中南地区雷雨区域预警预报 业务系统的设计与实现

1. 中南地区雷雨区域预警预报业务系统的设计与实现中南地区雷雨区域预警预报业务系统的设计与实现 课题组：刘峰 楚建杰 黄奕铭 曹 正谷文龙王 刚 民航中南空管局气象中心 2012年9月

2. 主要内容 一、背景情况 二、国内外相关技术研究现状 三、区域预警预报系统业务系统的设计与功能 四、总结与展望

3. 一、背景情况 • 中南空管局气象中心承担六个省区的航空安全保障工作； • 区域内频发的强对流天气是预报和服务的重点和难点； • 管制部门、航空公司等航空气象用户急切需要准确、直观的预报产品。 －－努力尝试建设中南地区雷雨区域预警预报业务系统

4. 二、 国内外相关技术研究现状 • 针对区域内雷暴、热带气旋、大雾、冰雪等严重影响飞行安全的复杂天气，中南空管局气象中心积极开展区域预警预报工作，但缺乏专门的业务系统。 • 本地生成的、从广东省气象局、香港天文台等引入的数值预报产品、探测数据种类繁多，急需进行综合处理，得出统一、相对准确、更具指示意义的物理量场和预报指标，为制作区域预警预报产品提供客观依据。 • 而美国等先进国家已建有较为完善的区域和航路预警预报业务，通过数值预报模式输出、卫星和雷达分析和判别等技术，以自动加人工判断的方式，进行滚动发布区域和航路重要天气预警预报。

5. 二、 国内外相关技术研究现状 • 气象卫星、雷达数据分析和处理技术方面 • 中南空管局气象中心正在实验分析FY静止气象卫星探测得到的云顶亮温数值，判断对流云体的区域和强度，并从红外1和红外3 通道的云顶亮温差中能搜寻孤立的(ISOL)、可分离的(OCNL)和不可分离的（FRQ）三类对流云团。 • 正在实验区域天气雷达拼图，实现区域内高时空分辨率天气雷达拼图和终端区0—1小时雷达拼图回波外推产品，另外已经完成香港天文台多普勒雷达数据解码和绘图工作。

6. 二、 国内外相关技术研究现状 • 数据综合分析技术方面，继常规探测资料之后，卫星、雷达、GPS等非常规探测资料的同化技术已经逐渐完善。 • WRF的3DVAR模块可同化多种观测资料，改进WRF模式的预报效果。 • ARPS模式的资料分析系统ADAS可将卫星云图等资料加入到模式中，得到更准确地反映中尺度特征的初始场； • NOAA的局地分析预报系统LAPS将多普勒雷达、云导风、地高资料、自动气象站等多种资料与模式分析场或预报场进行融合，得到一个相对更加准确的分析场，也可以为民航京沪穗数值预报模式提供一个更加精确的初始场。

7. 三、区域预警预报系统业务系统的设计与功能 预报室现有资料： 数据、图形、文字 产品检验模块 预处理 背景场、同化资料 数据综合分析预报模块 资料收集分析模块 计算诊断量 卫星、雷达、机场实况 区域重要天气监控模块 航空器空中报告 产品显示模块 区域预警预报产品制作发布模块 中南地区区域预警预报业务系统资料处理流程图

8. 资料收集分析模块主要功能： • 对现有所有类型数据资料进行收集整理。 • 进行质量控制、格式转换等预处理。 • 对实况和数值预报数据进行诊断分析，生成对重要天气具有指示意义的相关产品。 • 资料存储管理，在收集整理资料同时将资料进行分类存储。

9. 区域重要天气监控告警模块主要功能： • 卫星云图天气监控：解码卫星全圆盘原始数据；判断对流云高度、面积，搜寻ISOL、OCNL、FRQ三类对流云团，关键区自动报警功能。 • 区域天气雷达拼图：实现区域内高分辨率（10分钟）天气雷达拼图产品，并得出告警产品。 • 机场实况监控：利用天气报告、机场预报对区域天气进行高时间分辨率监控，当相关特征量达到分级告警某一级标准或实况观测到重要天气并达到分级告警某一级标准时，系统自动告警，提醒用户采取措施。 • 热带气旋监控

10. 卫星云图天气监控 红外云顶亮温图 对流云识别（黄色区域为对流云） 已经完成通过对接收到的卫星全圆盘原始数据进行解码，得出云顶亮温数据，在地图底图上进行色标填图（左图）；通过色标填图将不同性质云体的层次表示出来，根据颜色梯度判断对流云的高度及面积（右图）

