搜索
美国天气预报业务章国材国家气象中心一、美国气象局2003年执行情况和下一步现代化计划1．美国气象局（NWS）2003年执行情况美国气象局在制定新世纪战略规划时，提出了一系列预报准确率的指标（见表1），作为衡量执行情况的标准。表1NWS执行情况衡量标准政府实施需求行动的度量目标实际目标2003200320042005200620072008龙卷警报准确率（%）76797273737476龙卷警报空报率（%）73767069686868龙卷警报提前时间（分）12131214151515爆发性洪水警报准确率（%）89898990909090爆发性洪水警报提前时间（分）53415254565858冬季风暴警报准确率（%）90908990909090冬季风暴警报提前时间（小时）13141415151515航空预报(云高和能见度)准确率45484647474949航空预报(云高和能见度)空报率71647068686766飓风路径预报(48小时预报误差）130107129128128126126U.S季节温度预报技巧18172122222323降水预报，第一天Ts（%）30272526262727海洋风速预报准确率（%）52575454565758海洋浪高预报准确率（%）68716668687070l从2003年执行情况看，NWS绝大多数项目都超过了预定目标，由于评分标准不一样，难于与我国预报准确率作比较。另外，NWS经常进行用户调查，作为衡量执行情况的定性评估标准，表2是用户服务和调查结果。表2用户服务和调查结果（用户满意指数）项目得分项目得分平均用户满意指数74联邦政府总计70NWS紧急事件管理80NWS航空77NWS媒体76NWS海洋/热带78U.SMintcollectors84GSA-Fed.cons.info.ctr80人口调查局73进出口银行70食品和药品管理（FDA）67联邦航空（FAA）64税务局（IRS）62l从表2可以看出，美国联邦政府机构满意度的评价（除紧急事件管理外）比其它机构低，Mint-collectors、紧急事件管理、GSA-Fed.cons.info.ctr对美国气象局气象服务评价较高，平均用户满意指数为74。2.美国NWS下一步现代化计划NWS的战略计划上层必须服从国家海洋大气局（NOAA）的战略计划，底层必须以满足用户需求为前提。它包括服务实施计划和科学技术注入计划两部分。2.1服务实施计划服务实施计划包括航空、气候、空气质量、水资源、火险天气、海洋、数字服务、观测等方面的内容。①航空服务2003年秋天已经释放第一版基于AWIPS（高级天气人机交互预报系统）的航空服务准备系统，正在开发区域图形业务预报产品；对流预报产品的改进计划在2004年开始实施。另外，2004年下半年还要举行关于短期对流天气预报的第二次远程航空培训班。②空气质量预报2004年9月发布美国东北部24小时臭氧预报，空气质量预报指南每天发布两次，5年内要开发覆盖全国包括特殊物质和其它污染物预报产品，还要对差的空气质量对生命和财产的风险进行评估。③气候气候将改变NWS事业的道路。通过管理观测系统保证气候记录的完整性，包括将来要建立的各种复合观测系统，应当使它们的偏差最小。要通过区域中心、天气预报台、发展合作者，开发新的产品和服务，建立全国气候服务结构。④水资源要发挥当前国家海洋大气局水资源评价的杠杆作用，发展和布置一套充分的水资源信息，为淡水、河口湾淡水转变区、海湾区，整合和加强国家海洋大气局的合作、研究、资料和业务。⑤海洋气象用图形更新当前的展望，包括威胁某海岸线的程度（低、中等、强）等；把NOS'PORTS资料与天气信息和预报整合起来，发布局地热带气旋灾害威胁程度（非常低、低、中度、高、非常高），信息和预报包括风、涌、洪水、龙卷、海运等内容。⑥火险天气将NWS格点预报（NDFD和局地数据库）整合进入防火局的应用，为防火局决策改进概率预报信息，对火险天气进行国家检验。