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(bào)產(chǎn)品通過(guò)最優(yōu)子集線(xiàn)性回歸統(tǒng)計(jì)方法建立具有實(shí)際使用效果、性能穩(wěn)定的客觀(guān)精細(xì)預(yù)報(bào)方程，為基層臺(tái)站提供客觀(guān)、定量的精細(xì)化指導(dǎo)預(yù)報(bào)產(chǎn)品。其技術(shù)路線(xiàn)是通過(guò)“資料分析處理”、“預(yù)報(bào)方程建立”和“精細(xì)預(yù)報(bào)產(chǎn)品制作和可視化顯示”和“檢驗(yàn)精細(xì)預(yù)報(bào)產(chǎn)品”等四部分工作，實(shí)現(xiàn)巴彥淖爾市97個(gè)區(qū)域自動(dòng)氣象站和8個(gè)常規(guī)自動(dòng)氣象站3-6 h間隔的氣溫（平均、最高、最低氣溫）、相對(duì)濕度、降水和風(fēng)等的精細(xì)預(yù)報(bào)，建立未來(lái)10d 的鄉(xiāng)鎮(zhèn)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)每d 運(yùn)行一次，每次運(yùn)行約需10分鐘，投入業(yè)務(wù)化運(yùn)行以來(lái)，性能穩(wěn)定，具有預(yù)報(bào)項(xiàng)目多、時(shí)空精度細(xì)、穩(wěn)定性好、實(shí)用性強(qiáng)、業(yè)務(wù)化運(yùn)行等特點(diǎn)，使預(yù)報(bào)員的主要精力由經(jīng)驗(yàn)分析轉(zhuǎn)向定時(shí)、定點(diǎn)、定量分析，實(shí)現(xiàn)了預(yù)報(bào)和經(jīng)驗(yàn)的同步進(jìn)行，可以達(dá)到對(duì)基層臺(tái)站的客觀(guān)精細(xì)指導(dǎo)預(yù)報(bào)作用；由于系統(tǒng)采用服務(wù)器端和客戶(hù)端結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)，具有良好的可移植性和可擴(kuò)展性。

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

中圖分類(lèi)號(hào)：P456.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）07-0176-01

隨著時(shí)代的發(fā)展，天氣預(yù)報(bào)已經(jīng)成為公眾生活、社會(huì)活動(dòng)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的一個(gè)重要組成部分，且對(duì)預(yù)報(bào)精度和時(shí)效的要求也愈來(lái)愈高。為進(jìn)一步提升預(yù)報(bào)水平和服務(wù)能力，適應(yīng)防災(zāi)減災(zāi)和預(yù)報(bào)服務(wù)需求，建設(shè)符合巴彥淖爾市實(shí)際的精細(xì)化短期預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)平臺(tái)顯得尤為重要。

經(jīng)過(guò)多年努力，巴彥淖爾市的短期24h預(yù)報(bào)空間站點(diǎn)已達(dá)到鄉(xiāng)鎮(zhèn)，預(yù)報(bào)指導(dǎo)產(chǎn)品和服務(wù)產(chǎn)品時(shí)效為5d，在常規(guī)預(yù)報(bào)水平和災(zāi)害預(yù)報(bào)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(yàn)預(yù)報(bào)基礎(chǔ)上；雖然對(duì)各種數(shù)值模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品的應(yīng)用已很普遍，但僅僅停留在定性的預(yù)報(bào)水平上，對(duì)數(shù)值模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品的解釋?xiě)?yīng)用方面沒(méi)有開(kāi)展實(shí)質(zhì)性的研究，沒(méi)有從根本上實(shí)現(xiàn)客觀(guān)定量。同時(shí)，由于精細(xì)化預(yù)報(bào)的工作量大，檢驗(yàn)不能及時(shí)跟上，使得預(yù)報(bào)的業(yè)務(wù)發(fā)展產(chǎn)生了瓶頸。

