楊鐵鋼 白秀芳 畢力格

摘要：該系統(tǒng)的思路是將T639數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品通過最優(yōu)子集線性回歸統(tǒng)計方法建立具有實際使用效果、性能穩(wěn)定的客觀精細(xì)預(yù)報方程，為基層臺站提供客觀、定量的精細(xì)化指導(dǎo)預(yù)報產(chǎn)品。其技術(shù)路線是通過“資料分析處理”、“預(yù)報方程建立”和“精細(xì)預(yù)報產(chǎn)品制作和可視化顯示”和“檢驗精細(xì)預(yù)報產(chǎn)品”等四部分工作，實現(xiàn)巴彥淖爾市97個區(qū)域自動氣象站和8個常規(guī)自動氣象站3-6 h間隔的氣溫（平均、最高、最低氣溫）、相對濕度、降水和風(fēng)等的精細(xì)預(yù)報，建立未來10d 的鄉(xiāng)鎮(zhèn)預(yù)報業(yè)務(wù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)每d 運行一次，每次運行約需10分鐘，投入業(yè)務(wù)化運行以來，性能穩(wěn)定，具有預(yù)報項目多、時空精度細(xì)、穩(wěn)定性好、實用性強、業(yè)務(wù)化運行等特點，使預(yù)報員的主要精力由經(jīng)驗分析轉(zhuǎn)向定時、定點、定量分析，實現(xiàn)了預(yù)報和經(jīng)驗的同步進行，可以達到對基層臺站的客觀精細(xì)指導(dǎo)預(yù)報作用；由于系統(tǒng)采用服務(wù)器端和客戶端結(jié)構(gòu)開發(fā)，具有良好的可移植性和可擴展性。

關(guān)鍵詞：T639數(shù)值預(yù)報 精細(xì)化業(yè)務(wù)系統(tǒng) 預(yù)報因子 預(yù)報準(zhǔn)確率

中圖分類號：P456.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）07-0176-01

隨著時代的發(fā)展，天氣預(yù)報已經(jīng)成為公眾生活、社會活動和經(jīng)濟建設(shè)中的一個重要組成部分，且對預(yù)報精度和時效的要求也愈來愈高。為進一步提升預(yù)報水平和服務(wù)能力，適應(yīng)防災(zāi)減災(zāi)和預(yù)報服務(wù)需求，建設(shè)符合巴彥淖爾市實際的精細(xì)化短期預(yù)報業(yè)務(wù)平臺顯得尤為重要。

經(jīng)過多年努力，巴彥淖爾市的短期24h預(yù)報空間站點已達到鄉(xiāng)鎮(zhèn)，預(yù)報指導(dǎo)產(chǎn)品和服務(wù)產(chǎn)品時效為5d，在常規(guī)預(yù)報水平和災(zāi)害預(yù)報能力方面有了一定的突破和技術(shù)積淀，而主要方法依然停留在經(jīng)驗預(yù)報基礎(chǔ)上；雖然對各種數(shù)值模式預(yù)報產(chǎn)品的應(yīng)用已很普遍，但僅僅停留在定性的預(yù)報水平上，對數(shù)值模式預(yù)報產(chǎn)品的解釋應(yīng)用方面沒有開展實質(zhì)性的研究，沒有從根本上實現(xiàn)客觀定量。同時，由于精細(xì)化預(yù)報的工作量大，檢驗不能及時跟上，使得預(yù)報的業(yè)務(wù)發(fā)展產(chǎn)生了瓶頸。

通過雙線性插值算法建立鄉(xiāng)鎮(zhèn)點的精細(xì)預(yù)報業(yè)務(wù)系統(tǒng)，是巴彥淖市短期d氣預(yù)報業(yè)務(wù)的重要任務(wù)之一。數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品的解釋應(yīng)用是實現(xiàn)氣象要素精細(xì)定量預(yù)報的技術(shù)途徑[1]，多年來，國家、省、市三級氣象臺站在數(shù)值預(yù)報釋用方法和業(yè)務(wù)系統(tǒng)建立方面做了大量的研究和應(yīng)用[2-9]。經(jīng)過3年的調(diào)式檢驗，建立了“基于T639數(shù)值預(yù)報模式產(chǎn)品的巴彥淖爾市短期預(yù)報平臺”，并投入業(yè)務(wù)運行。該系統(tǒng)包括巴彥淖爾市97個區(qū)域自動氣象站精細(xì)化預(yù)報和9個常規(guī)氣象站精細(xì)化預(yù)報兩部分，預(yù)報要素包括降水量、風(fēng)、相對濕度，以及氣溫（最高.最低.平均）、海平面氣壓等項目。該系統(tǒng)通過資料分析處理、預(yù)報方程建立、預(yù)報產(chǎn)品制作與可視化顯示和預(yù)報方程檢驗程序模塊，建立了精細(xì)化氣象要素預(yù)報業(yè)務(wù)系統(tǒng)，具備多個預(yù)報項目、3h時間間隔、簡單、穩(wěn)定、實用等特點，并且系統(tǒng)采用讀寫、表達、參數(shù)等接口標(biāo)準(zhǔn)化、功能模塊化的設(shè)計，使得保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和具有自我優(yōu)化、完善和改進功能。