⑦观测2004年春季在新英格兰布设200个现代化的COOP站，2003～2004年冬季利用受雇的114个局地气候资料站的观测员测量和报告降雪量，2007年将完成102部更新的地基探空和新GPS探空的布设。⑧数字服务2004年在阿拉斯加和太平洋地区实施交互式预报准备系统（IFPS）和国家数字预报数据库（NDFD）。美国大陆该项建设已于2003年9月完成，已开始为公众提供格点预报，其中NDFD实施的是试验模式，2004年要完成试验向业务转变，并开始实施数字预报的综合检验计划，并不断改进格点预报质量。2.2科学技术注入计划科学技术注入计划包括监测和观测，预测和评价，参与、建议和信息，信息技术，理解和描述等方面，旨在保持世界上的领先地位，以支持国家海洋大气局保护生命和财产，促进国家经济良好发展的使命。2.2.1监测和观测①目标：在所有尺度上改进时间、空间和光谱分辨率，获得新的环境要素的观测，提高资料的质量和及时性，在一个可扩展的地方集成多种目的的观测系统和网络。②任务：开放雷达数据获取系统第一批计划在2004年下半年布设，大约80个系统在2005年雷暴季节前更新，完成双偏振能力的开发和布局，低仰角的NEXRAO在中西部山区进行可行性评估，把中尺度网综合进入业务观测网，加强观测网的协调；在一个地方安装多目的、可扩展的观测系统和网络。2.2.2预测和评价①目的：发展先进的和高分辨率的同化技术，改进模式以及在水和气候过程的联系，改进概率预报系统，对预报不确定性定量化，改进格点预报的应用。②任务：开发24小时臭氧和特殊物质以及其它污染物的预报能力；改进雷达和卫星资料的中尺度同化和为季节预报的全球海洋资料同化；增加大学、私人机构等外部参加者，完成并实施天气研究和预报模式（WRF），参与地球系统模式框架（ESMF）的研发；改进集合预报的应用。2.2.3参与、建议和信息①目的：为满足需求不断增加资料和信息，无论何时何地用扩展的内容和覆盖为用户提供满意的信息，为满足用户需求发展分发和进入系统。②任务：2004年夏季完成下一代天气雷达（NEXRAD）2级资料向英特网Ⅱ的转移；扩充和加强国家天气广播网（NWR），使之更灵活、可靠，每个州的覆盖率达95%以上，使之具有发布所有灾害的预警能力。为此，应将允许的新技术整合进入NWR，同时要增加英特网Ⅱ上的资料和国家数字预报数据库的资料。2.2.4信息技术目标：改进IT实施、灵活性和安全性，减少业务和维护费用，减少科学技术注入的时间周期，改进用户的满意度。任务：2003年11月开始、2004年1月完成Linux工作站的购置，资料和应用计划在2005年和2006年财政年度实行替换；增加国家环境预报中心（NCEP）的数据分发能力，进行压缩的卫星数据通道试验，使之能够下发12公里分辨率的中尺度模式（Eta-12）和全球预报系统的数据，额外资料对所有台站和国家海洋大气局（NOAA）外部用户有效，2004年下半年布设有关设备，改进先进人机交互系统（AWIPS）结构，包括硬件、软件和通信；开发改进NOAA高性能计算结构，支持通用模式框架ESMF的开发。2.2.5理解和描述目标：指导和参与过程研究，开发和影响新技术，评价用户需求以及新产品和服务对社会经济的影响，把用户需求、业务和研究成果整合进入新产品和服务之中。任务：发展先进的空气质量模式，使其能预报特殊物质和其它污染物，改进飓风强度预报，改进模式中的定量降水预报和预报技术，发展先进的资料同化和数值天气预报系统.3．评述美国是一个发达国家，气象科学技术和业务水平都比较高，他们根据多年的工作实践和研究，得出一套定量的预报目标，并对用户满意度每年都进行调查，以找出工作中的不足。这些都是我们比较欠缺的，我们不仅需要加强科学技术研究和业务现代化建设，而且也需要加强管理工作，实现管理的现代化。美国气象工作者清楚气候、水资源、地球观测系统、海洋、环境、所有自然灾害、合作者等方面给他们带来的机遇和挑战，每年都根据变化着的情况更新气象服务和科学技术注入计划，他们的思路、提出的目标和任务在我们制定规划计划中都有借鉴作用。