气象卫星加密观测的指挥官 由人类换成了它……

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2018年7月23日傍晚，

“一通电话”打到

新一代静止气象卫星风云四号A星处。

惊喜之余，

对方告知其名字为

GRAPES全球数值预报系统，

如此刻风云四号在某区域

开展加密观测，

可帮助人类对台风“安比”

做出更准确的预报。

风四内心犹疑，

毕竟此前此类指令为人类发出。

后大胆一试，

果然如GRAPES所说。

已建立信任的两位，

随后24小时一直保持通话，

彼此互通有无，

GRAPES在超级计算机上

计算加密区域，

风云四号收集第一手数据

交予GRAPES分析，

最终成功锁定

台风“安比”路线和风雨影响。

两位携手创造了一段佳话。

——《风云传》2018年7月之一则



风云四号A星。来源：中国气象网



想获知此段历史更多背后的故事，且听两位熟知内幕者分解，他们是：


中国气象局数值预报中心

模式研发室副主任、风云

四号卫星数值预报应用攻

关团队首席专家韩威

数值预报资深专家
               陈德辉研究员


事情的来龙去脉是这样的。

1

GRAPES来当指挥官，能让气象卫星加密观测效果事半功倍

气象卫星在台风登陆前后启动加密观测，是增强台风监测预报效果的有效方法。不过，此前加密观测区域一般是由预报员根据经验划定，而这一次是由GRAPES全球数值预报系统经过精确计算后得出的。

GRAPES在正式“打电话”之前，做了两件事：

首先，它先确定出高影响天气预报的目标区域；

其次，也是最关键的，GRAPES要针对目标区进一步计算出敏感区。

敏感区的特殊之处，在于它是使误差预报增长最快的区域，在此区域内进行加密观测能最大限度提高目标区的预报精度，达到事半功倍的效果。

此次应用的是GRAPES基于切线性和伴随模式技术的奇异向量(SV)方法，为风云四号划定了30分钟时间分辨率的加密观测范围。

2

它俩的合作成功改进了台风“安比”的预报效果

7月23日18时，GRAPES向3.6万公里高空上的风云四号气象卫星发出指令，风云四号上高光谱红外大气垂直探测仪(GIIRS) 针对敏感区开展加密观测，观测资料及时回传，实时同化到GRAPES全球四维变分同化预报系统（4DVAR）中。



风云四号搭载的世界首台静止轨道红外高光谱大气垂直探测仪（GIIRS）能够30分钟进行一次区域大气温湿度三维探测，可以大大缩短探空资料获取的时间间隔。

当初次加密观测资料进入模式完成同化后，得到了新的初始场，GRAPES又可以计算出下一次的敏感区，并告知风云四号，直至该灾害性天气结束。

根据评估，风云四号卫星与GRAPES进行配合，24小时加密观测为精准预报台风“安比”的风雨影响提供了重要定量预报产品支撑，最终成功提高了目标区域内的预报效果。

3

它俩互动，是对国际先进科学计划的创新实践

这次风云四号与GRAPES的“隔空互动”，还是对国际观测系统研究与可预报性试验（THORPEX 2002-2012）科学计划中提出的交互式“观测-预报”思想进行了一次创新实践。

在这项世界气象组织（WMO）提出为期10年的世界天气研究计划中，观测预报一体化被寄予厚望，以加速提高1～14天高影响天气的预报精度。

在传统的天气预报中，观测网固定，观测时刻定时。而交互式“观测-预报”中，首先根据固定、定时的观测做出预报，根据高影响灾害性天气预报的敏感性，在某些区域加强观测，利用新增的观测和已有的观测数据再次做出预报，从而能够更有效地提高高影响灾害性天气的预报准确率。

4

风四和GRAPES身上都有难得特质：快速探测能力和好的“消化系统”

此前，美国的大西洋风暴计划、亚洲T-PARC（2008）计划以及台湾大学吴俊杰教授团队的追风计划，上海台风研究所的追风观测，都曾针对飓风、台风等高影响天气进行加密观测，但大多带有科研性质。

如果要真正完成交互式“观测-预报”，至少配备两项：

高频次观测能力和一个能够“消化、吸收”全新观测资料的数值预报模式同化系统。

目前国外主要采用下投式探空或者飞机观测，从确定敏感性区域到得到加密观测资料的时间链条较长。我们很幸运的是，今年5月风云四号投入业务应用，其搭载的世界首台静止轨道红外高光谱大气垂直探测仪（GIIRS）能够30分钟进行一次区域大气温湿度三维探测，可以大大缩短探空资料获取的时间间隔。



下投式探空。来源：苹果日报

另外7月1日刚刚上线的GRAPES全球四维变分同化（4DVAR）系统也可谓来的很及时。与此前同化系统相比，它使用观测资料总量较三维变分同化系统增加50%左右。

作为世界上少数几个4DVAR业务化系统之一，GRAPES全球四维变分同化系统为更有效同化更多高时间频次的常规资料和各类卫星资料，提供了一个很好的基础平台。

“

后据多位内幕人士透露：

对于已是好友的两位，此次互动只是一个开始，未来，它们将进行更多亲切友好的会谈。敬请期待。

”

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中国气象报社出品

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作者：中国气象报社记者 卢健

编辑：姜虹柠

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