WENS 示范项目之STEPS 系统培训考察情况总结.doc

WENS示范项目之STEPS系统培训考察情况总结袁招洪 戴建华 丁 杨（上海市气象局，上海 200030）一、 考察基本情况2009年5月18日-22日，为了解澳大利亚气象业务的发展情况，学习、借鉴澳大利亚在悉尼奥运服务中的成功经验，引进澳大利亚气象局的短时临近预报系统STEPS（Short Term Ensemble Prediction System），研讨和准备澳大利亚气象局（BOM）参加2010年上海世博会临近预报服务展示计划（WENS）的相关问题，应澳大利亚气象局的邀请,上海市气象局代表团赴澳大利亚墨尔本对澳大利亚气象局进行了为期一周的访问和考察。代表团由上海市气象局袁招洪副局长带队，中心台首席预报员戴建华和预报员丁杨等2位成员组成。本次培训和考察活动得到了澳大利亚气象局的热情接待。澳大利亚气象局天气和气候研究中心(CAWCR)负责具体的访问日程安排，主要考察活动包括：1、5月18日，澳大利亚气象局Alan Seed先生首先为代表团介绍了澳大利亚气象局的基本情况，然后由John Bally针对本地强对流天气系统作了题为“BOM Next Generation Forecast System”报告。下午，Seed先生为代表团介绍了澳大利亚气象局在定量降水估测和预报方面的研究进展。在一整天相互讨论的过程中双方都进行了广泛的交流。2、5月19日，Seed先生陪同代表团参观了今年2月在墨尔本发生的山火灾现场。据Seed先生介绍，当时维多利亚州一直受高温控制，47摄氏度的高温持续了长达一周，而长期的高温和干旱以及季风的影响都致使此次森林大火的火势更难控制。目前，森林火险预报也是澳大利亚气象局天气预报业务和服务中的重点。3、5月20日：Seed先生和STEPS系统主要开发维护人员Kevin Cheong为代表团介绍了STEPS系统（Short Term Ensemble Prediction System）的服务器框架结构，硬件环境和数据输入、输出格式等。4、5月21日上午，上海代表团参观了Victorian Regional Office（维多利亚区域气象台）。下午，Seed先生为代表团介绍了STEPS系统的基本原理以及它在2008年北京奥运会期间的表现等。经过本次考察、交流和培训，代表团对澳大利亚气象局的主要业务布局、台风研究最新进展、人机交互基本格点预报产品制作系统、降水定量估测和预报技术和STEPS系统有了全面的了解，并探讨了WENS实施过程中所涉及的技术问题，特别是参观了墨尔本森林大火现场，对澳大利亚森林大火气象服务情况有了了解。代表团圆满地完成了考察和学习任务。二、 考察活动的主要内容和收获1. 了解了澳大利亚气象局（BOM）的基本业务情况1） 机构设置澳大利亚气象局(BOM)正式成立于1908年1月1日，是澳大利亚的联邦机构之一。BOM总部设在墨尔本(Melbourne)，是行政和业务的双重管理部门。BOM对外提供天气、气候和水文方面的服务。BOM下设三个中心：国家气候中心（National Climate Centre）、气象局培训中心(the Bureau of Meteorology Training Centre)、气象局研究中心(the Bureau of Meteorology Research Centre)。在澳大利亚各个州的首府和Darwin市设有地方气象局。每个地方气象局都包括区域预报中心和洪水警报中心。在佩思市(Perth)、达尔文市(Darwin)和布里斯班市(Brisbane)的地方气象局设有热带风暴警报中心。达尔文市(Darwin)地方气象局还设有火山灰咨询中心。BOM的地方性办公室遍及整个澳洲大陆、周边岛屿和南极洲。国家观测网由约500个合作观测站和近6000个志愿雨量观测站组成。图1为澳大利亚气象局的预报业务机构的分布图。图1 澳大利亚气象局(BOM)预报业务机构分布2） BOM在线提供天气、气候和水文服务目前，BOM在线提供的天气方面资料分为警报信息、预报信息、观测资料和天气图四类。警报信息包括澳大利亚最新的天气警报信息和警报概要。预报信息包括澳大利亚本土的天气预报、远海天气预报、主要城市未来3天天气展望、全国洪水预警服务、各州首府的紫外线参数预报曲线图、城镇紫外线参数预报。在线观测资料包括各州首府的观测资料、全国最新的观测资料(逐时更新)、实时的雷达(降水位置和强度)图像(每10分钟更新，见图2)、卫星图像(包括最新的红外图像和可见光图像)、每月重要天气概要。