中短期天气预报技术现状及发展研究

中短期天气预报技术现状及发展研究

张鹤鸣，任星露

（雅安市气象局  625000）

摘要：随着科技的进步和气象学研究的深入，中短期天气预报技术在提高预报精度、延长预报时效、丰富预报产品种类等方面取得了显著进展。本文在分析中短期天气预报技术应用现状的基础上，探讨了其面临的挑战与未来发展方向。以期提高中短期天气预报的准确性和可靠性，推动中短期天气预报技术的进步与发展。

关键词：中短期天气预报技术；数值预报；现状；发展

引言

中短期天气预报，一直是气象科学的核心研究领域之一。准确的预报对于农业生产、交通运输、防灾减灾等领域具有至关重要的作用。随着科技的飞速发展和气象观测、数据处理能力的不断提升，中短期天气预报技术也经历了从经验预报到数值预报的重大变革。当前，中短期天气预报技术已经形成了较为完善的数字化预报流程，以数值模式系统为基础，结合客观解释应用方法，不断提高预报的准确性和时效性。然而，中短期天气预报技术仍面临着诸多挑战。一方面，预报精度的提升受到多种因素的制约，如数值模式系统的局限性、观测数据的误差等；另一方面，中小尺度天气预报由于其复杂性和突发性，仍然是预报工作中的难点。因此，深入研究中短期天气预报技术的现状及其发展趋势，对于提升气象预报水平、保障社会经济发展具有重要意义。

1 中短期天气预报技术现状

1.1 数字化的预报技术流程

当前，中短期天气预报技术已经实现了高度的数字化和自动化。这一流程通常包括数据收集、数值模式计算、预报产品生成和发布等多个环节。通过卫星、雷达、探空等多种观测手段获取的气象数据，经过处理后输入到数值模式系统中进行计算，最终生成预报产品，并通过多种渠道向公众发布。这一流程不仅提高了预报的时效性，还确保了预报的准确率和可靠性。

1.2 数值模式系统提供基础

数值模式系统是中短期天气预报技术的核心和基础。它利用数学和物理原理，对大气运动进行数值模拟，从而预测未来的天气状况。随着计算机技术的不断发展，数值模式系统的分辨率和精度不断提高，能够更准确地模拟大气运动的复杂过程。目前，全球多个国家和地区都建立了自己的数值模式系统，并不断优化和改进，以提高预报的精度和时效性。

1.3 客观解释应用提取预报信息

在数值模式系统的基础上，预报员利用客观解释应用方法从大量的预报数据中提取有用的信息。这些方法包括统计方法、机器学习算法等，能够自动识别和提取出与天气变化相关的特征，并据此生成预报产品。这种方法不仅提高了预报的自动化程度，还减少了人为因素的干扰，提高了预报的准确性和客观性。

1.4 主观模式订正提高本地化预报

尽管数值模式系统和客观解释应用方法已经取得了显著进展，但预报员在预报过程中仍然发挥着不可替代的作用。预报员利用自己的专业知识和经验，对数值模式系统的预报结果进行主观编辑和订正，以提高本地化预报的精度和可靠性。同时，预报员还负责制作和发布各种预报产品，如天气图、预报文本等，以满足不同用户群体的需求。

1.5 格点后处理提高产品精细化水平

为了提高预报产品的精细化水平，预报员还会对数值模式系统的预报结果进行格点后处理。这一步骤包括将预报结果从网格点转换到具体的地理位置上，并进行平滑处理、插值计算等，以生成更加精细化的预报产品。这些产品不仅具有更高的空间分辨率，还能够更准确地反映天气变化的细节特征，为人们的生产生活提供更加精准的天气预报信息。

2 中短期天气预报技术存在的问题与挑战

2.1 预报精度与误差分析

当前中短期天气预报虽然取得了一定的成就，但仍存在精度问题。预报精度受多种因素影响，包括大气运动的复杂性、观测数据的准确性、数值模式的精度以及预报员的经验和判断等。特别是在极端天气事件和中小尺度天气现象的预报中，精度问题更为突出。虽然当前的误差分析工具和方法虽然能够在一定程度上评估预报误差的来源和大小，但仍存在不足。例如，对于非线性系统的误差传播机制，目前还缺乏有效的分析手段；对于中小尺度天气现象的预报误差，由于观测数据有限和模式分辨率不足，难以进行准确的评估。