1 思路方法和技術(shù)路線

1.1 目標(biāo)要求

基于T639數(shù)值預(yù)報釋用的精細(xì)化預(yù)報研究，就是目前T639數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品通過雙線性插值方法插值到站點的經(jīng)緯度上，并用最優(yōu)子集線性回歸統(tǒng)計方法建立預(yù)報要素方程，從而實現(xiàn)產(chǎn)品的可視化發(fā)布，滿足社會各界對精細(xì)d 氣預(yù)報服務(wù)的需求。因此，預(yù)報產(chǎn)品具有精細(xì)、實用、豐富的特點，能對基層臺站起到精細(xì)化客觀指導(dǎo)預(yù)報作用；業(yè)務(wù)運行實現(xiàn)客觀自動化，在不增加預(yù)報員工作量的基礎(chǔ)上，其預(yù)報水平要達到實用程度，能代替基層臺站的常規(guī)天氣預(yù)報，以便預(yù)報員能夠集中時間和精力做好災(zāi)害性天氣的監(jiān)視預(yù)報和本地化氣象服務(wù)。所以，我們對T639數(shù)值預(yù)報模式產(chǎn)品解釋應(yīng)用系統(tǒng)提出如下要求：（1）時空精細(xì)度：巴彥淖爾市97個區(qū)域氣象自動站和9個常規(guī)氣象站點預(yù)報，3-6 h預(yù)報時效間隔，預(yù)報時效10d。（2）要素精細(xì)度：3、6、12和24h的平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、累計降水量、平均相對濕度、最小相對濕度、海平面氣壓、風(fēng)（風(fēng)向和風(fēng)速）等要素。（3）按業(yè)務(wù)要求自動形成各預(yù)報氣象要素的檢驗報告，以便預(yù)報員使用各要素預(yù)報。（4）按業(yè)務(wù)要求自動形成T639數(shù)值模式產(chǎn)品接受和解碼的統(tǒng)計報告，以便統(tǒng)計數(shù)據(jù)完整性和有效性。

1.2 思路方法

本系統(tǒng)通過雙線性插值算法、最優(yōu)子集線性回歸統(tǒng)計方法，建立具有實際應(yīng)用效果、性能穩(wěn)定的客觀精細(xì)化預(yù)報方法，為基層臺站提供客觀、定量的精細(xì)化預(yù)報產(chǎn)品。（1）衛(wèi)星接收的T639數(shù)值模式產(chǎn)品自動解碼后按照預(yù)報員選擇的區(qū)域進行分切，并按時間軸和產(chǎn)品軸從海拔高到低文件流的形式寫到一個文件里，滿足資料保存方便和壓縮性較大特點；（2）再用雙線性插值方法插值到站點的經(jīng)緯度上，再運用最優(yōu)子集線性回歸統(tǒng)計方法建立預(yù)報要素方程。（3）預(yù)報方程和插值算法得到精細(xì)化預(yù)報要素自動入庫保存，以便滿足實現(xiàn)自動化檢驗報告和數(shù)據(jù)產(chǎn)品的完整性和有效性報告。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)采用了C/S結(jié)構(gòu)，即服務(wù)器端和客戶端。服務(wù)器端負(fù)責(zé)計算預(yù)報結(jié)果，并形成標(biāo)準(zhǔn)格式文件和日志文件并入庫精細(xì)化預(yù)報要素。客戶端主要負(fù)責(zé)預(yù)報結(jié)果的圖形化表達、查詢統(tǒng)計和檢驗功能；后臺服務(wù)器端之一負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)產(chǎn)品的解碼和分切形成標(biāo)準(zhǔn)化文件和日志文件；后臺服務(wù)器端之二，通過預(yù)報方程和雙線性算法得到預(yù)報精細(xì)化氣象要素入庫管理；通過參數(shù)的修改即可在各地、各級臺站應(yīng)用，已滿足系統(tǒng)的可移植性。

