T639数值预报模式产品解释应用与预报业务系统开发

杨铁钢 白秀芳 毕力格

摘要：该系统的思路是将T639数值预报产品通过最优子集线性回归统计方法建立具有实际使用效果、性能稳定的客观精细预报方程，为基层台站提供客观、定量的精细化指导预报产品。其技术路线是通过“资料分析处理”、“预报方程建立”和“精细预报产品制作和可视化显示”和“检验精细预报产品”等四部分工作，实现巴彦淖尔市97个区域自动气象站和8个常规自动气象站3-6 h间隔的气温（平均、最高、最低气温）、相对湿度、降水和风等的精细预报，建立未来10d 的乡镇预报业务系统。该系统每d 运行一次，每次运行约需10分钟，投入业务化运行以来，性能稳定，具有预报项目多、时空精度细、稳定性好、实用性强、业务化运行等特点，使预报员的主要精力由经验分析转向定时、定点、定量分析，实现了预报和经验的同步进行，可以达到对基层台站的客观精细指导预报作用；由于系统采用服务器端和客户端结构开发，具有良好的可移植性和可扩展性。

关键词：T639数值预报 精细化业务系统 预报因子 预报准确率

中图分类号：P456.7 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）07-0176-01

随着时代的发展，天气预报已经成为公众生活、社会活动和经济建设中的一个重要组成部分，且对预报精度和时效的要求也愈来愈高。为进一步提升预报水平和服务能力，适应防灾减灾和预报服务需求，建设符合巴彦淖尔市实际的精细化短期预报业务平台显得尤为重要。

经过多年努力，巴彦淖尔市的短期24h预报空间站点已达到乡镇，预报指导产品和服务产品时效为5d，在常规预报水平和灾害预报能力方面有了一定的突破和技术积淀，而主要方法依然停留在经验预报基础上；虽然对各种数值模式预报产品的应用已很普遍，但仅仅停留在定性的预报水平上，对数值模式预报产品的解释应用方面没有开展实质性的研究，没有从根本上实现客观定量。同时，由于精细化预报的工作量大，检验不能及时跟上，使得预报的业务发展产生了瓶颈。

通过双线性插值算法建立乡镇点的精细预报业务系统，是巴彦淖市短期d气预报业务的重要任务之一。数值预报产品的解释应用是实现气象要素精细定量预报的技术途径[1]，多年来，国家、省、市三级气象台站在数值预报释用方法和业务系统建立方面做了大量的研究和应用[2-9]。经过3年的调式检验，建立了“基于T639数值预报模式产品的巴彦淖尔市短期预报平台”，并投入业务运行。该系统包括巴彦淖尔市97个区域自动气象站精细化预报和9个常规气象站精细化预报两部分，预报要素包括降水量、风、相对湿度，以及气温（最高.最低.平均）、海平面气压等项目。该系统通过资料分析处理、预报方程建立、预报产品制作与可视化显示和预报方程检验程序模块，建立了精细化气象要素预报业务系统，具备多个预报项目、3h时间间隔、简单、稳定、实用等特点，并且系统采用读写、表达、参数等接口标准化、功能模块化的设计，使得保证系统稳定性和具有自我优化、完善和改进功能。

1 思路方法和技术路线

1.1 目标要求

基于T639数值预报释用的精细化预报研究，就是目前T639数值预报产品通过双线性插值方法插值到站点的经纬度上，并用最优子集线性回归统计方法建立预报要素方程，从而实现产品的可视化发布，满足社会各界对精细d 气预报服务的需求。因此，预报产品具有精细、实用、丰富的特点，能对基层台站起到精细化客观指导预报作用；业务运行实现客观自动化，在不增加预报员工作量的基础上，其预报水平要达到实用程度，能代替基层台站的常规天气预报，以便预报员能够集中时间和精力做好灾害性天气的监视预报和本地化气象服务。所以，我们对T639数值预报模式产品解释应用系统提出如下要求：（1）时空精细度：巴彦淖尔市97个区域气象自动站和9个常规气象站点预报，3-6 h预报时效间隔，预报时效10d。（2）要素精细度：3、6、12和24h的平均气温、最高气温、最低气温、累计降水量、平均相对湿度、最小相对湿度、海平面气压、风（风向和风速）等要素。（3）按业务要求自动形成各预报气象要素的检验报告，以便预报员使用各要素预报。（4）按业务要求自动形成T639数值模式产品接受和解码的统计报告，以便统计数据完整性和有效性。

