气象科技管理信息系统

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行业专项成果综述-第三次青藏高原科学试验—边界层与对流层观测

发布者:张岳   来源:   发布时间:2020/6/10 14:39:20   标签:   浏览次数:2912

项目编号GYHY201406001

研究周期2014年1月-2017年12月

国拨经费3978万元

项目负责人】赵平

项目骨干成员】周秀骥,吴国雄,丁一汇,徐祥德,李跃清,郭学良,刘屹岷,  卓,唐世浩,肖文明,熊安元,师春香,马耀明,刘辉志,余  兴,谌  芸,  拉,柳艳菊,李  建,罗达标,彭  浩,董立新,李  博,胡菊,孙瑞静,刘海磊,张  淼,吴春强,游  然,刘清华,曹云昌,郭启云,杨荣康,梁  宏,  ,王海深,吴  蕾,李瑞义,杨洪平,张乐坚,刘黎平,阮  征,胡志群,  芳,韩  帅,潘  ,陈东辉,沈  艳,廖  捷,谷军霞,孙  帅,梁  晓,姜立鹏,朱  智,李庆雷,陈京华,张  涛,徐  宾,张  雷,江  慧,杨和平,姜志伟,曹丽娟,高  梅,胡泽勇,李耀辉,李成才,赵兴炳,闵文彬,王  雷,杨启东,程晓龙,岳  平,孙旭映,王  玮,巩崇水,辛羽飞,马文哲,张  蔷,高文华,常  ,卢广献,汪  会,李兴宇,付丹红,孙继明,刘贵华,岳治国,周长艳,朱  彬,高守亭,何  清,孙绩华,周秉荣,谷晓平,张胜军,陈  斌,刘瑞霞,王敏仲,陈百炼,胡  亮,曹  洁,李驰钦,王寅钧,杜正静,管  琴,肖宏斌,林志强,罗布坚参,周振波,杨舒楠,程晓龙,任菊章,徐安伦,曾  波,符娇兰,段  玮,杨家康,杨珊珊,敬文琪,于晓晶,廖留峰,李丽丽,尤桑杰,  晨,李  迪,李金海,赵  阳,王  芬,廖  瑶,仲凌志,陈军明,包  庆,  编,任荣彩,温之平,刘  舸,南素兰,李  论,孙效功,于  飞,赵  

项目承担单位中国气象科学研究院

项目协作单位】中国气象局成都高原气象研究所,中国科学院大气物理研究所,中国科学院青藏高原研究所,南京信息工程大学,中山大学,北京大学,国家气象中心,国家气候中心,国家卫星气象中心,国家气象信息中心,中国气象局气象探测中心,西藏自治区气象台,陕西省气象科学研究所,云南省气象科学研究所

主要研究成果

项目研究成果有32项在气象业务中得到转化、应用。在气象观测和监测产品及其共享方面,通过在高原中、西部建设土壤湿度观测系统,初步构建了高原尺度的土壤湿度观测网,填补了西藏中、西部无土壤湿度业务观测站资料的空白;构建了青藏高原区域的土壤温、湿度多级多尺度自动观测网尚属首次,其中研发了具有自主知识产权的冻土环境数据采集器、多尺度组网观测数据远程管理与实时分析系统以及多尺度组网观测数据远程移动监控系统,从而解决了高寒区冻土环境数据自动采集的难题。在西藏西部狮泉河、改则和申扎站新建全自动探空系统,填补了西藏西部无常规气象要素业务探空站资料的空白,构建了高原尺度的探空观测网,其中通过增加放球筒顶激光光栅触发信号、改进算法仿真和软件系统,解决了全自动探空仪出筒识别及修正和设备在高海拔恶劣环境下运行的技术难题;在西南低涡源地开展加密探空观测试验。利用新增土壤湿度和探空观测资料,评估和改进了FY系列国家级卫星业务产品在青藏高原区域的质量,其中:通过像元内站点数据的尺度转换处理,实现了“多级多尺度”自动观测网的观测数据与FY-3B卫星土壤湿度反演产品的匹配,并通过调整植被指数提升了卫星土壤湿度产品的质量,使卫星产品在雨季前的明显低估和雨季后的明显高估得到改善;针对FY-2F大气可降水量国家级业务产品在水汽值小时误差较大的缺陷,发展了三通道物理分裂窗反演算法,改进后的产品质量几乎与MODIS产品相当;通过改进GNSS滑动窗口处理算法,加强台站原始和产品数据各环节的质量控制,提高了高原地区水汽产品的质量,改进后的水汽质量与国际GPS服务局(IGS)的相当。通过概率密度函数、贝叶斯模式和最优插值方法,新研制了雨量计降水、卫星和雷达降水产品的三源融合技术,该技术在青藏高原站点稀疏地区融合的降水产品质量优于单一来源的降水产品质量。基于中国气象数据网平台,新研制了“青藏高原科学考察基本资料服务专题”共享平台和服务体系,实现了项目观测数据和东亚陆面再分析产品等的数据检索、查询与下载;建立了用户注册审核管理机制,保障了数据有序共享。

