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加强气象科技创新 提高精准预报水平

加强气象科技创新 提高精准预报水平

扎实推进气象事业高质量发展

——党的十九大以来陕西气象科技创新和预报预测取得显著成效

陕西省气象局科技与预报处

党的十九大以来,陕西省气象局认真贯彻落实习近平总书记关于气象工作的重要指示精神,坚持“人民至上、生命至上”,以“精密监测、精准预报、精细服务”为目标,以科技创新为抓手,以提高精准预报水平为牵引,在短临预报、气候变化等关系国计民生的关键领域取得诸多成果。

全面构建精准预报体系,精准预报能力不断提升

预报预测业务体系更加完善。目前,我省已形成了涵盖实况监测、0-2小时短临预警、2-12小时短时预报、12小时-3天短期和4-14天的中期天气预报、15-30天延伸期预报、月季年预测六部分的常规预报预测业务。另外,定期发布1-7天陕西省空气污染气象条件公报、汾渭平原空气污染气象条件周报、未来7天陕西各地市空气质量预报以及为电力、交通、林业等部门提供的专业预报。建立我省实况业务,完成国家级5 公里和1公里分辨率实况产品全省共享和业务试用。初步建立了客观短临预报业务,研制0-2小时雷达回波外推产品和临近降水预报产品,分辨率达1公里、每6分钟滚动更新;预警信号智能提醒产品分辨率达1公里、每10分钟滚动更新;2-12小时强对流客观预警分辨率1公里、每10分钟滚动更新;12-48小时预报分辨率2.5公里,逐小时滚动更新;48小时-10天预报分辨率2.5公里,逐3小时滚动更新。延伸期气象要素网格预测分辨率5公里,逐日更新;月、季尺度气象要素网格预测分辨率10公里,逐月更新。相比“十三五”,暴雨预警准确率从66%提至76%;气温降水月预测综合76.6分,提高5.1分;汛期预测84.4分,提高12.9分;2022年1-9月综合预测81分,相比近5年同期平均成绩提高8.15分;2022年汛期降水预测87.3分,气温预测98.7分,均为近5年我省预测成绩第1位,平均成绩93分,位列全国第4。

客观化精准化预报水平显著提升。针对短临预报应用AI技术自动分类识别雷暴大风、冰雹等灾害性天气和历史暴雨相似预报,初步实现了针对短时强降水、雷雨(暴)大风、冰雹、大雾等灾害性天气的自动识别和实时报警。采取对数值模式进行“动态检验评估+智能取优推优+客观订正协同”的技术路线,消化应用国家级智能订正解析技术,以省级单位为主实施集约研发,构建客观化、自主可控的预报技术体系,自主研发动态交叉取优技术、精细化网格/站点气象要素订正、气象要素协同技术,获第一届全国智能预报技术方法交流大赛优秀奖和陕西省科学技术三等奖。研发气象要素时空协同技术和智能订正规则,纳入MICAPS4技术框架体系。持续开展人工智能技术在短期气候预测中的应用技术研发。建立极端暴雨个例库,分析秦巴区域暴雨及短时强降水精细化时空分布特征,研究复杂地形下极端暴雨发生机理。分析西南涡暴雨特征,研究西北涡与西南涡共同作用引发秦巴区域暴雨天气概念模型。研发多种面雨量估测方法,实现0-12小时逐1小时、12-72小时逐24小时,分辨率5公里的陕西精细化流域面雨量预报和中小流域洪水、山洪灾害以及地质灾害风险预警。