2.2 中小尺度天气预报的难点

容易引发灾害的中小尺度天气（如暴雨、冰雹、龙卷风等）仍是预报工作中的难点。这些天气现象具有空间尺度小、时间尺度短、突发性强等特点，给预报工作带来了巨大挑战。中小尺度天气现象的观测需要高分辨率的观测设备和高密度的观测站网，但目前我国的观测能力尚不能满足这一需求；虽然数值模式的分辨率在不断提高，但仍难以准确模拟中小尺度天气现象的发生和发展过程；中小尺度天气现象涉及复杂的物理和化学过程，目前人们对这些过程的理解还不够深入，难以在数值模式中进行准确描述；中小尺度天气现象的预报需要预报员具备丰富的经验和敏锐的判断力，但目前预报员在这方面的经验相对不足。

3 中短期天气预报技术的发展趋势

3.1 数值预报模式的持续改进

分辨率的提升。高分辨率模型能够更好地捕捉到中小尺度的天气现象，这对于预报局

地强对流天气、锋面系统和地形影响等具有重要意义。未来模式将进一步提高空间和时间的分辨率，使得预报更加精确和精细；同化方案的优化。数据同化技术将持续优化，以充分利用新兴观测技术和仪器所获得的数据。通过提高数据融合的效率和准确性，可以不断改善模型初始条件，从而减少预报误差；物理过程的描述改进。物理过程参数化是数值预报模型中的一个关键部分。未来的发展将包括更为复杂的物理过程描述，如改进的云微物理方案、辐射过程和边界层参数化，以更真实地模拟大气中的物理和化学过程。这些改进将直接提升中短期天气预报的准确率和可靠性。尤其是对于极端天气事件的预测能力将得到增强，为防灾减灾提供更为有力的支撑。

3.2 高性能计算技术的应用

高性能计算技术的发展为数值预报模式提供了强大的运算能力，对于模型的运行和数据处理有着重要的作用。提升运算能力和效率。随着高性能计算机的计算速度和存储能力的不断提高，可以实现更复杂的数值模型运算，处理更大体量的数据，从而提高预报的时效性和准确率；应用前景预测。未来，高性能计算技术将继续朝着能耗更低、速度更快、集成度更高的方向发展。云计算和量子计算等新技术也将被应用于天气预报领域，极大地推动实时或近实时预报的能力，并可能实现更精细尺度的个性化和定制化预报服务。

3.3 预报产品的多样化与精细化

社会经济的发展和用户需求的多样化推动了预报产品朝向多元化和精细化发展的趋势。预报产品发展方向。未来的预报产品将更加注重用户体验，提供更为直观、易懂的可视化信息，增加交互性，以及根据不同行业和用户群体的特定需求提供定制化服务。同时，随着智能设备和移动互联网的普及，实时更新和推送功能将成为基本配置；多样化和精细化的重要性。预报产品的多样化和精细化不仅能满足公共安全、交通运输、农业生产、能源管理等不同领域的需求，也能促进气象服务的商业化和个性化，进一步融入人们的日常生活和决策过程中。

结语

综上所述，中短期天气预报技术正处于一个快速发展和变革的时期。面对未来，我们应继续加强技术研发和创新，推动数值预报模式、高性能计算技术以及预报产品的不断优化和完善。随着计算能力的不断增强和新技术的应用，未来中短期天气预报将更加精准、高效，能够更好地服务于社会经济发展的需求。

参考文献

[1]修韶宇.中短期数字化天气预报技术现状及趋势[J].农业与技术,2019,39(22):157-158.

[2]金荣花,代刊,赵瑞霞,等.我国无缝隙精细化网格天气预报技术进展与挑战[J].气象,2019,45(04):445-457.

[3]代刊,曹勇,钱奇峰,等.中短期数字化天气预报技术现状及趋势[J].气象,2016,42(12):1445-1455.

作者简介：张鹤鸣（1998.04）女，汉族，河南新乡，本科学历，助理工程师，从事中短期天气预报工作。