GRAPES:自主创新推动预报模式发展

来源:新万博体育官网 发布时间:2016年09月07日

   新万博体育官网记者牛彦元

  今年汛期,新万博官网自主研发的GRAPES全球预报系统(GRAPES_GFSV2.0,以下简称 GRAPES)正式业务化运行并面向全国下发产品。

  为了这一天,模式研发工编辑努力了十年,坚持自主研发,在研发过程中不断突破,推动GRAPES全球预报系统不断发展。

全球区域一体化同化预报系统GRAPES。管成功 供图

  研发——自主研发不是闭门造车,大家在与外界的沟通交流中不断完善模式,在全球模式云物理方案和卫星资料同化中采用了新的思路和方法。

  数值预报室研究员刘奇俊负责云物理方案的研发工作,他说,“几年前,GRAPES全球模式一直选用WRF等国外中尺度模式的云方案,在实际预报过程中发现低层云,特别是热带低纬地区云和格点降水明显偏少,误差很大。”

  研究组分析了欧洲中期天气预报中心和英国气象局等单位的先进全球模式云方案的理论框架和计算方法后,发现我国GRAPES全球模式云方案在理论设计方面存在缺陷。“由于全球模式的分辨率粗,以往直接沿用中尺度模式云方案中水汽凝结成云的计算方法会将云‘漏算’。大家也没有考虑粗分辨率全球模式在热带地区对流活跃,及次网格对流卷出过程对网格尺度云的直接影响。”刘奇俊说。

  为此,刘奇俊所在的研究组自主研发了全球模式新的混合相云方案,启用计算精度高且复杂的双参数云物理方案。如今,该云物理方案已耦合到最新全球GRAPES模式版本中,成为业务模式方案,明显提高了云预报性能,解决预报模式在热带低纬地区预报的云含水量、云量和格点降水偏少的问题,明显改进了低云预报,改善了热带云预报偏差较大导致温度偏差较大的现象,同时,也提高了GRAPES对形势场的预报性能。

GRAPES发展进程。管成功 供图

  自主研发,没有前路可鉴,GRAPES资料同化工作也是这样。经过近十年的努力,GRAPES的资料应用水平远远超过T639,卫星资料占比首次达到近80%,为海洋、沙漠等常规资料稀缺地区的预报预测提供了有效补充。为了更加合理有效地使用卫星资料,模式研发室副主任韩威发展了有约束的卫星资料偏差订正方法,明显提高了卫星资料的应用水平。由于不能照搬国外的预报模式,模式研发室刘永柱博士用一年时间将GRAPES全球四维变分需要的切线模式和伴随模式的数万行源代码完全重新编写,提高了计算精度和效率,为四维变分未来的发展打下了坚实的基础。

  “自主研发不是闭门造车,经过很多经验交流,大家发现国外的方法并不适用,需要创新研究思路,这要付出艰苦的努力。”韩威说。

  应用——产品具有丰富、精细化程度高的特点,为全国预报业务人员提供参考。同时GRAPES在汛期的高温预报中表现不俗,较 EC和T639更具引导意义。

  今年汛期,GRAPES产品丰富、精细化程度较高的特点得以体现。据数值预报中心系统业务室主任陈静先容,GRAPES产品通过 CMACAST实时分发至各省(自治区、直辖市)气象数据共享服务器,为全国预报业务人员提供参考。

GRAPES_Meso应用。管成功 供图

  中央气象台以及辽宁、福建、江苏、四川、甘肃等省气象台每日进行GRAPES业务预报产品检验。沈阳中心气象台副台长李德勤说,该台在每日下发的引导产品中增加对比检验分析内容,包括降水检验、高空系统、地面温度、垂直剖面、高空物理量等检验产品。

  中央气象台集合预报应用技术团队负责人代刊表示,中央气象台和省级气象台非常重视GRAPES产品的业务应用,产品数据成功接入到MICAPS3和MICAPS4平台中,并制作了GRAPES产品的综合图文件,配置综合图快捷菜单,帮助预报员快速调取产品。

  其中,福建省应用最广泛的EWIPS平台还实现了对GRAPES模式MICAPS格式的高空形势场、温度场、水汽场等产品的快速展示。

  GRAPES对中期天气形势的预报能力可以满足业务需求,可以把握大气的长波调整的中长期变化,500hPa位势高度场天气尺度系统预报整体稳定,如副高、东北低涡、乌山脊、高原槽等大尺度系统在整个预报时效内都可参考;对天气系统预报在短期时效效果较好,能够较准确反映实况物理过程;降水预报稳定性较T639模式预报优势较明显,整体来看,雨带预报较实况偏北,短期时效降水预报稳定性较T639模式优秀。李德勤认为,GRAPES对温度和风速预报明显优于其他模式。

GRAPES_MESO 3km实时系统盐城阜宁龙卷风。管成功 供图

  其中,应用效果最好的是高温预报。代刊表示,GRAPES高温预报整体效果优于EC模式和T639模式预报,特别是南方地区的高温预报较EC和T639更具有指示意义。福建省气象局首席预报员潘宁也表示,福建省6月至7月检验结果表明,GRAPES模式最高气温站点预报能力优秀,不仅预报较稳定,且最高气温预报准确率高于ECMWF、T639、NCEP-GFS等模式。此外,它对登陆福建的台风“尼伯特”的预报,总体上8级以上大风预报优于欧洲中期天气预报中心。

  “由于数值天气预报在现代气象业务中的核心地位,GRAPES的研发在某种意义上也推动了新万博官网观测资料流程的清晰化和高性能计算机的更新换代,特别是通过和其他业务单位的合作,在‘风云’系列卫星资料、风廓线雷达和地基GPS等资料的定量使用上取得了明显的进步。”数值预报中心模式研发室主任孙健说,“同时GRAPES高分辨率模式的应用也对强对流天气预报乃至整个预报业务水平的提升起到了重要的作用。”

(来源:《新万博体育官网》2016年9月1日三版 责任编辑:王若嘉)

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