预报预测业务平台更加数字化、智能化、网格化。陕西智能网格气象预报系统(秦智)支撑全省天气监测和网格预报业务及检验工作,实现基础预报服务产品的自动导出,彻底改变了以往繁琐的天气预报制作流程。2021年,省局深度优化了“秦智”各子系统功能,智能编辑系统从C/S向B/S架构转换,“秦智”2.0业务化准入。2022年作为集约化网格预报业务试点省份之一,我省对“秦智”网格编辑系统再次进行优化,实现网格预报产品一天2次上传天擎系统。陕西短时临近智能预报服务系统(NIFS)基于客观监测预警支撑产品和完善的预警信号制作发布功能,实现省市县三级灾害性天气监测预警业务协同一致,形成省市县实时共享的短时临近业务流程,有力支撑灾害性天气监测预警业务。陕西省智能网格气候预测系统实现包括我国自主研发的CMA-CPSv3模式产品等多种气候模式预测结果以及CMA-RA再分析等资料的集约,推进了模式产品释用、多模式产品集成、智能优选预测背景场及全流程检验技术的整合,提供精细到分辨率为5-10公里的网格预测产品,实现气象预报时效覆盖日、月、季、年等时段,极大地提升了对市县、行业及公众特色服务的针对性、精细度。自2020年5月系统投入业务运行后,我省月预测综合成绩相比模式直接输出结果提高6.5-17.6%,延伸期降水过程ZS评分相比模式提高7.9-18.8%。陕西省专业气象一体化服务系统为陕西省专业气象服务提供统一架构的业务支撑,实现面向不同行业(交通、电力、旅游、林业等)气象预报预警服务产品一体化制作、自动分发与实时监控。陕西省决策服务系统基于决策大数据智能监测与在线统计可视化分析技术,实现“气象+外部门”决策大数据多时空显示分析、数据的在线检索以及多样化的可视化融合分析;实现针对暴雨等重大灾害性天气过程的决策气象服务自动响应和产品素材智能生成和分析功能;实现灾害风险实时跟踪显示分析。陕西省市县山洪风险预警业务一体化平台支撑全省中小河流、山洪和地质灾害风险预警产品制作和共享,实现精细到县级重点隐患区域的0-3小时逐1小时临近监测风险预警客观产品、0-72小时逐24小时短期风险预报预警客观产品高频滚动更新生成及显示,实现陕西重点山洪沟、中小河流和地质灾害隐患点监测信息统一全覆盖显示。汾渭平原环境气象业务平台基于环境气象监测、大气污染评估、环境气象预报等三大核心模块实现陕西及汾渭平原地区气象监测、环境监测、综合气象指标等数据的显示、查询、统计对比分析;建立汾渭平原重污染天气个例库;实现预报结果的显示及模式的订正释用;实现环境气象业务产品的制作及发布等。

加快关键核心技术攻关,提升科技创新体系整体效能

核心技术攻关促进业务服务能力不断提升。多渠道争取科技资源。党的十九大以来,全省气象部门围绕重点领域关键核心技术攻关,牵头国家重点研发计划重点专项子课题1项、参与2项;强化气象基础研究,获批国家自然科学基金项目4项,参与6项;发挥气象特色服务保障地方经济社会,获批省科技计划项目41项,其中重点研发计划项目15项;获批其他省部级及以上项目38项。省局设立各类科研项目211项。科技成果产出能力明显增强。党的十九大以来,全省共发表科技论文557篇,其中核心期刊(含SCI/EI)161篇,研发业务软件并登记软件著作权81项,专利16项,完成技术标准10项,出版专著5部。完成科技成果登记75项;获得省部级科技奖励11项,其中省科学技术奖二等奖1项、三等奖7项,省农业技术成果推广奖二等奖1项、三等奖2项。“基于物联网技术人影作业调度指挥业务平台”和“全国苹果气象服务关键技术研究与应用”2项成果获评中国气象局“十三五”以来气象科技成果评价优秀等级。“十四运”预报预警技术研究项目获评2021年度创新发展专项综合绩效评价全国4项“优秀”之一。核心技术攻关带动业务服务能力显著提升。一是强化观测与预报服务联动,综合观测体系更加完善。持续推进秦岭立体观测、大城市垂直观测,组建关中地区十四运垂直观测网,建立垂直+水平无人机气象观测系统。二是完善客观预报算法和系统,提升预报预警精准度。秦智智能网格气象预报系统更新频率8次/日,空间分辨率1公里;短临预报业务引进冬奥会分钟级降水预报和要素预报系统并本地化,推出天气自动监测、预警信号客观指导预报和精细化预警信号自动制作功能;研制了11-45天逐日气温、降水及重要天气过程延伸期网格预报产品;搭建了具有陕西特色的区域数值模式系统。三是深化网格预报应用,提升智慧气象服务科技内涵。开发陕西省关键农事期精细化农用天气预报平台,建设卫星森林热点监测快速响应系统和人影三维可视化调度指挥系统。四是强化信息支撑,建立系统协同的气象业务形态,参与中国气象局气象数据挖掘分析系统第一批省级试点,全国卫星遥感数据备份和卫星广播系统西安备份主站正式业务运行。五是在十四运会气象保障服务中引进应用大量新技术,研发三维网格实况监测产品,建成十四运会预报预警系统、智慧气象服务系统,首创国内混合云人工消减雨飞机作业新模式。

