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世界气象组织观测系统的需求与评估 精选

已有 4909 次阅读 2022-4-12 16:02 |个人分类:文章|系统分类:海外观察

RRR流程图.jpgRRR流程图 


研究瞬息万变的大气,并对其进行有效的预报、预测,离不开对初始状态信息的掌握,这需要通过对相关气象要素尽可能完整、准确的观测来实现。近两百年来,伴随着科技进步,人类不断探索实现对全球海、陆、空、天立体大气多种要素的观测方法,取得了巨大进步,逐步建立起了较完整的业务观测体系,包括地面与海洋、探空系统、各种类型的天气雷达和满足不同需求的气象卫星等,为满足全球和区域天气、气候预报预测奠定了坚实基础。面对不断增多的海量气象数据,气象学家一方面需要对数据的质量和应用方法进行严格把控,另一方面还要对如何使这些诸多类型的资料满足各种不同需求,进行具体分析,包括哪些领域的需求已得到基本满足,哪些仍存在基本观测数据的缺失、从而影响到对实况的掌握和预报准确性。针对需求满足程度的检验和评估,对合理设计和发展探测系统具有重要的引导作用,也是对数据应用能力的有效检验。

 

为了客观定量地分析各领域观测需求及实际满足程度,从而对观测系统的发展提供指导,从上世纪90年代末开始,世界气象组织(WMO)基本系统委员会专家组牵头组织多领域高层次专家对各不同应用领域对气象数据的需求开展了滚动评估活动 (RRR),最终将RRR作为全球观测系统发展进程中的规范性工作,并纳入到WMO的2003年版全球观测系统手册中。

 

滚动需求评估的要求在WMO启动2015年编制新的全球综合观测系统手册时,也同样被确定为重要原则,其目的是减少观测系统发展的盲目性,加强科学设计,提高针对性。其评估过程按照严格的科技、业务流程开展,包含四个步骤:对世界气象组织各业务、科研计划所覆盖的领域所涉及的观测需求进行分析;对已建成的和在规划中的观测系统能力进行评估;将上述分析、评估中的需求与能力进行对比分析,形成对特定应用领域观测需求和观测能力之间满足程度的评估报告,称为“关键评估”;根据关键评估报告对每个应用领域做出差距分析,并对如何发展和缩小这些差距提出“指导意见”。这一流程最终被WMO大会确定为所有成员国和参与WMO观测合作的网络都应遵循的观测站网设计、规划发展和效果评价的规范。

 

RRR的实现由观测系统能力与评估(OSCAR)工具的三个数据库支持,第一个是OSCAR 需求数据库,在这个库中,不涉及技术要求,仅提供具体的地球物理变量数,目前有260多个,包括大气和其他气候系统圈层,如陆面、海洋、冰冻圈等;第二个是OSCAR空基观测能力数据库,列出了所有卫星载荷传感器具备的能力,包括历史曾有的、目前运行的及计划发展中的;第三个是OSCAR地基观测能力数据库,列出了所有基于地面设备的观测能力,这三个数据库提供了为实现RRR评估所需的基础信息。

 

WMO所涉及的业务领域会随着发展变化有所调整,最新列入RRR评估的包括14类,即全球数值天气预报、高分辨数值天气预报、短临预报、季节和年际预报、航空气象、大气成分预报、大气成分监测、城市大气成分应用、海洋应用、农业气象、水文、气候监测、气候应用、空间天气。

 

对于每一个应用领域和每一个相关变量,在OSCAR需求数据库中都会列出同样的要求列表,包括变量的时空分辨率、精度要求、实时性需求、覆盖区域、信息来源、置信度等。对于每一项需求又分别列出三项基本要求:一是最低阈值,如果观测无法满足这一设定要求,探测信息将无法使用;二是最优性价比,这也是判断是否可以满足业务运行要求的指标;三是最优目标,超越这个指标不会增加任何额外价值。这三项要求体现出的判定价值取向是值得关注的,既有最低标准门槛,又不盲目提出无必要的高要求,同时追求最佳性价比,是一种非常务实的需求判定导向。而这些需求变量和判定指标的确定则由WMO基本系统委员会和其他相关专项委员会或技术组的专家们来完成。

 

根据WMO最新评估结果,在所有资料需求最重要应用领域的优先排序中,名列第一的是全球数值预报(GNWP),其次是高分辨率数值预报(HRNWP),给出的理由为数值预报是所有天气和气候应用中最基础的工作,而GNWP又是做好HRNWP和短临天气预报的先决条件,GNWP还是通过再分析资料开展气候监测所依赖的核心条件。另一方面,开展GNWP所依赖的全球资料也需要各国共同协作提供支持,这也正是需要通过WMO总体协调,通过相关机制推进解决的问题。

 

确定了GNWP优先地位后,进一步分析在诸多观测资料中,目前重点需要解决的薄弱环节又是什么呢?RRR给出的结果是地球表层气压和高空风场。地表气压的缺失来自两个因素,一是在海洋和人烟稀少的区域,地表观测的覆盖面仍然不足;二是地面气压值的获取还主要依靠仪器实测,尚难像温度和湿度那样通过卫星遥感信息反演的方法获得。高空风场的问题也类似,通过探空站观测可以准确获取大气垂直风场,但全球探空站的分布主要是在有人居住的陆地区域;少量海洋观测船可以做一些探空补充,每天两次固定的探测在时间分辨率上也无法满足,且在现有高空站网的基础上,进一步扩充的潜力也很有限,需要增加较大成本;飞机观测可以发挥重要作用,但仅在起飞和降落时可以提供大气廓线信息,多数情况都是在某一高度上飞行;卫星观测可以提供较好的温度和湿度水平和垂直廓线产品,也可以通过云系变化推算云导风,但覆盖的有效区域不够,且垂直分辨率和精度也不足。有了以上分析和结论,如何改进全球观测的目标和重点任务,也就更加清晰了。

 

结合需求、针对薄弱环节对气象观测系统的发展进行设计,并根据实际进程给持续评估,是有效的发展方式和手段。可参照WMO的做法和评估结果,结合我国实际,合理规划我国海、陆、空、天的气象综合探测网络。

《中国气象报》


二维码.jpg



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