神威机上集合数值天气预报系统功能概述

文章对自主研制的基于神威巨型机的并行化集合数值天气预报系统的研制背景、系统组成、主要技术特点和应用发展前景作了一简要介绍。     

神威机上集合数值天气预报系统中文件资料的管理

从文件资料的命名、存放与输入输出管理三个方面介绍了在神威集合数值天气预报系统中对大规模文件资料的管理实现。     

集合预报及其在中期天气预报中的应用

作者概述了集合预报的基本概念，集合预报中期天气预报中的意义与作用，现有的主要集合预报产品以及集合预报在美国美国国家气象中心和欧洲中期天气预报的业务运行。简要介绍了我国国家气象中心在动力延伸预报和集合预报方面的试验研究情况。     

中期数值天气预报的集合预报试验

利用中国科学院大气物理研究所研制的Ｔ４２Ｌ９ 谱模式, 在中期数值预报领域中引入集合预报的概念和方法, 初始扰动场取为Ｔ４２Ｌ９ 谱模式２４ 小时预报误差的平均均方差乘随机数, 再综合利用蒙特卡洛预报（ ＭＣＦ） 和落后平均预报（ＬＡＦ） 两种方法作集合预报试验, 试验结果表明： 各成员预报的等权平均或不等权平均的集合预报明显优于单一的控制预报; 不等权平均与等权平均的集合预报结果相比较, 不等权平均的集合预报优势较明显; 在不等权平均的集合预报中, 区域性不等权平均又比全球性不等权平均的预报稍好。     

集合预报开创了业务数值天气预报的新纪元

近年来世界上随着几个气象中心的集合预报投入业务,标志着业务数值天气预报进行了一个新的纪元,在任何进修大气的起初状态是不知道的,只有近似地描述大气,所以确切地说,天气预报问题应该提为大气的相空间中合适的概率密度函数随时间的演变。在误差的增长超出线性动力学范畴之外,集合预报是预报大气概率密度函数演变唯一可行的方法。可用扰动的产生是集合预报的主要问题之一。沿着预报系统的相空间中最不稳定的方向来扰动初始条     

集合预报系统中客观分析方案的并行化实现

从串行程序分析、并行方案选择到具体算法实现, 依次介绍了基于神威机的集合数值天气预报系统中“客观分析子系统”的并行化过程, 并给出了并行化后的性能评测。     

数值概率在天气预报中的应用

从用户与预报员的角度讨论了天气预报中表示为数值概率的风险评价溉念。对于用户来说,该概念能使特别事件发生、或者是特定临界值被越过(例如在特定时段中温度降到低于0℃)的风险定量化。对于预报员来说,这种概念非常有用,因为它能使预报员用一种最适合反映各种情况下天气系统演变的语言来表达他们的预报。这种概念对于用户与预报员都是一种很实用的工具,经得起客观评价,从而提供一个衡量预报员技术与评价预报员对用户之价值的标准。     

人工智能技术在数值天气预报中的应用

当前,人工智能迎来第3次发展浪潮并在多个领域大数据分析中取得巨大成功,这为人工智能技术与数值天气预报结合提供了契机。已有大量研究尝试将人工智能技术用于数值天气预报的初值生成、预报和产品应用过程中,涉及观测资料预处理、资料同化、模式积分、后处理以及高性能计算,通过误差估计、参数估计和局部代理等手段使预报结果,得到改进且计算速度大幅提升,展示出良好的应用前景,一些神经网络模型也表现出纯数据驱动预报的可能性,在短时强对流天气、降水以及气候预测中已有较为理想的应用实例。然而,人工智能技术在数值天气预报中的应用与发展仍面临一些挑战,主要包括深度学习的弱解释性、不确定性分析以及两者的耦合等,除了应对这些挑战,未来两者的深度结合还需要在理论指导下的人工智能模型设计、高时空分辨率人工智能预报模型设计以及使用更多新型人工智能技术等方面深入探索。     

气象卫星探测资料在数值天气预报中的应用

卫星遥感技术和其他非常规观测技术的发展和成熟，提供了大量的非实时、非完全、准连续的观测资料。与其他非常规观测资料相比，卫星观测资料具有水平分辨率高，观测面广阔，测量误差易于掌握等优点。分析和总结了目前卫星观测资料在数值天气预报模式中的应用情况，并对其未来发展做了一些有益的探讨。     

MICAPS系统在实际天气预报中的应用

现在已确定ＭＩＣＡＰＳ系统为预报员的工作平台,本文结合实际论述预报员在预报工作中运用ＭＩＣＡＰＳ系统的一些经验、体会、特别是在ＭＩＣＡＰＳ系统中将天气图实况场同数值预报产品有机地结合详细地介绍了综合指标方法在降水分级预报中应用研究和综合指标方法。     

集合预报中检验资料提取的并行化实现

神威集合数值天气预报系统是以国产巨型机“神威”为平台的实时业务系统, 检验子系统是其重要的组成部分。文章介绍了神威集合数值天气预报系统中检验资料提取的并行化实现方法及并行效率。     

和预报员谈数值预报

用尽可能非专业的词语,向预报员介绍数值预报的成就、问题与应用。在简单回顾数值预报发展历史的基础上,重点分析了近十几年来数值预报的主要技术进步与有待解决的问题,对比了数值预报与主观经验预报的各自优势与不足,提出了优势互补对于提高业务预报的重要性。还分析了数值预报的技术进步对于数值预报产品释用的影响,以及预报员参与数值预报发展的可能性与必要性。     

湖南省有限区域数值天气预报系统模拟试验

介绍了湖南省有限区域数值天气预报系统，该系统试用结果表明，系统具有较强的稳定性和实用性，降水的时空分布的预报效果较好。数值模拟试验结果表明，模拟降水预报对积云参数化方案、边界层参数化方案、辐射参数化方案等比较敏感。     

集合数值天气预报的研究进展

集合预报是目前国外广泛应用的一种新的数值预报技术,国内由于计算条件的限制,集合预报的研究应用起步较晚,目前虽已取得了一些研究成果,但还没有广泛的应用到实际的业务预报之中。集合预报的应用,在天气预报上主要是概率预报,另外在“目标观测”、资料同化等方面也有广泛应用。集合概率预报的一系列适用的验证,增加了概率预报的信度。     

数值天气预报模式产品在预报业务中的应用

介绍了数值预报模式产品性能的基本特征,讨论了模式产品误差的地理、季节和层次分布、不同尺度模式产品的可预报性、模式输出要素及物理量、指数的误差特点,并根据目前业务中常见的错误预报思路探讨了应用数值预报模式产品的合理思路,指出现代预报业务中预报员的作用。认为现代预报员应该了解几种基本的数值预报模式的特性及基本原理,集合各种模式的优点,综合本地预报经验,有效利用海量数值预报产品,做出更高质量的预报结果。     

天津市中尺度数值预报业务系统的设计与实现

为适应省级中尺度数值预报业务的需要,设计实现了天津市中尺度数值预报业务系统。该系统由高性能计算机系统、中尺度数值预报模式以及业务运行流程组成的,其设计与实现涉及到高性能计算机系统的建设、中尺度数值预报模式的业务数据流转以及系统运行监控流程的设计等多个方面。高性能计算机系统的建设包括系统选型、功能设计和安装调试等部分,中尺度数值预报模式的业务数据流转以及系统运行监控流程的设计是整个系统业务化的关键。天津市中尺度数值预报业务系统通过工程建设和技术开发完成了奥运期间的气象预报服务任务,已投入业务化运行。