上海：“数值预报+”理念为更高水平现代化提供动力
（刊《中国气象报》9月26日三版）
在全球气象科技竞争日益激烈的背景下，发展数值预报已经成为气象业务现代化最重要的任务之一，与之相关的体制机制改革也成为业务科技体制改革最重要的命题。按照“上海风格、中国气派、世界水平、科技引领”的现代化目标要求，结合上海建设具有全球影响力的科技创新中心的发展需求，上海市气象局紧紧抓住区域数值预报科技创新体制改革的“牛鼻子”先行先试。通过成立区域高分辨率数值预报创新中心，围绕核心技术突破，大胆探索科技创新体制改革，该局逐步形成“数值预报+”的发展理念，为全国气象现代化建设和深化改革工作贡献经验，也为上海更高水平气象现代化提供持续发展的动力和活力。
区域高分辨率数值预报核心技术取得突破
完善区域高分辨率模式（云）初始化方案。应用雷达和卫星观测等资料，上海市气象局建立了三维云分析方案，有效减少了模式预报起转延迟时间，提高了模式降水强度和位置的预报能力。进一步的云初始化方案显著改进了模式水凝物特别是小粒子的初始场。
建立自适应模式网格的三维边界层次网格混合方案。科研人员在三维边界层湍流混合中加入了由大涡模拟资料分析诊断的非局地作用，并根据其随模式分辨率变化的函数实现模式次网格混合对分辨率的自适应，使得边界层次网格方案不仅适用于大涡尺度的模拟，而且适用于中尺度天气模拟，为1公里模式湍流与边界层过程灰色区域参数化奠定了基础。
建立适用于高分辨率模式的次网格云参数化方案。以美国全球预报系统中SAS对流参数化方案为基础，上海市气象局引入Arakakaw高分辨率深对流参数化理论，初步建立了一个次网格云参数化方案框架。该方案通过参数化次网格对流云量，充分考虑了模式分辨率对对流效应的影响。理想热带气旋强度变化的试验结果表明：相比传统SAS方案，随着水平分辨率的提高，次网格质量传输逐步减弱；模式分辨率为3公里时，其加热廓线逐步退化为类似浅对流的垂直分布，次网格效应和分辨率变化一致。
建立基于 GRAPES模式框架的台风数值预报系统。通过引入新半隐式半拉格朗日时间积分方案、增加Klemp高度坐标等，改进了模式的动力框架，使其满足高分辨率模式计算精度要求。整体引入美国全球预报系统物理过程包，考虑物理过程中各分量的协调性，增加了对流参数化中新的触发机制，改进了强降水预报。针对台风发展了涡旋初始化技术，有效提升了台风强度及路径预报。经检验，该系统24小时台风路径预报准确率接近或达到国外主流模式水平。
建立与中尺度天气模式耦合的环境模式（CMAQ）和 海 洋 模 式（FVCOM）系 统。CMAQ利用9公里区域模式为初始场，实现了天气-环境的预报一体化，既提高了预报准确率，又体现了集约化优势。FVCOM也以9公里区域模式为初始场,模型采用非结构化的三角形网格,网格计算区域包括了长江口、杭州湾、舟山群岛、大小洋山港及部分东海海域，将为中国近海海洋导航和气象服务提供更精细化的海洋预测数据。
今年汛期，华东区域模式在5月7日至8日福建三明泥石流和强降雨过程、7月19日至20日华北区域极端强降雨过程及1601号台风“尼伯特”路径预报等个例表现出色，为预报员提供了有效支撑。
“数值预报+”应用体系建设初具成效
“数值预报+格点预报”，助力大城市精准化预报服务。依托高分辨率区域模式，上海市气象局发展了基于目标匹配识别的0至12小时雷达外推及NWP订正和融合、基于多模式产品输出的极端强降水概率预报等技术，实现长三角地区的精细化客观定量降水预报空间分辨率1公里，时间分辨率10分钟，更新间隔30分钟。以此为基础，建立了高影响天气监测预警业务平台，逐步实现从基于探测的预警向基于预报的预警转变。建立了精细化格点预报业务平台，上海精细化格点预报业务实现0至6小时逐10分钟、24小时逐小时、10天逐12小时精度，预报精准化、集约化和智能化水平得到显著提高。
