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发信人: lichunlu (露露365), 信区: Environment
标  题: 集合预报
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年01月20日11:14:11 星期一), 站内信件

集合预报是发展方向  
　　  
　　集合预报是国际上20世纪90年代初投入使用的新数值天气预报业务，理论基础是蒙特
卡罗统计试验法。进入20世纪90年代，随着大规模并行计算机的发展及气象技术的进步，1
992年12月欧洲中期天气预报中心（ECMWF）和美国国家环境预报中心（NCEP）首先在业务
上投入运行。  

　　集合预报的方法是把数个由少许不同的初值计算得到的数值预报加以平均，作为预报
。其基本思想是，通过平均，减少由上述的误差源产生的各自决定论的预报误差部分，而
保留有意义的情报（信息），从而使预报的均方根误差与各自预报的均方根误差相等或更
小。传统的数值预报是将观测值作为初值，求解大气动力学方程，就可客观、定量地做出
天气预报。但大气探测的误差是非常大的。地球表面71％是海洋，在广阔的洋面上几乎没
有观测站；在29％的陆地上，高原和沙漠以及南极洲上也几乎没有观测站。所以数值预报
用的初值是非常不准确的。 

　　集合预报突破了这一传统观念，认为大气的初值是不确定的，在初始场上加少则几种
、多则几百种各种小扰动，使得初始场成为某种概率密度函数。所以集合预报被认为开创
了数值预报的新纪元。  

　　一个好的数值预报系统应是具备高质量观测资料、好的同化系统、好的预报模式、强
大的计算机、好的集合预报系统。基于一个好的预报模式和好的扰动初值基础上的集合预
报系统，由于其对天气预报的连续性、对可能发生的天气事件的包容性以及对突发性天气
事件的预报能力，使其成为数值预报的一个重要发展方向。  
　　  
　　集合预报业务现状及动向  
　　  
　　目前世界上主要气象中心都成功地进行了中期天气集合预报及延伸预报。  

　　ECMWF：ECMWF于1992年12月在世界上率先开展中其天气集合预报业务，拥有世界上最
先进的集合预报系统。集合预报用模式的分辨率为T255L40，集合成员数51个。初值制作采
用奇异向量法。  

　　ECMWF集合预报除无偿向成员国提供、通过全球电信系统线路向发展中国家无偿分发外
，一般有偿提供。 
  
　　ECMWF集合预报系统虽然是世界最高水平的，但也存在若干问题和不足，如初值分析误
差有关情报尚没怎么有效地利用，还没有充分考虑模式产生的误差等。针对存在的问题和
不足，ECMWF最近进行若干改进和实验。新引进了随机作用项、已成长的SV、考虑物理过程
的SV和台风的集合预报等。提高模式分辨率和增加集合成员数，进行了多次实验。集合成
员数增加到100的实验结果表明，提高了降雨预报的准确率。  

　　ECMWF在其1999～2008年的发展战略中，计划通过更好的初始扰动，并通过对集合预报
系统中物理过程和模式分辨率的提高，增加集合成员数来提高集合预报系统对极端事件预
报能力及天气要素的概率预报能力。 

　　NCEP：在20世纪90年代初，NCEP几乎和ECMWF同时在世界最先开始中期天气集合预报。
2000年NCEP计算机更新后，OOUTC和12UTC集合成员合计23个。为节约计算机资源，模式分
辨率最初60小时预报用T126。经过上述改进，提高了预报准确率。  

　　NCEP计划进一步提高计算机处理能力，提高模式分辨率，增加集合成员数。NCEP的集
合预报产品在WEB上公开发表，任何人都可以获取。网址为：//sgi62.wwb.noaa.gov：8080
／ens／enshome.html。 

　　日本气象厅：1996年日本开始做月集合预报，每周一次。方法采用SV法，集合成员10
个。SV的计算是采用T21L2北半球线形平衡模式。预报用模式是气象厅全球模式T63L30。从
1999年开始做周集合预报，方法采用BGM法，预报模式、集合成员数仍是T63L30、10个。20
01年伴随计算机更新，周、月集合预报合并，采用BGM法，使用模式T106L40。周预报集合
成员数25个，月集合成员数26个。周、月集合预报合并后，气象厅对SV法和BGM法进行了比
较实验。实验结果表明，做周集合预报BGM法效果较好。今后若采用SV法，需要开发像ECMW
F那样的Lanczos法算法，利用高分辨率模式进行SV的计算。 
　 
　　集合预报发展趋势 
　　 
　　1.集合预报领域正在拓宽。随着计算机技术的发展，集合预报的对象已不仅仅限于中
期预报，正向长期、短期、台风、降雨、气候等预报领域拓宽，以期适当消除因观测、分
析以及大气固有的混沌引起的初始场的不稳定性，提高各种预报的准确率。 

　　2.多模式集合预报。所谓多模式集合预报是指用多个模式和分析值构成集合预报，也
可以使用多个数值预报中心的预报结果进行。利用这种方法可以通过弥补初始场的不确切
性、模式的不完善性，获得更佳的预报效果。这方面已有许多成功的个例，如Krishnamult
i等（1999年）集中数个数值预报中心的预报。获得了更佳的预报成绩。再如，Palmer等（
2000年）在季节预报方面进行多模式集合预报实验，也提高了预报的准确率。许多实验结
果表明，采用多模式集合预报方法是在现行模式、现行计算机资源条件下，获得最佳预报
效果的有效方法。 

　　3.集合预报将进入高分辨率模式，多成员时代。集合预报的下一步是进入利用高分辨
率、多集合成员的时代。如预计ECMWF2008年中期天气集合预报模式水平分辨率达30千米，
月季节集合预报模式水平分辨率达60千米。集合成员将超过100个。计算机的峰值速度将由
目前的0.4万亿次／秒增加到20万亿次／秒。 

　　在改善集合预报技术方面，要与数值预报其他技术密切配合，协调发展。在集合预报
中如何解决初始场不确定性和模式的不确定性仍将是今后重要的课题。这一课题与资料同
化和模式的物理过程等密切相关，要想达到质的改善，各有关方面应密切合作。 

　　集合预报技术的发展和集合预报的广泛使用，使得数值天气预报面临重大转折，无论
在概念、理论或实践中，都出现了新技术、新成果，非常值得我们关注、借鉴和发展。集
合预报是21世纪我国数值预报重点加强的领域，应在建立新一代模式系统与同化系统的基
础上，借鉴国外较为成熟的集合预报技术和经验，建立我国短期天气、中期天气、短期气
候（月、季）的集合预报系统。　　 

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