通過(guò)雙線(xiàn)性插值算法建立鄉(xiāng)鎮(zhèn)點(diǎn)的精細(xì)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，是巴彥淖市短期d氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)的重要任務(wù)之一。數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的解釋?xiě)?yīng)用是實(shí)現(xiàn)氣象要素精細(xì)定量預(yù)報(bào)的技術(shù)途徑[1]，多年來(lái)，國(guó)家、省、市三級(jí)氣象臺(tái)站在數(shù)值預(yù)報(bào)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(guò)3年的調(diào)式檢驗(yàn)，建立了“基于T639數(shù)值預(yù)報(bào)模式產(chǎn)品的巴彥淖爾市短期預(yù)報(bào)平臺(tái)”，并投入業(yè)務(wù)運(yùn)行。該系統(tǒng)包括巴彥淖爾市97個(gè)區(qū)域自動(dòng)氣象站精細(xì)化預(yù)報(bào)和9個(gè)常規(guī)氣象站精細(xì)化預(yù)報(bào)兩部分，預(yù)報(bào)要素包括降水量、風(fēng)、相對(duì)濕度，以及氣溫（最高.最低.平均）、海平面氣壓等項(xiàng)目。該系統(tǒng)通過(guò)資料分析處理、預(yù)報(bào)方程建立、預(yù)報(bào)產(chǎn)品制作與可視化顯示和預(yù)報(bào)方程檢驗(yàn)程序模塊，建立了精細(xì)化氣象要素預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，具備多個(gè)預(yù)報(bào)項(xiàng)目、3h時(shí)間間隔、簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、實(shí)用等特點(diǎn)，并且系統(tǒng)采用讀寫(xiě)、表達(dá)、參數(shù)等接口標(biāo)準(zhǔn)化、功能模塊化的設(shè)計(jì)，使得保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和具有自我優(yōu)化、完善和改進(jìn)功能。

1 思路方法和技術(shù)路線(xiàn)

1.1 目標(biāo)要求

基于T639數(shù)值預(yù)報(bào)釋用的精細(xì)化預(yù)報(bào)研究，就是目前T639數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品通過(guò)雙線(xiàn)性插值方法插值到站點(diǎn)的經(jīng)緯度上，并用最優(yōu)子集線(xiàn)性回歸統(tǒng)計(jì)方法建立預(yù)報(bào)要素方程，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的可視化發(fā)布，滿(mǎn)足社會(huì)各界對(duì)精細(xì)d 氣預(yù)報(bào)服務(wù)的需求。因此，預(yù)報(bào)產(chǎn)品具有精細(xì)、實(shí)用、豐富的特點(diǎn)，能對(duì)基層臺(tái)站起到精細(xì)化客觀(guān)指導(dǎo)預(yù)報(bào)作用；業(yè)務(wù)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)客觀(guān)自動(dòng)化，在不增加預(yù)報(bào)員工作量的基礎(chǔ)上，其預(yù)報(bào)水平要達(dá)到實(shí)用程度，能代替基層臺(tái)站的常規(guī)天氣預(yù)報(bào)，以便預(yù)報(bào)員能夠集中時(shí)間和精力做好災(zāi)害性天氣的監(jiān)視預(yù)報(bào)和本地化氣象服務(wù)。所以，我們對(duì)T639數(shù)值預(yù)報(bào)模式產(chǎn)品解釋?xiě)?yīng)用系統(tǒng)提出如下要求：（1）時(shí)空精細(xì)度：巴彥淖爾市97個(gè)區(qū)域氣象自動(dòng)站和9個(gè)常規(guī)氣象站點(diǎn)預(yù)報(bào)，3-6 h預(yù)報(bào)時(shí)效間隔，預(yù)報(bào)時(shí)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(jì)降水量、平均相對(duì)濕度、最小相對(duì)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(dòng)形成各預(yù)報(bào)氣象要素的檢驗(yàn)報(bào)告，以便預(yù)報(bào)員使用各要素預(yù)報(bào)。（4）按業(yè)務(wù)要求自動(dòng)形成T639數(shù)值模式產(chǎn)品接受和解碼的統(tǒng)計(jì)報(bào)告，以便統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)完整性和有效性。

