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2012年度公益性行业（气象）科研专项经费
项目指南
1.天气领域（25项）
编号 任务名称 多源水汽观测资料的融合和同化分析方法及应用研究 主要研究内容及预期目标 研究内容：基于GPS三维水汽，结合其他多源水汽观测，如微波辐射计、探空、卫星等资料，进行对比误差分析和资料融合和同化技术研究，形成满足业务需求的三维水汽场产品；结合中尺度模式开展预报应用研究。 预期目标：形成三维水汽场，改进中尺度模式湿度场和降水预报效果。 研究内容：开展以雷达组网资料四维变分（4DVar）同化为核心、并融合区域自动站和数值预报资料的快速更新反演系统研究，重点研发雷达资料4DVar同化过程中的地面自动站观测和中尺度数值预报资料的融合方法、复杂地形影响修正方案，改进反演技术中的三维云模式参数化方案，解决高效并行化计算问题；基于精细热、动力反演结果的中小尺度天气分析方法、强天气预警指标和预警产品研究，及其试验应用。 预期目标：可快速实时运算的多雷达定量反演系统；与之相匹配的中小尺度分析方法和强天气预警产品。 研究内容：研究开发一套全自动的能解决二次模糊、孤立风暴、高切变环境等复杂情况下的径向速度退模糊和距离折叠区处理以及结合卫星的雷达超折射回波识别处理的新技术；研究开发基于径向速度资料的中尺度信息自动提取技术，深入研究这些中尺度信息如平均散度、低空急流、逆风区、径向辐合、辐合线等雷达反演参量的物理意义；研究多雷达反演参量及回波形态结构在暴雨和大风分类预警中的综合应用技术，实时自动生成暴雨和对流性大风分类预警产品，并能用于业务。 预期目标：建立基于雷达探测与反演信息的暴雨和对流性大风预警自动分类识别产品，进入短临系统运行和应用。 研究内容：研发与现有MICAPS业务平台相匹配的船舶气象资料格式，实现船舶气象资料、特别是海洋观测要素（如浪高、涌浪、波周期等）在业务中的实时显示与分析。以船舶站附近的观测站资料、数模模式初始场等为参考，研发针对船舶观测资料的天气学检验和质量评估技术，开展船舶资料在天气预报业务中的应用研究。利用船舶气象资料，研究台风、温带气旋等天气系统移动和强度判识技术、海陆风差异对比分析以及由沿岸风向海区风的转化方法等。开展船舶气象资料在天气气候模式中的应用技术研究，改进GRAPES模式中的同化方案，解决没有气压观测站资料同化问题；开展气候模式中船舶观测资料的同化应用检验和评价，解决海温同化的关键技术问题。 预期目标：解决船舶资料在实际业务应用中的技术问题，使得船舶资料在海洋气象预报业务中发挥应有作用，同时在模式同化应用中有正贡献。 101 102 VDRAS技术在强天气诊断分析和临近预警中的应用研究 103 天气雷达径向速度资料在暴雨和对流性大风预警中应用的关键技术研究 104 船舶气象资料业务应用中的关键技术研究 1
编号 任务名称 主要研究内容及预期目标 研究内容：订正探测仪器在轨参数（频点参数、光谱响应参数、天线旁瓣效应参数等）误差引起的偏差；订正探测仪器冷空、黑体定标过程不确定性引起的偏差；订正仪器太空环境引起的偏差；订正辐射传输模拟偏差；各种形式偏差对数据质量和GRAPES资料同化的影响。 预期目标：生成大气探测仪器在轨参数优化算法和软件，产生优化的仪器在轨参数，形成卫星数据质量监测系统；订正观测系统偏差，改进向全球发布的FY-3大气探测仪器卫星数据质量；改进进入GRAPES_GFS同化预报系统卫星数据量并进行资料同化效果评估；形成FY-3观测系统偏差订正业务流程。 研究内容：发展适用于FY-3A/3B微波湿度计探测资料的云检测方案，提高FY-3A/3B微波湿度计晴空资料在GRAPES全球预报系统中的作用；深入研究卫星观测亮温误差偏差(O-B)特点及其与扫描角、纬度、地表类型、晴空、云天气条件下的统计关系，并建立O-B网上监测系统；发展云辐射资料同化方案，为在全球GRAPES系统中实现云辐射资料同化建立必要基础。 预期目标：发展适用于业务数值预报的云检测方案。定量统计O-B不同偏差特征，建立O-B网上监测系统。发展云辐射资料同化方案。 