11. 区域天气雷达拼图天气监控 广东省区域雷达拼图 中国中东部区域雷达拼图 广东省气象局7部WSR-98D多普勒天气雷达的3公里CAPPI产品数据（广州、深圳、阳江、湛江、韶关、汕头、梅州）。对数据进行解码，将径向数据转换为格点数据，进行拼图，对于重叠部分，采取最大值法。得到广东省3公里CAPPI产品数据，水平分辨率0.01°×0.01°，时间分辨率6分钟 中东部区域70部多普勒雷达3KM CAPPI产品的拼图，覆盖范围包括中南地区及京广、沪广航路，时间分辨率10分钟

12. 热带气旋天气监控

13. 机场天气动态显示界面 在全国地图上，境内各机场近似地理位置上标注出主要的天气现象（蓝色空圆圈表示没有任何天气现象）或风、能见度、RVR、云、温度/露点

14. 航班动态显示界面 在该系统界面的上部有查询设置栏，设有航空公司、航班、起飞机场、降落机场、起飞时间、飞行时段和预起时段等查询项

15. 数据综合分析预报模块主要功能： • 建立LAPS数据融合系统： • 应用数据综合或同化功能，对收集的探测数据资料分析处理，得到相对精确的分析场，并利用WRF模式为主体的民航京沪穗数值预报模式等相关模式得到0－12小时区域预报结果。 • 目前已经完成以美国国家环境预报中心（NCEP）的全球预报场GFS数据作为初猜场，融合香港天文台雷达数据、METAR报文、地面观测等数据，并实验与WRF模式的连接。

16. 香港雷达强度回波图（解码）（2012年7月24日08时，单位dBz）香港雷达强度回波图（解码）（2012年7月24日08时，单位dBz） 香港雷达降水强度回波图 （2012年7月24日08时，单位mm/hr） 解码生成的雷达强度回波图（左图）对比香港天文台网站发布的降水强度回波图（右图），雷达回波的形状以及回波强度分布完全一致，证明数据解码成功

17. 沿22.5°N三维全风速场垂直剖面（未融合数据）（2012年7月24日08时，单位：米/秒）沿22.5°N三维全风速场垂直剖面（未融合数据）（2012年7月24日08时，单位：米/秒） 沿22.5°N三维全风速场垂直剖面（融合数 据）（2012年7月24日08时，单位：米/秒） 融合了观测数据的分析场，其全风速场大风区垂直范围有所增加

18. 500百帕全风速场（未融合数据） （2012年7月24日08时，单位：米/秒） 500百帕全风速场（融合数据） （2012年7月24日08时，单位：米/秒） 对高空风速进行了订正

19. 数值预报产品诊断分析和综合显示：对各类模式输出场进行诊断量计算，并在网页上显示，若其诊断结果中与重要天气相关的特征量达到一定阈值，则系统自动给出提醒。数值预报产品诊断分析和综合显示：对各类模式输出场进行诊断量计算，并在网页上显示，若其诊断结果中与重要天气相关的特征量达到一定阈值，则系统自动给出提醒。

20. 产品检验模块主要功能： • 对模式输出的物理量进行检验。 • 对诊断分析产品进行检验。 • 产品显示模块主要功能： • 建立WEB显示系统：通过GrADS、NCL等绘图软件，采用网页浏览器显示各种探测数据、诊断量、模式数据。 • 航空器空中报告WEB图形化显示：WEB显示系统同时支持航空器空中报告的输入和图像展示。 • 区域预警预报产品制作发布模块主要功能： 综合资料收集分析显示模块和数值综合分析预报模块的告警内容，进行区域预警预报产品制作，提供产品模板，具备文字编辑、图形提取、图形叠加编辑和产品发布等功能。

21. 区域预警预报产品制作与发布 利用HTML5 WEB技术实现区域预警预报产品制作和发布，主要的功能体现为值班预报员在叠加卫星云图的基础上制作对流天气区域范围，并标注有关说明。最终发布的产品，则隐去卫星云图，只显现飞行情报区范围、重要航路标识等信息，成为能够对外发布的产品。

22. 四、总结与展望 • 中南空管局气象中心正在建立的以卫星云图、雷达拼图、机场实况和预报的天气监视系统对履行中南地区气象中心职责有极大帮助，气象中心预报员可以更加直观地了解区域天气，更好地为分局站提供指导和提醒。 • 尝试的LAPS数据融合、数值预报综合显示能够为预报员提供更为客观的高时空分辨率集合分析和统一输出，减少了预报员多种观测数据分析时间，为区域预警预报的发布提供可靠依据。 • 图形化的服务产品，覆盖了京广、沪广等重要航路天气，为管制部门提供服务产品，能够更好满足航空气象用户的需要，最终提高中南空管局雷雨天气区域预警预报服务能力。

23. Thanks ！