1.2 思路方法

本系統(tǒng)通過(guò)雙線(xiàn)性插值算法、最優(yōu)子集線(xiàn)性回歸統(tǒng)計(jì)方法，建立具有實(shí)際應(yīng)用效果、性能穩(wěn)定的客觀(guān)精細(xì)化預(yù)報(bào)方法，為基層臺(tái)站提供客觀(guān)、定量的精細(xì)化預(yù)報(bào)產(chǎn)品。（1）衛(wèi)星接收的T639數(shù)值模式產(chǎn)品自動(dòng)解碼后按照預(yù)報(bào)員選擇的區(qū)域進(jìn)行分切，并按時(shí)間軸和產(chǎn)品軸從海拔高到低文件流的形式寫(xiě)到一個(gè)文件里，滿(mǎn)足資料保存方便和壓縮性較大特點(diǎn)；（2）再用雙線(xiàn)性插值方法插值到站點(diǎn)的經(jīng)緯度上，再運(yùn)用最優(yōu)子集線(xiàn)性回歸統(tǒng)計(jì)方法建立預(yù)報(bào)要素方程。（3）預(yù)報(bào)方程和插值算法得到精細(xì)化預(yù)報(bào)要素自動(dòng)入庫(kù)保存，以便滿(mǎn)足實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢驗(yàn)報(bào)告和數(shù)據(jù)產(chǎn)品的完整性和有效性報(bào)告。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用了C/S結(jié)構(gòu)，即服務(wù)器端和客戶(hù)端。服務(wù)器端負(fù)責(zé)計(jì)算預(yù)報(bào)結(jié)果，并形成標(biāo)準(zhǔn)格式文件和日志文件并入庫(kù)精細(xì)化預(yù)報(bào)要素?？蛻?hù)端主要負(fù)責(zé)預(yù)報(bào)結(jié)果的圖形化表達(dá)、查詢(xún)統(tǒng)計(jì)和檢驗(yàn)功能；后臺(tái)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(tái)服務(wù)器端之二，通過(guò)預(yù)報(bào)方程和雙線(xiàn)性算法得到預(yù)報(bào)精細(xì)化氣象要素入庫(kù)管理；通過(guò)參數(shù)的修改即可在各地、各級(jí)臺(tái)站應(yīng)用，已滿(mǎn)足系統(tǒng)的可移植性。

3 建立預(yù)報(bào)方程的方法

建立預(yù)報(bào)方程，除工作量大、細(xì)節(jié)繁雜外，最大難處是要保證計(jì)算出錯(cuò)少、生命力長(zhǎng)。為了保證建立預(yù)報(bào)方程的穩(wěn)定性和具有自我優(yōu)化、完善和改進(jìn)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(jì)，即要求：（1）每個(gè)層次之間采用標(biāo)準(zhǔn)（規(guī)范）接口；（2）修改完善其中一個(gè)層次的程序，不影響其他程序的運(yùn)行（出現(xiàn)問(wèn)題的修改限定在該層次內(nèi)）；（3）預(yù)報(bào)方程模塊化，可以實(shí)現(xiàn)研究成熟一個(gè)，插入預(yù)報(bào)方程一個(gè)。

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(bào)區(qū)域分割數(shù)值預(yù)報(bào)各點(diǎn)資料場(chǎng)，（2）處理各點(diǎn)場(chǎng)缺省值形成預(yù)報(bào)因子報(bào)表（X 樣本文件）；（3）利用區(qū)域自動(dòng)站和常規(guī)自動(dòng)站實(shí)況資料形成預(yù)報(bào)要素報(bào)表（Y樣本文件）。