在天气气候预报技术方面,利用高原低涡客观识别方法对高原低涡强度和位置进行订正,建立了高原低涡强降水落区和强度的预报方法;基于高原GPS水汽资料,发展了GPS水汽识别技术,并对日常业务预报中的水汽进行订正;依据在青藏高原天气系统影响下的下游地区强降水过程的大尺度、天气尺度和中尺度环流特征,建立了“西南低涡引发四川盆地暴雨过程的多尺度概念模型”。在中尺度数值模式格点上引入青藏高原东坡区域气象站的海拔高度,使模式的地形高度更适合于观测资料,建立了“高原天气系统影响下的暴雨过程诊断分析技术集成系统”,改进后的模式降水更接近实况。利用WRF中尺度模式,在同化加密探空资料后,改进了模式初始场对青藏高原及附近地区的大气环流系统的刻画,提升了区域数值预报模式对青藏高原、我国南方、新疆和四川地区的夏季降水预报技巧,一些地区的预报误差接近欧洲数值预报中心的先进水平;通过WRF中尺度数值预报模式的积云参数化方案、微物理参数化方案、边界层参数化方案、陆面模式等和资料同化系统的本地化研发,构建了WRF-GSI青海省灾害性天气数值模拟系统,该系统的24 h冰雹预报准确率在10-12%左右;利用高原边界层观测资料,优化了云南省数值预报业务模式的边界层参数化方案,优化后的模式使暴雨预警准确率从原来的65%提高到77%。利用冬季青藏高原中东部大气热量源汇及关键区海表温度指数与春季华南前汛期入汛日期的显著关系,建立了春季华南前汛期入汛日期的统计预测模型。在中国科学院大气物理研究所FGOALS-f全球高分辨率气候系统模式中,通过引入次网格垂直运动、云模拟器以及显式对流降水RCP方案初步解决了高原南侧虚假降水、我国东部极端降水发生频率和强度被低估以及双辐合带等问题,显著提升了模式对赤道附近风应力、热带辐合带和热带低频振荡的刻画能力,改进后的模式在模拟中国东部地区日降水强度方面优于欧洲数值预报中心和日本的模式产品。

成果应用情况

在西藏狮泉河、改则和申扎新建全自动探空观测系统,已在中国气象局业务试运行,提升了对高原西部天气气候的监测能力;编制的《自动探空系统业务操作手册》于20148月由中国气象局观测司试行,对全自动探空系统的推广应用提供了重要支撑,促进了中国气象局地面高空观测一体化改革工作

新建土壤湿度观测数据已业务试运行,提升了气象部门对西藏中、西部地区土壤墒情的监测和服务业务能力。在2015-2019年期间,土壤湿度站观测资料在西藏气候中心的农业气象情报产品《西藏土壤墒情监测公报》中发挥着重要作用,并在指导农业生产方面生产了明显的经济和社会效益。改进后的国家卫星气象中心FY-3B土壤水分业务产品应用于2018年中国气象局为阿富汗政府提供的“阿富汗干旱及影响分析”专题报告中,对于了解土壤变化趋势,指导农业生产有十分重要的经济和社会效益

研制的FY-2F大气可降水量的三通道物理分裂窗反演算法已经在国家卫星气象中心进入业务运行,研制的GPS水汽质量控制算法已经应用于中国气象局气象探测中心的国家级业务数据处理平台,升级后的平台运行稳定,提升了对青藏高原区域大气可降水量的监测能力。

地面-卫星-雷达三源降水融合方法应用于国家气象信息中心降水融合分析系统中,并从201612月实现业务试运行,在2018年实现业务化运行,研制的降水融合产品通过业务内网、全国综合气象信息共享平台(CIMISS)实时更新、共享

新建“青藏高原科学考察基本资料服务专题”在国家气象信息中心稳定运行,成为获取第三次青藏高原大气科学试验观测数据的官方途径,截止20187月,总访问量超过350万次,下载量约300 GB,极大了推动了数据的应用

新增探空资料在西藏气象台的应用表明:从2015年,新增资料有效填补了西藏西部探空资料的空白,对于分析和预报西藏地区天气系统、短时强对流天气、大风和强降温天气有明显帮助。加密探空观测资料在成都区域中心气象台的应用表明:自2015年起,能够帮助预报员进行精细分析和预报低涡、切变线和低槽等天气系统变化特征,显著改进区域短期天气预报业务能力

高原低涡强降水落区和强度的预报方法已应用于西藏气象台天气预报业务,在帮助预报员认识强降水规律和理清预报思路中发挥了重要作用。青藏高原及周边地区地基GPS水汽识别技术自20177月起已作为预报业务制作工具的部分技术手段,应用于云南省气象台的日常业务预报。“西南低涡引发四川盆地暴雨过程的多尺度概念模型”在中央气象台天气预报中得到应用,取得了较好的效果

新建的华南前汛期入汛日期的统计预测模型已应用于国家气候中心预测业务。在2015-2018年的应用表明:有3年预测结果正确,作为华南前汛期入汛日期国家级预报业务的重要参考依据

2015年起,加密探空观测资料实时应用于西南区域数值预报业务系统,提升了西南大部分地区不同等级和时效的降水预报技巧,其中四川24小时降水预报效果更显著;新增探空资料在新疆气象台数值预报业务的应用提高了对南疆夏季降水落区的预报能力;改进后的GPSPW产品应用于中国气象局数值预报中心GRAPES_GFS全球同化预报系统业务,使7天预报的北半球和东亚地区的500 hPa高度场均方根误差减小

研制的“高原天气系统影响下的暴雨过程诊断分析技术集成系统”自201712月在国家气象中心天气室实现业务化试运行,帮助预报员更有针对性的对高原系统影响的暴雨天气进行回顾分析。研制的“青海省冰雹客观预报系统”在青海省气象台业务运行,提高了灾害性天气预报准确率,在灾害天气预报中发挥了指导作用。优化边界层参数化方案后的云南省数值预报业务模式明显提升了预报准确率,暴雨预警准确率从原来的65%提高到77%

    改进后的FGOALS-F2模式预测系统自20179月起为国家海洋环境预报中心提供预测结果,成为国家海洋环境预报中心开展延伸期海洋环境预测业务的重要参考之一,也成为国家气候中心的中国多模式集合气候预测系统(CMME)业务运行模式之一,并从2017620日起为国家气候中心预测会商提供实时预测结果

 

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