天气图资料包括天气实况图和预报图。图2 澳大利亚气象局(BOM)业务网站雷达资料显示网页在线提供的气候资料包括的内容十分丰富。其中包括前月的降水概要、前月的SST平均图和异常图、上年的气候概要、1876年至今的逐月SOI值、El Nino和La Nina年的降水资料、热带风暴季节性展望、最新的全球MSL气压/500hPa高度/风/SST月气候图、澳大利亚的各种气候图等。在线提供的水文方面的服务是基于水文服务计划(HSP)的。该计划包括的内容有洪水警报服务、水文气象咨询服务(HAS)和水资源评估。图3 澳大利亚气象局(BOM)官方网站的预报服务产品网页2. 了解另外维多利亚区域气象台区域气象中心的业务情况作为澳大利亚气象局6个区域气象中心，维多利亚区域气象台（Victorian Regional Office）肩负着维多利亚区域的常规天气预报、强对流天气预报、沿海天气预报及农业气象等业务。维多利亚区域气象台在一栋大厦里，与澳大利亚气象局总部并不在一起，这里的工作环境非常的轻松开放，办公室3面均为落地窗，能一目了然的看到室外的天气状况，各个科室的工作也都是有条不紊的在进行，柔软的地毯把所有杂音都吸收的干干净净，为大家创造了一个非常适合思考的环境，此外在办公桌上还为值班业务人员配备了小食品，可谓非常人性化。在气象台里，预报员为代表团介绍了区域气象台的预报业务流程、业务系统、服务方式等，又专门详尽地介绍并演示了短临预报业务系统。在这里代表团真正感受到了什么是“快乐生活，激情工作”。3. 完成了STEPS临近预报系统培训2008年北京奥运会期间，STEPS系统作为B08FDP项目参加示范的七个短时临近预报系统之一，表现良好。由于时间关系，此次澳洲行只是对STEPS系统有了一个初步的了解。STEPS系统是一个短时临近预报系统，它是将雷达回波外推技术和高分辨率的数值天气预报（NWP）技术相融合，主要提供定量降水估测（QPE）和定量降水预报（QPF）。目前,TREC(交叉相关法)等基于雷达回波外推的邻近预报技术在1-3小时QPF中表现较好，但3-6小时随着系统发展，此类方法很难给出较准确预报，同时，在雷达探测范围以外的区域回波外推方法也很难有较好表现；而高分辨率数值模式则可以补足这些缺点。STEPS系统的基本原理主要是利用自回归的方法，将雷达数据做初始扰动激发一个确定性预报，然后在确定性预报中加入噪音集合，每个噪音集合的权重由其预报能力决定；STEPS主要是应用雷达资料和降水资料，降水资料除了用于雷达外推计算QPE和QPF外，还用来判定雷达外推误差以便订正。这种采用权重分析方法将临近预报和高分辨率NWP进行融合的方法较单一的雷达外推方法能得到更为准确的预报。目前，澳大利亚气象局采用的是英国气象局的数值模式，空间分辨率5公里，时间分辨率为15分钟，每小时更新一次。下图为STEPS系统的服务器架构图。Nowcast App serverRapic Data serverRain field serverRain field productRapic dataQPEWebSTEPS serverradarradarradarCINRAD + NEXRAD dataRain gaugeAWSradarMinute process图4 STEPS(Short Term Ensemble Prediction System)服务器系统流程构架图4. 开展了技术交流21日下午，代表团与澳大利亚气象局热带风暴中心专家就热带气旋研究方面的问题进行了充分的交流和研讨，交流重点主要是针对台风路径和强度预报经验及难点、台风风雨及其影响的预报经验和难点、数值预报模式对登陆台风预报性能评估以及非常规资料在台风定位和定强业务中的应用等问题。5. 探讨了开展WENS计划的技术问题根据上海市气象局的业务状况以及WENS项目的需要，讨论了上海市气象局引进STEPS系统需要注意和亟待解决的主要问题，并协商明确了以下技术问题：1) 确定WENS服务器采用LINUX SUSE10.0系统；2) 提供上海及周边的雷达基数据：6分钟一次；3) 降水资料格式：30分钟一次，采用NetCDF格式；4) 对数值天气预报NWP的要求：空间分辨率为9公里（3公里也可以），时间分辨率为1小时的降水预报场；目前，上海台风研究所STI-WARR模式已经能提供3公里的高分辨率降水产品；5) 基于上海本地地理和气候特点的一些参数修改（如暴雨等级需设置为上海当地的标准）。通过这次考察访问，使我们有机