高时空分辨率的精准气象数据作为关键科学基础数据集,不仅作为从“零时刻”到日、月、季、年无缝隙智能网格预报业务的重要组成部分,同时构成区域气象环境演变机理研究和灾害风险评估的核心基础数据。利用数据融合与数据同化技术,综合多种来源观测资料及模式数据的优势是获得高精度、高质量、时空连续的实况分析产品行之有效的手段。
2018年6月,“全国智能网格实况融合分析产品(V1.0)”通过预报司业务准入评审,实现中国陆地5公里降水、气温、湿度、风速、能见度实况分析产品业务化运行,2020年4月,针对实况分析产品业务应用以来反馈的质量、精度和时效等问题,对业务准入的多源融合实况分析产品进行了技术改进和产品优化,“全国智能网格实况融合分析产品”升级至V1.1版本(即ART-V1.1),产品时效提高至5分钟以内。
针对灾害天气监测预警、智能网格预报以及智慧气象服务对实况分析产品时空分辨率、时效、质量、稳定性等方面提出的更高的要求,通过改进多源数据融合分析的技术方案,进一步开展多源气象数据协同质控、概率密度函数偏差订正、多重网格变分参数优化等技术攻关。基于地面自动站观测、雷达QPE产品、IMERG、GSMaP、CMORPH、FY2G等卫星产品、以及GRAPES-meso、ECMWF和区域大气实况等模式产品作为输入数据,充分发挥观测站点在精度和各类背景场数据在空间分布上的优势,研制“中国区域多源融合实况分析1km分辨率产品(ART_1km)”,涵盖降水、气温、湿度、风等关键要素,独立检验显示1km降水、气温等产品的相关系数分别为0.8和0.99,优于国际同类产品。该产品于2021年9月通过业务准入,入选中国气象局高价值气象数据产品,基于气象大数据云平台向国省气象部门提供实时数据服务。
1km分辨率的实况产品大幅提升对复杂地形、极值、冬季降水的刻画能力,在全国天气会商降水实况回顾、天气过程复盘、流域面雨量监测等场景中应用广泛,为中国气象局人工智能天气预报大模型示范计划、气象中心智能网格预报算法开发、农业气候资源普查精细化区划技术研究、省级灾害监测业务(高温、暴雨、寒潮等)提供了精细化实况数据保障。

1km分辨率气温和降水实况空间分布图
下一步,研发团队将聚焦传统数理分析与人工智能方法的融合应用,通过开展多源协同降水融合分析技术研发、以及复杂地形风场人工智能降尺度订正技术攻关,进一步提升融合实况产品在复杂地形下的精度表现。
作者:庞紫豪
校稿:韩帅
审稿:张涛