研究内容：引进、吸收和掌握国际先进的卫星反演方法，研制风云卫星（FY2，FY3）云参数定量反演技术，建立云的多光谱综合识别方法；开发FY2/FY3云微物理反演软件；应用于强对流灾害性天气分析、跟踪和人工增雨作业条件判别。 预期目标：形成风云卫星云参数反演技术方法；建立业务化微机版的极轨、静止卫星云微物理反演软件；提出强对流灾害性天气卫星预警指标，提出指导人工增雨作业的微物理指标；初步应用于灾害性天气识别跟踪和人工增雨业务。 研究内容：基于GRAPES_RAFS 快速分析预报系统，通过研究开发三维云分析模式，融合应用地面云观测资料卫星红外观测、可见光观测资料以及全国雷达回波观测资料，改进模式初始三维背景云场；开展鄱阳湖区风廓线、梯度和水热通量的综合观测试验，分析湖区非均匀下垫面与近地面大气间动量、热量、水汽的交换，评估GRAPES中尺度模式边界层方案并改进之。 预期目标：建立全国区域短时临近预报系统，包括能实时融合应用卫星红外和可见光资料、地面云观测资料、雷达资料；全国区域模式分辨率不低于15km，局部小区域的分辨率可达5km；可提供时间间隔1小时的中尺度云分析和降水预报产品，并得到实际应用；明显提高3~12的强降水预报能力。基于GRAPES_RAFS 快速分析预报系统，建立鄱阳湖区高分辨率灾害天气预报系统。 研究内容：分析西北区域短时强降水天气系统能量、地形条件、青藏高原对流云团生消移动规律，以及和天气尺度系统配置关系。基于5km地形区域的中尺度模式，进行短时强降水关键因子诊断和成因分析，检验影响因子的预报能力；建立短时强降水预报预警模型和精细化预报方法；开发区域雨量站、雷达和卫星资料的短时强降水综合分析技术，建立预警系统。 预期目标：揭示西北区短时强降水形成条件和机制，基于实时监测和区域模式，建立预警预报模型。 105 FY-3大气垂直探测仪器观测系统偏差订正及其对资料同化影响研究 106 FY-3A/3B微波湿度计资料的云检测方案研究及卫星观测亮温偏差监控系统建设 107 风云卫星云微物理反演关键技术及应用 108 卫星雷达资料在全国区域GRAPES_RAFS短时临近预报系统中的应用研究 109 西北地区复杂地形下雷暴及短时强降水预警预报关键技术研究 2
编号 任务名称 主要研究内容及预期目标 研究内容：建立我国中东部分类强对流天气（雷雨大风、冰雹和短历时强降水）的数据集。研究改进针对我国强对流天气预报的中尺度区域集合预报系统技术。研究中尺度集合预报产品对强对流天气预报能力的检验技术和方法。研究基于中尺度集合预报产品的强对流天气概率预报方法和技术。 预期目标：建立我国强对流天气（雷雨大风、冰雹和短历时强降水）频发地区数据集；建立适合我国强对流天气预报的中尺度集合预报系统；研制强对流天气客观概率预报产品，提高强对流天气的客观预报能力。 研究内容：建立基于数值预报模式产品的台风路径突变（包括移动速度、移动方向等）概率预报方法，和近海台风风雨预报方法，基于上述方法建立可供业务运行的集成系统。 预期目标：初步建立基于数值模式产品的路径突变概率预报方法，建立基于集合预报模式产品台风降水预报方法，提高台风异常路径以及台风风雨的预报能力。 研究内容：通过短期集合天气预报数值模拟，研究影响定量降水预报误差和集合方差的各种因素。分析业务中各模式天气形势场、天气系统（如槽线）、物理量场及降水场预报与实况的误差，开展模式产品系统误差订正技术研究。基于订正后产品，开展物理量诊断分析，建立单点综合时序图。对不同相态降水分别进行数学建模，研发全国降水客观定量的预报产品。 预期目标：提供订正后各种模式预报产品；提供单点综合时序图和全国定量的降水预报产品。 研究内容：重点开展基于GRAPES的台风区域数值预报模式开发，研究建立可业务化的台风区域数值预报系统。主要包括：改善并建立循环同化的涡旋初始化模块，发展基于多种资料观测的资料同化模块，改进模式云和降水的物理过程，研究建立模式性能诊断分析和产品解释应用模块。开展模式预报产品检验评估。 预期目标：建立可业务化的西北太平洋和南海区域高时空分辨率的台风区域数值预报系统。 