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科技篇——筑梦辉煌 科技先行

日期:2021-07-02 12:56:00

“预计20-22时国家体育场天气以多云为主,平均风力2、3级,冠顶最大阵风5级,有利于文艺演出及焰火的燃放,但气温较高、湿度大、体感闷热,请注意防暑降温。”6月28日13时,查看最新的现场气象实况监测和短临模式预报产品后,驻守国家体育场的服务首席吴宏议做出判断,将气象信息及服务提示提供给文艺演出保障部门。

吴宏议查看的这些数据包含了先进的探测、模式等气象成果,此时正在指挥部现场大屏实时显示。类似这样在庆祝活动中专门研发和应用的新技术新手段还有很多。为满足本次活动对气象的特殊需求,市气象部门提早开展活动保障气象科技研发,加强自身技术储备和应用。

——数值模式“家族”齐上阵显神通

打开北京气象综合显示系统重大活动气象保障专题页面,可以直观看到56项新增模式产品的可视化示意。这些满足庆祝活动气象服务不同需求的产品均来自于“睿图”数值预报模式体系。

6月9日,针对庆祝活动,北京城市气象研究院升级研发“睿图”模式体系。冯子晏 摄


活动筹备前期,城市院依托自主研发的“睿图”数值预报模式体系,对城市、临近、睿思、短期、化学、雷达等子系统进行针对性研发升级,形成各有侧重的分析、预报产品,满足庆祝活动的不同需求。

 “睿图”城市子系统,以天安门为核心,依托风的垂直观测实况数据,模拟得出北京四环以内的10米水平分辨率的近地面风场分析场和预报场,并对重点街区的精细化风场特征进行单独展示。除风要素外,还完成温、湿、体感温度、舒适度指数等客观预报产品的可视化设计与制作,并将体感温度、舒适度指数计算模块与微尺度模式系统耦合,形成客观预报分析产品。

北京市气象台首席预报员张迎新(左)和

城市院睿图临近预报子系统首席秦睿(右)讨论睿图模式预报效果。叶芳璐 摄

临近、睿思子系统均以短临预报产品见长。团队基于临近子系统,重点研发形成京津冀、环北京、北京关注范围内1km分辨率为主、逐6分钟间隔为主的分析、预报产品。睿思子系统则重点聚焦核心区域,最终研发形成以天安门为中心,100米分辨率的地面实况分析产品、临近预报产品。

短期、化学模式产品方面,团队重点回算了历史个例,根据专项活动和人影作业以及大气扩散条件预报的特殊需求,定制研发了时效长达12-96小时的专项服务产品,产品类型包括指定地区的体感温度、阵风、云量、能见度、综合探空预报以及前期预报的检验信息。

雷达完成原有X波段网络化应用系统(BJ-Xnet)升级为多波段雷达组网应用系统(BJ-SXnet)新增25层雷达组网产品和4种临近预报产品,实现雷达组网产品三维展示,可无死角观看风暴结构和各类降水粒子空间分布,对强对流云进行有效跟踪监测,为保障演练提供了关键决策资料。

——主观经验+客观技术“锁定”关键区

2021年年初,市气象局组织预报员围绕活动期间高影响天气形成的机理和预报难点进行系统梳理。

预报专班利用近10年的数据对天安门、鸟巢区域6月20日-7月5日时间段内历史高影响天气发生情况进行统计复盘分析,研究明确了活动时段内的高影响天气类型、主要影响天气系统以及主要天气系统影响下出现高影响天气的概率,同时对预报关键点和难点进行了凝练总结。

在对近10年活动同期的强对流、暴雨、高温等天气个例的分析基础上,预报员采用MOML、ANEN、BJTM、频率匹配等客观方法对活动关注站点进行了建模,并在业务系统实现客观产品的自动化输出和展示。同时,开展关键区预报站点的实时同步检验,跟踪要素预报效果,积累预报经验。

预报员建立形成的客观预报方法,再加之预报员丰富的主观预报经验,预报准确率得到明显提升。经过客观检验,关键区域0-240小时高低温预报准确率均明显高于EC模式。

——体感温度研究让服务更加“置身其中”

7月的北京,骄阳似火。庆祝大会当天会不会出现高温直晒?尤其是考虑到观礼人群中如果有年迈的老人,如何将高温预报变成现场的应急措施,特别是防高温、防中暑的要求?

北京市气象服务中心联合成都信息工程大学环境气象与健康研究院,提前启动体感温度专项服务产品预报模型研发。

研发团队采用当前国际先进通用的三种人体热平衡机理体感温度算法,建立人体舒适度预报模型,实现了体感温度预报从以往的经验统计模型向物理机理模型的转变。

庆祝活动预报服务专班成员李桑(左)和气象服务中心首席王华(右)讨论体感温度预报。叶芳璐 摄

市气象服务中心服务首席王华介绍,通过业务适用,研发形成天安门、国家体育场的定点体感温度、舒适度等级、服务提示等产品,并且根据人群所处的环境,细化了舒适度等级产品和服务用语。“我们针对室外大型活动的特点考虑了辐射、风等因子的综合影响,让服务更加‘设身处地’”。

现场气象服务保障人员还创新开展了坐席表面温度观测试验,从6月16日起针对天安门广场观众席位增加钢材、铝材、塑料、地砖4种不同材质表面温度连续观测。市气象服务中心通过将观测资料与气温、不同天空状况进行逐小时对比分析形成客观规律,对不同材质座席表面温度进行预报,助力保障部门有效采取高温防范措施。(冯子晏)

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