参考文献JohnJones，NWSupdate：“workingtogethertosevelivers“，84thAMSAnnualMeeting，2004.1(seattle，U.S.A).JackHayes，NWSscienceandtechnologyinfusionplaa：update，84thAMSannualMeeting，2004.1(Seattle，U.S.A).二、美国天气研究和预报模式的进展和应用前景1、前言WRF（WeatherResearchForecast）模式系统是由美国研究、业务及大学的科学家共同参与开发研究的新一代中尺度预报模式和同化系统。WRF模式系统的开发计划是在1997年由美国国家大气研究中心（NCAR）中小尺度气象处、国家环境预报中心（NCEP）环境模拟中心、预报系统实验室（FSL）的预报研究处和奥克拉荷马大学的风暴分析预报中心四单位联合发起建立的，由国家自然科学基金和国家海洋大气局（NOAA）共同支持。该项计划发起后，得到其它研究部门、大学、美国宇航局（NASA）、美国空军和海军、环保局等单位的响应，并共同参与开发研究工作，为新的科研成果运用于科研和业务、促进各单位的合作，正在起到积极的作用。WRF模式作为一个公共模式，免费对外发布，第一版在2000年10月发布，此后又多次发布改进版本。2004年春季将发布第二版，包括多重区域，灵活的比率，单重和双重嵌套，与之协调的3DVAR也将释放，选择的初始化从MM5预处理得到，将会有更完备的文档，包括用户指南和技术说明等。2、WRF模式基本结构[1-3]WRF模式采用高度模块化和分层设计，分为驱动层、中间层和模式层，用户只需与模式层打交道；在模式层中，动力框架和物理过程都是可插拔，为用户采用各种不同的选择、比较模式性能和进行集合预报提供了极大的便利。它的软件设计和开发充分考虑适应可见的并行平台在大规模并行计算环境中的有效性，可在分布式内存和共享内存两种计算机上实现加工的并行运算，模式的耦合架构容易整合进入新地球系统模式框架中。WRF模式重点考虑从云尺度到天气尺度等重要天气的预报，水平分辨率重点考虑1至10公里。因此，模式包含高分辨率非静力应用的优先级设计、大量的物理选择、与模式本身相协调的先进的资料同化系统。WRF模式有两个版本，一个是在NCAR的MM5模式基础上发展，另一个是由NCEPEta模式发展而来。表1是这两个方案动力框架的对比表。表1WRF动力框架质量坐标框架（NCAR）非静力中尺度模式框架(NMM，NCEP)地形跟随静力气压垂直坐标ArakawaC-格点，双向嵌套3阶Runge-Kutta分裂显式时间差分平流5阶或6阶差分质量守恒，动量、干熵和标量利用通量形式的预报方程地形跟随混合σ垂直坐标ArakawaE—格点，单向嵌套显式Adams-Bashforth时间差分动能守恒，熵和动量利用2阶有限差分WRF动力框架的两个方案主要不同之点在于垂直坐标和格点格式的选择，通量的空间差分NCAR方案精度更高，但需要的计算时间也要多一些。物理方案两者虽有所不同，但是两者都互有物理接口，因此从总体来讲二者的物理方案是兼容的。表2给出了WRF物理方案的各种不同选择，它们来自MM5、Eta和RUC，为用户提供了各种选择的机会。表2WRF物理方案微物理Kessler类型（没有冰），Hong等人Lin等人（包括霰），Hall等人NCEP云3和云5，Ferrier积云对流新Kain-Fritsch，Grell集合Betts-Miller-JanJic短波辐射Dudhia（MM5），Gddard，GFDL长波辐射RRTM，GFDL扰动预报TKESmagorinsky，稳定扩散边界层MRF，MYJ，YSU地面层相似理论，MYJ陆面5层土壤模式，RUC陆面模式，Noah统一的陆面模式基本的WRF三维变分同化(3DVAR)系统能同化广阔的常规和