让奥运气象预报更精准

1、让奥运气象预报更精准编者按8 月的北京，历年来都是闷热、多雨。而一年后的8 月8 日，第 29 届奥运会开幕式将在北京举行， 是否也会有一场 不合时宜的雨？气象条件不仅关系到开幕式等大型活动的顺利举办，也 是影响运动员成绩的敏感性因素之一。天气预报的重要性不 言而喻，气象部门可谓重任在肩。只有一年的时间了， 2008 奥运会气象服务是否准备就绪？我国能从前几届奥运气象 服务中学到什么？以高性能计算机为代表的 IT 技术是否能 满足气象服务的需要？第五届全运会在上海召开时遇到了台风，开幕式只好推 迟举行。第六届全运会开幕日上午天气还好，晚上入场式中下起 了小雨。如果这些天气被准确预报，麻烦就会少

2、很多。这些天气 可能并不具备灾难性，但对于大型活动或体育赛事来说，它 们却是高影响的天气。如果天气预报可以再准一些，高影响 天气的影响能力就会被大大消弱。2008 年北京奥运越来越近， 面对开幕式、 比赛项目等对气象预报的复杂要求，我国气象工作者准备好了吗？2008 奥运气象服务需求：高难度 高要求2008年 8月 8日晚上 8点，这一连串的“ 8”似乎让北 京奥运会的开幕时间多了几分吉祥意味，但这个时间的得来 却与北京的天气有着紧密的关系。申办奥运会成功之初， 决定的赛事时间为 7月 25日到 8 月 10 日。但考虑到当时北京正处于汛期，非常不利于赛事 举行，所以经奥组委批准，将举办时间向

3、后顺延两周，因而 也就有了 8月 8日开幕的说法。奥运会期间，北京的天气会是怎样的呢？北京市气象局 副总工程师、中国气象局奥运气象服务领导小组办公室副主 任王玉彬介绍，从天气的复杂程度上说，奥运期间北京平均 23天就有 1 次降雨，每 4 天就可能发生 1 次雷暴，雾、暴 雨、大风、高温、闷热等对赛事有高影响性的天气也有可能 发生。王玉彬说：“与前几届奥运会相比， 2008 奥运气象服务 的第一个特色就是天气比它们都要复杂。 ”据介绍，雅典奥 运会期间，正值当地的旱季，降水稀少，天气晴朗。悉尼奥 运会举行期间正值当地春末，处在干季雨季过渡期，相当于 北京 4 月下旬到 5 月初，北京奥运会的气

4、象保障比悉尼奥运 会也要复杂得多。与最近四届奥运会相比，北京奥运会举办 期间的总降水量是最大的，降水日数是最多的。复杂的天气决定了气象服务的高难度，但奥组委不会因 此降低对气象服务的高要求。在 2008 奥运会期间，气象服 务必须每天滚动地提供每 3 小时场馆天气预报， 包括温、压、 湿、风。这是以前悉尼奥运会和雅典奥运会所不能达到的气 象预报水平。历届奥运会的主办国和城市都在气象服务方面投入大 量人力物力。北京市气象局局长谢璞说，从 2002 年起，我 国气象部门就开始专项研究北京奥运会的气象保障问题，这 是历届奥运会中最早开展相关工作的。我国去年底成功发射 地球静止轨道气象卫星“风云二号”

5、 D 星，负责全面预报北 京奥运会开幕式、闭幕式及赛事的天气。 该卫星能全天候 连续监视，获取地球空间环境白天可见光云图、昼夜红外云 图和水汽分布图。为了满足场馆精细预报的需要，北京、青岛、上海、天 津、秦皇岛、沈阳、香港等举行奥运会赛事的地区增设了自 动气象观测网和多普勒雷达等观测设备，气象卫星的图片提 供频率由 1小时 1 张提高到半小时 1 张。王玉彬说，当前， 最重要的是开展区域资料融合和中尺度数据同化等先进技 术研究，以准确把握 0 到 2 小时的临近天气预报以及奥运场馆的精细预报高影响天气临近预报 02 小时预警不少人都可能有过这样的经历，刚刚还是晴空万里，突 然就飘来几片云彩，

