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2030年,天气预报会达到怎样的水准

已有 5357 次阅读 2013-3-1 19:46 |个人分类:科普|系统分类:科普集锦|关键词:2030年,NWP,预报技巧| 2030年, NWP, 预报技巧

2011年7月1日,欧洲中期天气预报中心(ECMWF)迎来了它的新一任主任Alan Thrope。Alan先生曾是英国里丁大学气象学教授,先后就任过哈德莱中心主任,英国大气物理国家中心主任,英国自然环境研究委员会执行官。2012年春,Alan在ECMWF的通讯刊物《ECMWF NEWSLETTER》上著文展望数值天气预报的发展趋势。博主草译了这篇文章,以飨科学网的相关读者。为了方便理解,博主在文尾对预报技巧评分附图做了一些注释。

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回首37年前,也就是ECMWF刚成立的1975年,你会发现当前的数值天气预报(Numerical Weather Prediction,简称NWP)进步之大令人震撼!1975年,全球NWP还只是个蹒跚学步的幼童,NWP的技巧(skill)相当有限,最多只能预报3天。当时成立欧洲中心的主要原因是想倾全欧洲之力,迅速提高全球NWP的水平。无论你怎样想,现在的NWP预报时效(有用预报的天数)堪称突飞猛进。君不见,我们现在已经开始憧憬第二周的业务天气预报了!科技的发展,尤其是观测覆盖率大大增加和计算能力迅速提高在其中的作用至关重要!

未来会怎样?比如说,2030年时,天气预报水平会是什么样子?众所周知,预测科学和技术的未来是件困难的事,预测下一个18年亦如是。如果参照以往的经验,基本上无从想象。但是,也许以当前某些发展趋势来外推可以获得直观印象。ECMWF全球预报模式的水平网格距过去近40年一直呈指数形式合理而稳定地减小(目前高分辨率模式是16公里);而NWP预报的客观技巧评分一直在以每十年增加1天有用预报的准定常速度增加。也许把这两个趋势外推是危险的,但若依此趋势看,到2030年,预报技巧评分将会延伸2天,而模式的水平分辨率将会减小到几公里。

另外一个自然的问题是,未来的全球模式能够预报什么?我们不妨回想一下,自从1992年以来,ECMWF不仅能够预报天气,还能够预报海浪!当然,一方面,这是因为近地面风和海浪之间关系密切;另一方面,也是出于航海人员对准确的波浪预报的需求。目前,这种需求已经颇具价值。近年来,出于月预报和季节尺度预报的延伸需求,ECMWF的预报模式已将全球海洋模式和全球大气模式耦合起来。

同时,ECMWF还开拓了与自然环境预测有关的两个领域,它们都可以采用ECMWF的预报系统和数据去做预测。一个领域是MACC计划,预报包括温室气体、气溶胶、火险以及空气质量在内的大气成分;另一个是ECMWF的首个第三方参与活动计划——欧洲洪水觉察系统(European Flooding Awareness System),汇水尺度的水文现象的评估和预测正在开发之中。无论从科学角度、技术角度还是用户角度看,这些都是令人激动的新方案。我们不妨大胆猜测一下,未来的数值天气预报(NWP)系统会越来越接近数值环境预测(Numerical Environmental Prediction,简称NEP)系统。上述新领域的发展正如火如荼,一是因为科学的进步,二是因为卫星和其它一些观测仪器已经能够观测到这些新的特性。当然,在科学上,需要物理、化学和生物这些作用日益重要的学科进行多学科交叉;在技术上,需要类似发端于气象的数据同化技术向其他环境科学分枝学科扩展,事实上,这些事情正在发生。

在促进NWP发展和提高预报技巧方面,未来有许多不确定性,但机会同样存在。作为全球中期预报世界公认的领头羊,ECMWF将为保持这一优势继续努力。

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ECMWF 全球NWP预报技巧的演变



说明:衡量数值预报技巧(评分)的一个重要指标是500百帕(毫巴)位势高度距平相关系数
蓝色部分:上线是北半球3天预报评分;下线是南半球3天预报评分
红色部分:上线是北半球5天预报评分,下线是南半球5天预报评分
绿色部分:上线是北半球7天预报评分,下线是南半球7天预报评分
黄色部分:上线是北半球10天预报评分,下线是南半球10天预报评分


从历史上看,2000年以前,南半球评分大大低于北半球,主要原因是因为南半球主要为大洋覆盖,缺少观测,十几年来,因为卫星观测在NWP的应用取得长足进步,所以评分已很接近。
另外,10天预报的技巧尚低于50%

图片来源:ECMWF网站,仅供参考。


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