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察气象之变 解台风天机
——解读国家科技进步奖二等奖项目
“台风监测预报系统关键技术”

来源:《人民日报海外版》   发布时间:2019年02月22日16:38
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  北太平洋西部海区每年发生的台风数超过全球总数的三分之一,中国正好位于该海区内,每年饱受台风之苦,尤其在夏秋高发季节,生产生活受到严重影响。防台风、抗灾减灾形势严峻,任务繁重。

  随着科技的进步,包括卫星及雷达观测、海洋浮标传输、计算机模拟和大数据等现代化手段被应用于台风监测预报工作,不断增强科学防范、有效应对台风的能力。中国科学家一直致力于相关气象科技的研究,在多年实践经验的基础上,完成了“台风监测预报系统关键技术”项目,并获得2018年度国家科学技术进步奖二等奖。

  近日,该项目主要负责人之一中国气象科学研究院院长端义宏接受本报专访,对该项目进行了权威解读。

  眼观六路,海陆空立体监测台风

  要研究台风生成过程、行进路径、登陆过程等,并进行准确预报,必须对相关气象环境进行准确观测监测,获得大量丰富全面的气象信息,并对其进行计算分析。

  然而,进行气象观测并不容易,尤其对于中国特殊的地理环境而言。端义宏解释说,一方面,中国受台风影响的海岸线漫长且下垫面复杂,海-陆-气相互作用,使台风登陆过程复杂多变,对其进行精确观测存在诸多困难;另一方面,台风造成强风暴雨、风暴潮等恶劣环境,极大地增加了台风登陆过程的观测难度。

  正是针对中国海岸线特点,为克服上述困难,从本世纪初开始,端义宏所在的“台风监测预报系统关键技术”项目团队致力于对台风登陆物理过程的研究和台风数值模式相关关键技术的研发,设计、开发、建设中国首个适合登陆台风的海-陆-气一体化协同观测系统。它由海上、陆基和移动观测平台组合大型海洋气象浮标等组成。其中,海上观测平台针对台风登陆过程中近海边界层梯度、海气界面湍流结构、海洋飞沫及海洋环境等进行观测;陆基观测平台能够进行沿岸边界层、降水物理及强风气象等要素观测;由移动双偏振多普勒雷达、相控阵雷达、全波段云雷达、风廓线雷达和GPS探空等构成的移动观测平台实现了对登陆台风的协同追踪观测。

  基于该系统,项目组获取了大量珍贵的登陆台风三维流场等直接观测资料,实现了台风登陆全过程精细化协同监测。基于观测结果,项目组为中国台风登陆物理过程的研究以及台风数值模式关键技术的研发提供了重要科技支撑。

  突破瓶颈,减小台风预报误差

  数值预报是现代天气预报极为重要的工具 和手段之一。10多年来,项目组致力于开展台风数值预报关键技术研究,在多源资料同化方法和技术、初值形成技术和物理过程参数化技术等方面取得突破,建立了台风数值预报系统。该系统使中国的台风预报能力大幅提高,达到国际先进水平。

  数字见真功,对比识高下。端义宏说,依靠台风数值预报系统,我国台风路径24小时预报误差从2003年的190公里减少到2016年的60公里。同时期,国际知名的欧洲中期预报模式和美国国家环境预报中心模式的台风路径24小时预报误差约为58公里;日本数值模式和英国气象局数值模式的台风路径24小时预报误差,约为70公里。这表明该项目建设的台风数值预报模式达到了国际先进水平。

  国际先进水平的背后是辛勤的汗水。多年来,项目组潜心钻研、合作攻关,克服了一个又一个科研难题。比如,由于计算条件限制和当时对台风演变规律认识的局限性,业务化台风模式的水平分辨率无法刻画台风精细结构活动特点。再比如,项目研究中面临台风灾害的科学评估和定量预估手段与技术不足的难题,制约了基于台风预报结果进一步开展准确灾害预测的能力,一定程度上限制了防台减灾的有效性。

  项目组开展台风客观预报释用和融合技术的研发。在台风路径集合成员智能化应用、多源资料融合技术和降尺度技术研究等方面,取得显著进展,填补了中国多项技术空白,包括“台风大风半径预报技术”“台风风场释用技术”。

  监测预报,高效益有口皆碑

  在实践中,端义宏参与开发的“台风监测预报系统关键技术”已经经受了实战的检验,表现出优良的性能。

  基于协同观测系统及卫星雷达的实时数据、多源资料库数据、台风数值预报数据及多种客观预报方法产品,构建了我国台风监测预报预警综合平台。该平台实现台风监测综合显示分析、预报产品显示分析、预报实时检验、集合预报集成显示分析等功能的有机集成,极大地提高了台风业务预报预警效率。

  目前,项目主要成果已在中央气象台、上海中心气象台、广州中心气象台以及浙江、福建、海南等省气象台广泛应用,部分成果在水文、海洋、民航部门推广应用,效益显著。分析表明,在台风路径预报方面,结合2008年至2016年的致灾台风数量,该项目数值模式路径预报误差减小所产生的经济效益就超过2000亿元。

  值得一提的是,基于该技术研发的台风监测预报预警综合平台除了提供专业服务外,其衍生产品“西北太平洋热带气旋检索系统”(公众版)还向普通民众开放,并通过“中央气象台台风网”“中国台风网”等权威平台对公众发布。端义宏介绍说,“西北太平洋热带气旋检索系统”(公众版)提供了详实的西北太平洋台风最佳路径资料的交互式查询,人们可以获得可视化台风预报和预警信息,了解历史台风信息和关于台风的科普知识。

  资源共享,中国贡献备受瞩目

  作为负责任的国家,中国积极把自己在相关领域的科技成果与其它国家分享,造福世界。基于“台风监测预报系统关键技术”,中国还建立了亚太地区最完整的台风多源资料数据库,为国内外开展台风监测预报、气候变化和极端台风事件研究提供资料支持。该资料库整编了台风最佳路径、台风风雨、台风外场试验观测、台风预报、台风预报评估、台风遥感、全球大气常规观测和全球大气再分析等8个数据集,其中前5个数据集为该项目特有。数据库夯实了我国台风科研、预报和防台减灾工作所需的资料基础。与国际上开展西北太平洋台风资料整编的日本东京台风中心、香港天文台和美国海军联合台风警报中心仅有台风最佳路径资料相比,该项目所建台风多源数据库更具完整性。

  台风多源资料数据库受到国际社会的热烈欢迎。数据库的台风最佳路径数据集被世界气象组织全球热带气旋资料库收录。此外,该数据库还参与了联合国亚太经社会/世界气象组织台风委员会登陆台风预报示范项目的国际资料交换和比较计划。

  对国际共享台风相关资料的价值,端义宏解释说:“台风路径、台风强度、台风风雨以及台风结构等信息是开展台风预报、研究防台减灾等工作必不可少的基本资料信息。但是,由于资料整编技术和需求的不同,使得各国家各地区建立的台风资料数据库的台风资料存在差异,导致使用相关资料进行台风预报、研究和服务工作的不便。因此,开展台风资料的国际交换工作能够有效弥补此类问题。”

  (来源:《人民日报海外版》 责任编辑:张明禄)

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