3.2 計(jì)算相關(guān)系數(shù)場(chǎng)確定預(yù)報(bào)因子

計(jì)算相關(guān)系數(shù)場(chǎng)。（1）計(jì)算T639預(yù)報(bào)場(chǎng)網(wǎng)格點(diǎn)和預(yù)報(bào)要素報(bào)表（Y 樣本文件）之間相關(guān)系數(shù)，形成正相關(guān)系數(shù)場(chǎng)和負(fù)相關(guān)系數(shù)場(chǎng)；（2）判別相關(guān)系數(shù)場(chǎng)（正負(fù)相關(guān)系數(shù)場(chǎng)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(diǎn)以上的區(qū)域，形成該相關(guān)系數(shù)場(chǎng)的判別區(qū)。（3）各個(gè)相關(guān)系數(shù)場(chǎng)采用區(qū)域平均統(tǒng)計(jì)技術(shù)經(jīng)排序，確定每個(gè)月每個(gè)時(shí)次每個(gè)預(yù)報(bào)要素的預(yù)報(bào)因子。

3.3 建立自由子集預(yù)報(bào)方程

建立預(yù)報(bào)方程。利用預(yù)報(bào)因子報(bào)表（X樣本文件）和預(yù)報(bào)要素報(bào)表（Y樣本文件），使用多元線(xiàn)性回歸方法，方程建立每個(gè)月每個(gè)時(shí)次每個(gè)預(yù)報(bào)要素的預(yù)報(bào)方程，實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)預(yù)報(bào)。

3.4 檢驗(yàn)預(yù)報(bào)方程

檢驗(yàn)預(yù)報(bào)方程。利用預(yù)報(bào)方程回算，分析誤差（預(yù)報(bào)值和實(shí)況值之差）訂正預(yù)報(bào)方程。

4 業(yè)務(wù)化運(yùn)行

（1）建立實(shí)時(shí)數(shù)值預(yù)報(bào)資料的報(bào)表文件；（2）計(jì)算鄉(xiāng)鎮(zhèn)預(yù)報(bào)；（3）將鄉(xiāng)鎮(zhèn)預(yù)報(bào)存入精細(xì)預(yù)報(bào)產(chǎn)品庫(kù)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)預(yù)報(bào)實(shí)現(xiàn)圖形化顯示，還可以導(dǎo)出報(bào)文、Micaps格式和Excel文件；（4）逐日形成誤差評(píng)估；（5）逐月形成各要素預(yù)報(bào)檢驗(yàn)報(bào)告和數(shù)據(jù)產(chǎn)品完整性和有效性統(tǒng)計(jì)報(bào)告。

5 結(jié)語(yǔ)

“T639數(shù)值預(yù)報(bào)模式產(chǎn)品解釋?xiě)?yīng)用研究與預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)”已在巴彥淖爾市氣象臺(tái)投入了業(yè)務(wù)試運(yùn)行，每天計(jì)算一次，輸出97個(gè)區(qū)域自動(dòng)氣象站和9個(gè)常規(guī)自動(dòng)站氣象站預(yù)報(bào)，一方面入精細(xì)預(yù)報(bào)產(chǎn)品庫(kù)，另一方面通過(guò)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(diǎn)有（1）不同測(cè)站不同預(yù)報(bào)時(shí)效不同月份建立不同預(yù)報(bào)方程。（2）不同預(yù)報(bào)對(duì)象所用的物理量場(chǎng)內(nèi)容和數(shù)量是動(dòng)態(tài)。（3）歷史樣本是根據(jù)預(yù)報(bào)日動(dòng)態(tài)選取的。（4）在因子選取方面，除通過(guò)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(duì)值進(jìn)行排序。（5）存在問(wèn)題與改進(jìn)盡管預(yù)報(bào)精度較高.但受中期數(shù)值產(chǎn)品的精度和資料長(zhǎng)度的限制.部分小概率預(yù)報(bào)對(duì)象預(yù)報(bào)水平偏低。在因子選取方面只考慮T639數(shù)值模式預(yù)報(bào)場(chǎng)資料，沒(méi)有考慮其他數(shù)值模式預(yù)報(bào)場(chǎng)資料。應(yīng)該進(jìn)一步考慮用實(shí)況場(chǎng)訂正T639數(shù)值模式預(yù)報(bào)場(chǎng)，從而提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率；應(yīng)該進(jìn)一步考慮預(yù)報(bào)和實(shí)況的無(wú)縫隙銜接，根據(jù)實(shí)況重新計(jì)算預(yù)報(bào)值。

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