3 建立預(yù)報方程的方法

建立預(yù)報方程，除工作量大、細(xì)節(jié)繁雜外，最大難處是要保證計算出錯少、生命力長。為了保證建立預(yù)報方程的穩(wěn)定性和具有自我優(yōu)化、完善和改進功能，我們采用了標(biāo)準(zhǔn)化、層次化、模塊化、參數(shù)化設(shè)計，即要求：（1）每個層次之間采用標(biāo)準(zhǔn)（規(guī)范）接口；（2）修改完善其中一個層次的程序，不影響其他程序的運行（出現(xiàn)問題的修改限定在該層次內(nèi)）；（3）預(yù)報方程模塊化，可以實現(xiàn)研究成熟一個，插入預(yù)報方程一個。

3.1 資料分析處理

資料樣本處理（建立標(biāo)準(zhǔn)格式樣本文件）。（1）根據(jù)預(yù)報區(qū)域分割數(shù)值預(yù)報各點資料場，（2）處理各點場缺省值形成預(yù)報因子報表（X 樣本文件）；（3）利用區(qū)域自動站和常規(guī)自動站實況資料形成預(yù)報要素報表（Y樣本文件）。

3.2 計算相關(guān)系數(shù)場確定預(yù)報因子

計算相關(guān)系數(shù)場。（1）計算T639預(yù)報場網(wǎng)格點和預(yù)報要素報表（Y 樣本文件）之間相關(guān)系數(shù)，形成正相關(guān)系數(shù)場和負(fù)相關(guān)系數(shù)場；（2）判別相關(guān)系數(shù)場（正負(fù)相關(guān)系數(shù)場都判別一次），選擇相關(guān)系數(shù)大于等于0.6，并且必須連續(xù)四點以上的區(qū)域，形成該相關(guān)系數(shù)場的判別區(qū)。（3）各個相關(guān)系數(shù)場采用區(qū)域平均統(tǒng)計技術(shù)經(jīng)排序，確定每個月每個時次每個預(yù)報要素的預(yù)報因子。

3.3 建立自由子集預(yù)報方程

建立預(yù)報方程。利用預(yù)報因子報表（X樣本文件）和預(yù)報要素報表（Y樣本文件），使用多元線性回歸方法，方程建立每個月每個時次每個預(yù)報要素的預(yù)報方程，實現(xiàn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)預(yù)報。

3.4 檢驗預(yù)報方程

檢驗預(yù)報方程。利用預(yù)報方程回算，分析誤差（預(yù)報值和實況值之差）訂正預(yù)報方程。

4 業(yè)務(wù)化運行

（1）建立實時數(shù)值預(yù)報資料的報表文件；（2）計算鄉(xiāng)鎮(zhèn)預(yù)報；（3）將鄉(xiāng)鎮(zhèn)預(yù)報存入精細(xì)預(yù)報產(chǎn)品庫、鄉(xiāng)鎮(zhèn)預(yù)報實現(xiàn)圖形化顯示，還可以導(dǎo)出報文、Micaps格式和Excel文件；（4）逐日形成誤差評估；（5）逐月形成各要素預(yù)報檢驗報告和數(shù)據(jù)產(chǎn)品完整性和有效性統(tǒng)計報告。

5 結(jié)語

“T639數(shù)值預(yù)報模式產(chǎn)品解釋應(yīng)用研究與預(yù)報業(yè)務(wù)系統(tǒng)開發(fā)”已在巴彥淖爾市氣象臺投入了業(yè)務(wù)試運行，每天計算一次，輸出97個區(qū)域自動氣象站和9個常規(guī)自動站氣象站預(yù)報，一方面入精細(xì)預(yù)報產(chǎn)品庫，另一方面通過內(nèi)部寬帶網(wǎng)向旗縣氣象局分發(fā)。系統(tǒng)的技術(shù)特點有（1）不同測站不同預(yù)報時效不同月份建立不同預(yù)報方程。（2）不同預(yù)報對象所用的物理量場內(nèi)容和數(shù)量是動態(tài)。（3）歷史樣本是根據(jù)預(yù)報日動態(tài)選取的。（4）在因子選取方面，除通過相關(guān)連續(xù)性選取外，考慮了正負(fù)相關(guān)性，并用相關(guān)系數(shù)的絕對值進行排序。（5）存在問題與改進盡管預(yù)報精度較高.但受中期數(shù)值產(chǎn)品的精度和資料長度的限制.部分小概率預(yù)報對象預(yù)報水平偏低。在因子選取方面只考慮T639數(shù)值模式預(yù)報場資料，沒有考慮其他數(shù)值模式預(yù)報場資料。應(yīng)該進一步考慮用實況場訂正T639數(shù)值模式預(yù)報場，從而提高預(yù)報準(zhǔn)確率；應(yīng)該進一步考慮預(yù)報和實況的無縫隙銜接，根據(jù)實況重新計算預(yù)報值。

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