1.2 思路方法

本系统通过双线性插值算法、最优子集线性回归统计方法，建立具有实际应用效果、性能稳定的客观精细化预报方法，为基层台站提供客观、定量的精细化预报产品。（1）卫星接收的T639数值模式产品自动解码后按照预报员选择的区域进行分切，并按时间轴和产品轴从海拔高到低文件流的形式写到一个文件里，满足资料保存方便和压缩性较大特点；（2）再用双线性插值方法插值到站点的经纬度上，再运用最优子集线性回归统计方法建立预报要素方程。（3）预报方程和插值算法得到精细化预报要素自动入库保存，以便满足实现自动化检验报告和数据产品的完整性和有效性报告。

2 系统结构设计

系统采用了C/S结构，即服务器端和客户端。服务器端负责计算预报结果，并形成标准格式文件和日志文件并入库精细化预报要素。客户端主要负责预报结果的图形化表达、查询统计和检验功能；后台服务器端之一负责数据产品的解码和分切形成标准化文件和日志文件；后台服务器端之二，通过预报方程和双线性算法得到预报精细化气象要素入库管理；通过参数的修改即可在各地、各级台站应用，已满足系统的可移植性。

3 建立预报方程的方法

建立预报方程，除工作量大、细节繁杂外，最大难处是要保证计算出错少、生命力长。为了保证建立预报方程的稳定性和具有自我优化、完善和改进功能，我们采用了标准化、层次化、模块化、参数化设计，即要求：（1）每个层次之间采用标准（规范）接口；（2）修改完善其中一个层次的程序，不影响其他程序的运行（出现问题的修改限定在该层次内）；（3）预报方程模块化，可以实现研究成熟一个，插入预报方程一个。

3.1 资料分析处理

资料样本处理（建立标准格式样本文件）。（1）根据预报区域分割数值预报各点资料场，（2）处理各点场缺省值形成预报因子报表（X 样本文件）；（3）利用区域自动站和常规自动站实况资料形成预报要素报表（Y样本文件）。

3.2 计算相关系数场确定预报因子

计算相关系数场。（1）计算T639预报场网格点和预报要素报表（Y 样本文件）之间相关系数，形成正相关系数场和负相关系数场；（2）判别相关系数场（正负相关系数场都判别一次），选择相关系数大于等于0.6，并且必须连续四点以上的区域，形成该相关系数场的判别区。（3）各个相关系数场采用区域平均统计技术经排序，确定每个月每个时次每个预报要素的预报因子。

3.3 建立自由子集预报方程

建立预报方程。利用预报因子报表（X样本文件）和预报要素报表（Y样本文件），使用多元线性回归方法，方程建立每个月每个时次每个预报要素的预报方程，实现乡镇预报。

3.4 检验预报方程

检验预报方程。利用预报方程回算，分析误差（预报值和实况值之差）订正预报方程。

4 业务化运行

（1）建立实时数值预报资料的报表文件；（2）计算乡镇预报；（3）将乡镇预报存入精细预报产品库、乡镇预报实现图形化显示，还可以导出报文、Micaps格式和Excel文件；（4）逐日形成误差评估；（5）逐月形成各要素预报检验报告和数据产品完整性和有效性统计报告。

5 结语

“T639数值预报模式产品解释应用研究与预报业务系统开发”已在巴彦淖尔市气象台投入了业务试运行，每天计算一次，输出97个区域自动气象站和9个常规自动站气象站预报，一方面入精细预报产品库，另一方面通过内部宽带网向旗县气象局分发。系统的技术特点有（1）不同测站不同预报时效不同月份建立不同预报方程。（2）不同预报对象所用的物理量场内容和数量是动态。（3）历史样本是根据预报日动态选取的。（4）在因子选取方面，除通过相关连续性选取外，考虑了正负相关性，并用相关系数的绝对值进行排序。（5）存在问题与改进尽管预报精度较高.但受中期数值产品的精度和资料长度的限制.部分小概率预报对象预报水平偏低。在因子选取方面只考虑T639数值模式预报场资料，没有考虑其他数值模式预报场资料。应该进一步考虑用实况场订正T639数值模式预报场，从而提高预报准确率；应该进一步考虑预报和实况的无缝隙衔接，根据实况重新计算预报值。

参考文献

[1]矫梅燕，龚建东，周兵.天气预报的业务技术进展[J].应用气象学报，2006，17（5）：594-601.

[2]刘还珠，赵声蓉，陆志善等.国家气象中心气象要素的客观预报—M0S系统[J].应用气象学报，2004，15（2）：181-191.

[3]严明良，曾明剑，濮梅娟.数值预报产品释用方法探讨及其业务系统的建立[J].气象科学，2006，26（1）：90-96.

[4]盛永，袁子鹏，陈艳秋等.辽宁省乡镇d气预报业务系统[J].气象与环境学报，2008，24（3）：13-17.

[5]李帅，吴英，白人海.数值分析预报产品释用业务系统.第八次全国数值d气预报会议论文汇编，2002.