。业务系统每日两次自动运行 ,预报产品直接进入MICAPS、Vis5d、Grads绘图系统 ,进行图形显示 ,并直接进入区域气象中心局域网上的中尺度数值预报网页。目前 ,本系统的预报产品已经成为预报员每日必看的参考工具 ,经沈阳中心气象台评定 ,2 0 0

我国极地数值天气预报系统的初步建立与应用

国家海洋环境预报中心的极地数值天气预报系统基于Polar WRF极地中尺度数值大气模式和3DVAR资料同化方法,预报区域的最高水平分辨率设置为3.3 km。检验表明:该数值预报系统较好地反映了极地地区的短期天气形势及要素的演变特点,能够基本满足我国极地考察和航运气象保障需求。五年多以来,该数值天气预报系统除了提供极地地区常规数值天气预报产品外,还陆续在"雪龙"破冰船冰区脱困、我国商船北极航道开拓、固定翼飞机南极内陆飞行等气象保障工作中发挥了重要作用。未来,极地数值天气预报系统将在数据源、模式方案、产品开发、服务体系等方面继续完善,以期为我国极地考察事业和极地航运事业提供更加可靠的气象保障。

季风槽环境中暴雨中尺度对流系统的分析与数值预报试验

应用地面降水观测资料、卫星云图、雷达回波以及NCEP再分析资料,对华南沿海受季风槽影响下发生的一次持续性暴雨的中尺度对流系统(MCS)进行分析,并探讨采用数值模式对中尺度对流系统降水进行预报的可能性。分析表明,暴雨由多个相继发展的中尺度对流系统造成。在相似环境中,不同中尺度对流系统发展形态和水平尺度有较大差异,最大可组织发展成α中尺度对流复合体(MCC),但一般为β中尺度线状或带状对流系统。对其中发展形态分别表现为椭圆形中尺度对流复合体(MCS-2)和带状β中尺度对流系统(MCS-4)的对比分析发现,对流的起始发展均发生在夜间,与季风槽中低空急流的南风脉动有良好对应关系。基于临近探空资料的诊断发现,被认为对中尺度对流系统组织发展有指示作用的关键物理量如对流有效位能(CAPE)和风垂直切变难以区分不同中尺度对流系统的发展形态和趋势,探空资料的代表性将影响诸如"配料法"等暴雨客观预报方法的建立和应用。利用华南区域中心GRAPES(GRAPES_GZ)数值模式对两个中尺度对流系统进行的模拟预报结果表明,采用数值模式对中尺度对流系统降水进行显式预报已成为可能。比较而言,3 km水平分辨率模式可以更好地预报出暴雨的发生,但结果对是否调用对流参数化(CP)方案敏感。尽管不依靠对流参数化方案模式能够较好地预报出中尺度对流系统初始降水的发生,但会过度预报发展成熟后的降水。模式中如何描述中尺度对流系统对流的组织发展机制、如何处理对流参数化方案的"灰色区分辨率"问题需要仔细考虑。

中尺度层状云系数值预报系统及其业务化应用试验

研制了中尺度静力平衡层状云系数值模式 ;针对人工影响天气业务特点 ,开发了模式预处理、后处理和产品服务系统 ;初步建立了一套可在业务中实时运行的中尺度层状云系数值预报业务系统。经过两年多的业务运行试验 ,结果表明 :系统运行稳定 ,功能实用 ,对降水场和云场具有一定的预报能力 ;对小、中雨量级的稳定性降水预报准确率较高 ;模拟的云场同卫星、雷达实测云系有较好的一致性。可为人工影响天气作业决策及降水预报等实时业务提供帮助。

天津市中尺度数值预报业务系统的设计与实现

为适应省级中尺度数值预报业务的需要,设计实现了天津市中尺度数值预报业务系统。该系统由高性能计算机系统、中尺度数值预报模式以及业务运行流程组成的,其设计与实现涉及到高性能计算机系统的建设、中尺度数值预报模式的业务数据流转以及系统运行监控流程的设计等多个方面。高性能计算机系统的建设包括系统选型、功能设计和安装调试等部分,中尺度数值预报模式的业务数据流转以及系统运行监控流程的设计是整个系统业务化的关键。天津市中尺度数值预报业务系统通过工程建设和技术开发完成了奥运期间的气象预报服务任务,已投入业务化运行。

中尺度数值模式业务预报系统

中尺度数值模式业务预报系统是在美国大气研究中心（ＮＣＡＲ）提供的中尺度数值模式（简称ＭＭ５）的基础上，结合当地的特殊地形和天气特点进行修改而完成的。系统采用Ｔ１０６资料作为第一猜测场，用实时资料作为初始场进行积分计算，预报未来４８小时的天气情况。系统直接从省台的ＮＴ网上读取所需资料，计算结果以图形的格式存放在省台的ＮＴ网上。系统运行自动化程度高，计算稳定，预报结果较令人满意，为业务天气预报提供了客观定量的预报指标。

中国国家气象中心中期数值天气预报业务系统

中期天气预报的研究要形成日常的业务，不仅仅是气象问题，也包括相当多的工程技术上的问题。本文概括地描述中国国家气象中心建立中期数值天气预报业务系统过程中的研究与工程建设成果以及运行状况、效果检验等。

黑龙江省中尺度数值预报业务系统

黑龙江省气象台于2001年8月引进了MM5模式,并结合业务和服务的实际需要对其有关参数进行了确定,建立了黑龙江省中尺度数值预报业务系统。已经在黑龙江省气象台实时运行,并应用到短期预报的业务工作中。系统运行稳定,预报结果有一定的参考价值。

中尺度业务数值预报试验模式系统原理和应用（一）系统概述、模式方程组及数值处理

根据业务预报试验的要求、资料来源的特点及计算机条件，以引进的ＰＳＵ／ＮＣＡＲ中尺度模式系统的开发、修改为基础，配套开发研制了一系列辅助子系统，在ＶＡＸ小型计算机上形成了一套完整的“中尺度业务数值预报试验模式系统”，并进行了初步试验。本文是该模式系统的原理和应用试验结果。

中尺度业务数值预报试验模式系统原理和应用（三）模式初始化和预报结果后处理

中尺度业务数值预报试验模式系统原理和应用（三）模式初始化和预报结果后处理陈伟民，王强（兰州中心气象台７３００２０）１模式初始化过程ＭＭ４输入的初值变量为ｕ，ｖ，Ｔ和ｑ的通量形式以及Ｔ＿ｇ（地表温度）等。实测的风、压、温、湿场等数据都包含有误差，若不加...