研究内容：分析诊断GRAPES全球分析场的偏差和误差特征；研究多变量的动力学平衡约束及分析控制变量的选择；研究模式背景场误差的季节依赖性和背景误差协方差的多尺度统计估计技术；研究基于球面小波的GRAPES背景场误差协方差模型，改进GRAPES全球变分同化的误差协方差结构，使其能刻画背景场中不同尺度大气运动的误差特征；研究同化中预报模式偏差的估计和订正；研究同化循环中分析与预报模式的耦合和初始化技术；研究探空资料的偏差订正；研究卫星资料偏差订正的在线更新技术。 预期目标：减小GRAPES全球分析场的系统性偏差，改善风场和质量场的动力学关系，能有效同化应用业务化的大气观测资料，改进分析精度，提高前三天的预报准确性。在GRAPES全球变分同化系统中实现球面小波背景场误差协方差处理。 110 强对流天气短期概率预报技术研究 111 基于数值预报模式产品的台风路径突变、强度和风雨客观预报方法研究 112 基于集合预报与模式产品系统误差订正的定量降水预报关键技术研究 113 区域台风模式的关键技术研究应用和研发平台建立 114 GRAPES全球三维变分资料同化框架的改进和业务化 3
编号 任务名称 主要研究内容及预期目标 研究内容：发展GRAPES陆面资料同化系统，解决GRAPES模式陆面过程初始化精度，提高模式预报能力。在最新全球土壤资料HWSD的基础上，融合新的区域土壤数据，建立全球高分辨率土壤数据集；利用卫星遥感和地面调查数据，建立新的全球土地覆盖/利用和植被叶面积指数资料集；替换目前GRAPES的土壤、地表覆盖和植被叶面积指数资料，开展GRAPES模拟验证试验，评估其对预报结果的影响；通过陆面微波数据同化系统校正微波辐射传输模型，在此基础上利用在轨微波卫星(AMSR-E) 亮温为输入，估算中国区域的表层土壤水分，用于陆面模型的初始化；研制CoLM的土壤含水量/积雪/土壤温度等状态变量与卫星及地面观测数据的同化算法；建立GRAPES陆面初始数据生成系统。 预期目标：发展快速的、可校正的微波估计土壤水分的算法，为数值天气预报中的陆面过程模型提供可靠地表层土壤水分。建立一套适用于业务预报的陆面初始化方案，提高GRAPES的预报能力。 研究内容：针对GRAPES模式中Helmholtz方程的GCR解法效率问题，研究国际上先进方法包括交替方向隐格式（ADI）方法以及HYPRE多重网格解法器，改进GCR预条件算子来提高收敛效率。同时改进模式极区的差分方案，改善Helmholtz方程矩阵在极区的形态，进一步提高收敛效率。 预期目标：提高GRAPES全球模式中Helmholtz解法效率，计算时间满足业务需求。 研究内容：针对GRAPES模式中网格尺度和次网格尺度云和降水过程的相互作用，云和辐射及陆面过程的相互作用，边界层和自由大气过程的交互作用，中小尺度地形对云和降水的影响，动力和热力过程的相互作用等开展诊断分析，评估模式的预报效果，并依据对模式诊断和评估的结果对模式物理过程的进一步改进提供思路；利用集合Kalman滤波资料同化技术通过对我国不同季节不同下垫面条件下实际观测资料的同化来更准确地估计GRAPES模式的不同物理参数化方案中的关键参数；研发GRAPES 物理过程诊断、分析和评估系统软件包，优化观测资料实时信息系统便于模式诊断，研发基于WEB技术的GRAPES模式诊断支撑技术，发展交互功能，提供图形、数据等多种形式的诊断结果。 预期目标：GRAPES模式物理过程的细致评估及改进，提高模式预报效果；基于集合Kalman滤波估计模式关键参数改进模式在中国区域的预报效果；形成GRAPES全球模式评估、诊断软件包，建立模式评估诊断系统平台。 研究内容：利用历史观测数据求解反问题，通过两种方案估计数值预报模式相对于大气准确方程的模式误差项，改进数值模式。两种方案包括：利用历史相似观测数据的预报误差，通过超平面近似法对当前误差项进行估计；利用预报初始时刻前五天内的观测数据，通过求解变分问题给出满足特解要求的最优误差项。 预期目标：方案可操作性好、可移植性好，提高GRAPES模式在五天内的预报水平。 115 GRAPES陆面数据同化系统建设 116 GRAPES全球模式中Helmholtz方程的高效算法研究及应用 117 GRAPES模式物理过程相互作用诊断及模式评估诊断平台建立 118 利用历史数据改进GRAPES模式1-5天数值预报 4