6、下起了大雨。 对于一场室外的赛事来说， 一场突发大雨不亚于是灾难。在这种时候，临近预报就帮得 上忙了。北京市气象局副局长王建捷说，北京地形相当复杂，很 小的距离范围内地形有很大的变化，城区的海拔高度大概是 30 米，但是在最北面山区高度达到 2000 米。在这样一个急 剧变化的地形里，很可能有一些小时间生命史的天气发生。从现在的科技发展状况来讲，这种局部气象真正完整的 发生发展机制并没有完全搞清楚，因而预报的难度很大。王 建捷说，在突发天气发生的早期，主要看看有没有发生这种 天气的环境条件，从而判断发生的可能性。在天气临近的时 候，主要就是通过监视大气变化，来提高对这类天气的捕捉 和预报的能力

7、。王建捷介绍，在引进、吸收、消化国际先进 临近预报技术的基础上，针对局部对流天气突发性强、生命 史短、空间尺度小、发生的物理机制尚不完全清楚、预报难 度大等特点，北京市气象局通过本地优化和改进，建立了北 京地区雷暴识别、追踪、分析客观自动化临近预报系统，并 将有关技术移植到青岛气象局，以有效地在奥运会期间，对 两地突发灾难性天气的出现进行临近 02小时的预报或预 警。具体说来，冰雹预警能提前 1 个小时左右，但雷暴的预 警只能提前半小时甚至更短。临近预报的技术方法是现状外推。如果当前一块比较强 的暴雨，采用现状外推的预报方法，预报员可以预测下一个 时间段它会向哪个方向移动，从而判断会在哪个地方

8、下雨还 是原地停止。现状外推不是简单的外推，而是要考虑大气变 化的发生、发展是稳定还是减弱或新生。现状外推有两个关 键点，一个就是要确定当时最真实的大气建构，就是说当前 时刻的大气状态究竟是什么样的，只有把当前时刻的情况弄 准确了，从现在这个时刻外推才有可能准确。因此，多种探 测资料的同化技术很重要。第二，恰当的外推方法很重要。 除了数学的算法之外，外推还要考虑物理变化，也就是大气 系统的生长、发展演变。场馆精细预报 3 小时滚动更新为实现奥运期间 24 小时内 3 小时滚动预报，必须采用 精细的数值预报技术。北京市气象局副局长王建捷说： “与 传统的天气学原理或者说比较定性的天气学方法相比，

9、它是 从大气物理规律出发来建立数学模型，在本质上发生了巨大变化观测数据是气象预报的基础，而数据质量高低取决于观 测站的布局。王建捷介绍，观测站的布局包括多个方面的内 容，如北京及周边地区地面自动观测站的分布，探空加密观 测的时间和地点位置，新建多普勒雷达组网和拼图方案以及 风廓线仪站网布设等。利用数学结构函数法，北京气象局确 立了自动站网的布局，在北京城内大约是 5 公里一个间距在 观测性上是有代表性的，城郊是 15 到 20 公里的分辨率。在 布设研究中控线的网建设方面，气象服务部门采取的是数值 模拟的办法，这种布局方法能够比较好地捕捉最可能发生的 一些天气变化，能够比较好地和其他探测资料配