“数值预报+影响预报”，丰富新型气象服务内涵。上海市气象局选定城市积涝、航空气象、海洋气象、健康气象和交通气象5个方向为重点，建立以区域高分辨率模式为基础、与用户需求相结合的新型交互式天气影响预报和灾害风险预警业务体系，逐步实现从基于现象的天气预报向基于影响的预报转变。基于全市暴雨内涝隐患点风险普查，上海市气象局还建立了城市暴雨内涝评估模型，影响预报与风险预警在试点社区成效显著。该局与中国商飞试飞中心共建试飞气象工程研究中心，并与民航气象部门联合研发航空气象影响预报业务平台。该局建立了包含浅滩效应、陡度、涌浪占比、谐摇的船舶风险指数体系，开发了大风陡浪航线的风险预警产品，使海上大风概率预报正式业务化。此外，该局还研发了感冒、儿童哮喘、COPD等疾病气象环境风险预报产品，开发健康气象业务平台和微信平台，面向学校、医院、社区开展健康气象风险预报服务。
发挥区域高分辨率数值预报创新中心、上海海洋气象台等业务单位科研和人才优势，上海市气象局加强远洋气象导航技术攻关，探索开展导航工作。今年1月15日，该局上海华云实业公司联合中国气象局华风气象传媒集团、大连港航科技有限公司、北京盛安国际保险经纪有限公司正式成立股份混合所有制公司——优尼迈特气象科技（上海）有限公司。该公司借力大连海事大学在航运、船舶领域的科技成果以及盛安保险公司在水险领域的研究成果，建立了一套拥有自主知识产权的气象导航核心技术，不断积累经验，开始全面参与国际航运气象导航服务竞争。
“数值预报+观测试验”，实现观测预报互动双向促进的良性循环机制。2015年，上海市气象局以数值预报对地面站观测资料的敏感性评估为依据，通过开展不同站点密度的数据敏感性试验，得到地面站布局对数值预报的贡献评价，总结形成了遴选方法，并在各区域中心推广，为全国地面天气观测网遴选提供支撑。2016年该局完成华东区域的地面站网遴选，并同步开展雷达、风廓线、探空、地面站等观测资料对区域数值预报模式影响的定量评估。该局针对综合气象观测站（超级站）、多波段雷达网络化观测、城市环境气象观测和观测网布局优化四个方面开展试验，提出科学、集约、智能的上海超大城市综合气象观测布局方案。
“数值预报+信息化”，探索气象部门众创型核心技术研发与应用新实践。上海市气象局以集约化、标准化的发展方式，应用云技术、大数据、“互联网+”、智能化等信息技术，建立统一标准、统一数据和统一管理的集约化众创型数值预报专业云平台，形成数值预报业务、科研等的“云+端”应用模式，建立以区域高分辨率数值预报系统为核心的集约化数值预报格点数据应用业务体系。该局通过租用公共云资源、规范数据传输标准、统一数据格式，目前已实现了高分辨率数值预报格点数据的单点上传和多用户下载，开展华东区域模式面向国家气象中心、江苏、浙江、安徽、福建、江西、山东、宁波、厦门等9家业务单位的云服务。
“数值预报+一体化业务”系统，构建“信息化、集约化、标准化”现代气象业务。以中国气象局“信息化、集约化、标准化”总体要求为指导，按照“一个数据环境库、两个综合显示平台、三个支撑系统”的建设思路，上海市气象局在全国综合气象信息共享平台（CIMISS）数据标准和环境支撑下，建设上海一体化气象业务系统。该系统充分发挥了区域高分辨率数值预报系统的技术优势，打造内容上集综合观测、预报预测、气象服务于一体，时间上集短时临近预报、中短期预报、气候预测于一体，空间上覆盖市级业务单位和各区县局的集约化综合业务系统，有效解决原有业务平台分散问题。