10、合使用，能 更好地反映大气当时的状况。仅仅有观测数据是不够的。王建捷说，合理布局后的观 测站点可以得到更多高质量的数据，怎么把这些数据用好是 非常关键的。精细的数值预报技术里比较关键的是多种探测 资料的同化技术。所谓资料同化，就是由观测数据确定模式网格点初始值， 形成模式初始场，即在模式动态运行中融合新观测数据，逼 近大气真实情况。通常的做法是，假定模式格点的分析值等 于一个初猜值加上订正值：分析值 =初猜值 +订正值。新的变 分同化技术是利用模式和观测两者形成模式初始场，计算量 几乎占到总计算时间的 1/2 。王玉彬介绍说，中尺度数值模式预报取得重要进展的一 个原因是资料变分同化技术的研究和

11、应用，三维和四维资料 变分同化技术的应用使卫星资料和雷达资料成了最主要的 资料源，极大地改进了数值预报的初值质量。以前，为了把观测插值到模式格点上作为模式积分的初 值，产生一个叫主观分析的名词。后来，把人工插值变为计 算机插值，就改名叫客观分析。再后来，发现单纯观测的插 值不能解决模式的初值问题，又把背景场引进来。多少年来，气象领域的大部分人都是围绕着如何更 好地把观测值插到格点上、如何更好地产生初值等问题努力。 王玉彬说，变分同化方法利用了变分原理，把预报场和观测 资料放在一起，进行全局调整，从而使分析达到统计意义上 的最优。在变分方法中，观测算子可以是非线性的，从而使 得直接同化非常规资料

12、变为可能。同时，它可以全局调整， 克服了最优插值在实际应用中的资料选择问题。 从上世纪 90 年代开始，变分方法在少数国家实现了业务化。8 大系统打擂台 确保精准预报不怕不识货，就怕货比货。使用同样的观测数据，不同 的预报系统可能得出完全不同的结果，而这时候，比的就是 系统的真本事。中国气象局还通过世界气象组织的天气研究计划，牵头实施了北京奥运国际示范项目B08FDR-RDP项目，从而在更大的范围内就奥运气象服务所涉及的突发灾难性、高影响天 气预报与临近预警技术开展多边合作。王玉彬介绍说，参与这个项目的系统很多，有来自澳大 利亚、奥地利、加拿大、中国、法国、日本、美国等国的 8 个系统。 20

13、06 年，这个项目做了第一次测试。 2007 年，要 测试各个系统所能提供的产品，还有看各个系统能不能按照 要求正常运行。王玉彬介绍，2007年7月 1日8月24日进行了 FDP第二次系统测试。现在参加FDP项目测试的中外气 象专家已经在北京市气象局完成了安装调试任务，本地预报 员正在熟悉和应用这些短时临近预报系统。北京市气象局将 确保所有参加测试的系统能够实时、稳定、正确运行。但是王建捷强调， 在国际上， 预报不准的事情常有发生， 即使是 30 分钟或 60 分钟的临近预报也不能保证 100%真实， 应急保障必不可少。链接 :冠军因天气而变帆板与风1986 年汉城亚运会上， 在进行帆板最后的

14、决赛中， 韩国 气象台预报赛场有 4 级风，而我国教练员从其它途径获得了 赛场有 5 级以上风的预报信息，于是果断决定派出一位重量级队员上场。比赛开始不久，海面上刮起了5-6 级风，这对体重较轻的选手甚为不利，体轻压不住舷，风大帆板极易左 右摇摆，甚至翻沉。最终，我国运动员战胜了所有的外国选 手，夺得了亚运会帆板比赛的冠军。雨与网球在 20 世纪 30 年代初，美国新崛起的网球明星梵恩斯与 柯显相遇。梵恩斯拿下了前两盘。到了第三盘，一阵大雨， 比赛被迫中断。等雨过天晴继续比赛时，由于比赛场地是泥 场，经过雨淋，球的反弹度降低了许多，使得梵恩斯难以发 挥炮弹式的特长。到了决胜盘，又是一场阵雨，柯显在老天 的帮忙下靠刁钻的落点重新控制住局面，取得了这场球赛的 最后胜利。通过这个典型事例，可见网球比赛特别是泥地赛 和天气的关系是何等密切。风与射