搭建气象科技创新平台强化科技基础支撑。创建秦岭和黄土高原生态环境气象重点实验室。2019年省局成立秦岭和黄土高原生态环境气象重点实验室,西安交通大学、西北农林科技大学等两所“双一流”高校参与,特邀李泽椿等四位院士作为专家智库进行顶层学术指导,17位外部专家被聘组建了学术委员会。重点实验室每年面向全国设立开放研究基金课题,覆盖面和研究深度逐年增加;2022年申报中国气象局重点开放实验室。实验室与外单位、部分市局和省直单位共建14个研发机构,内强外联、上下联动,共同推进陕西气象关键技术研发。各市气象局紧密围绕业务需求和地方特色,积极与当地政府联合共建科技创新平台,因地制宜、大胆探索,不断增强科技支撑业务服务的能力。统筹建设中国气象局秦岭野外科学试验基地等观测试验外场。秦岭气溶胶与云微物理野外科学试验基地2018年首批获批中国气象局野外科学试验基地,2019年获批中国气象局秦岭国家综合气象观测专项试验外场。4年来秦岭基地发挥“一站多能”科研属性,连续开展秦岭高山云微物理和气溶胶光学物理观测,获取第一手资料。依托野外科学试验基地,共承担实施省部级以上项目13项,在卫星云微物理反演技术研究和应用、气溶胶对云降水影响研究、气溶胶光学物理特性及其气候效应研究方面取得学术突破。筹备建设西安国家气象基地。2021年庄国泰局长来陕调研指导工作时,要求建设“立足陕西,引领西北、辐射全国”的西安国家气象基地,包括数据与核心业务系统灾难备份中心、飞机试飞保障中心和数值预报科学研究基地。省局迅速行动,编制形成《国家气象基地建设及创新发展思路》,提出基地建设和创新发展的总体架构及发展目标、18项国家级业务备份实施计划、7个方向业务核心技术创新发展方向和5方面“气象+”应用服务愿景,已呈报中国气象局。多种方式构建集约协同高效研发机制。搭建大数据应用众创空间,局企协同攻关解决陕西气象科技支撑问题,福建华网信息科技有限公司、北京曙光信息产业股份有限公司等4家企业长期入驻研发。与成都信息工程大学联合成立西安气象探测技术研究中心,推进雷达领域技术研究。积极融入秦创原创新驱动平台,省农气中心联合西北农林科技大学、景泰保险公司在西咸新区挂牌成立“农业保险联合创新研究中心”;咸阳市气象局联合市农业局成立秦创原咸阳市农业气象融合研究中心和种业创新中心。各直属业务单位挖掘内部现有科技资源,通过职责和人员调整设立科技研发科室,承担重点领域科研、技术开发和科技成果转化应用等工作,对市、县形成技术辐射带动。

营造科技创新制度环境激发创新活力。完善气象科技创新机制。制定省局《重点实验室开放研究基金课题管理办法》《科技成果认定实施细则》《科技成果业务准入办法》《科技成果转化管理办法》,落实中、省科研经费管理政策,提倡科技成果应用导向,规范成果准入和转化管理。修订《科技创新管理办法》《创新团队建设和管理办法》,将科研立项与创新团队建设相结合,强化成果共享及业务化应用评审。制定《高水平气象科技成果奖励办法》《重点实验室优秀气象科技论文奖励办法》《省气象学会科学技术进步成果奖奖励办法》,积极引导科研力量和科技资源集中解决关键科技问题。探索实施“揭榜挂帅”立项制度,首批立项6项亟需解决的核心关键技术任务。强化创新团队建设。实施《陕西气象科技攻关计划》,聚焦精细化气象格点预报、短时临近预报预警技术、气候监测预测、区域数值模式应用、智能终端气象服务技术、西安大城市精细化预报预警技术、秦巴区域灾害性天气预报技术、秦岭与黄土高原气候变化及生态工程气候影响研究、气象数据分析与应用关键核心技术攻关,组建9个省级创新团队,实施省局科技委全程参与的团队技术方案论证和年度考核评估制度。直属单位和市局组建40余个市级特色创新团队,持续强化团队管理,督促团队持续攻关。深化对外气象科技合作。与希伯莱大学、马里兰大学在高分辨NPP卫星云微物理反演和环境气象等领域持续开展研究合作;与国家气象中心、气候中心、成都信息工程大学、南京信息工程大学等共同推进科技研发合作和人才培养。参与大北方区域数值模式体系协同创新联盟,开展北京睿图模式引进和本地化。持续举办“全国农业与气象论坛”,助力农业生产和经济社会高质量发展。

持续推进“双碳”工作,应对气候变化取得积极成效

统筹推进气候服务工作开展。营造政策环境,省政府出台《陕西省气候资源开发利用和保护条例》,协助省政府印发《区域性气候可行性论证管理办法》。协助发布《秦岭生态气候公报》,发布《陕西省气候影响评价》《陕西省气候变化监测公报》《气候变化对西北黄土高原生态环境的影响》等系列报告,满足区域应对气候变化发展的服务需求。完成《气候可行性论证规范总则》和《气候可行性论证输电线路抗冰设计气象参数统计》两项气象行业标准。建设火(热)电工程气候可行性论证业务系统。开展重大生态修复工程项目对气候影响的研究,建设陕北退耕还林生态修复工程气候效益评估系统,客观评估生态修复工程的实施对气候的影响,为生态气候业务服务提供技术和平台支撑。

推动气候标志评估技术实现本省应用。综合基本气象要素、天气现象以及植被、空气、水、自然景观等因素,建成陕西省生态气候宜居性评估指标体系。积极开展国家气候标志品牌创建,推动省级气候标志认定工作,制定《陕西省气候标志评价工作实施办法(试行)》和“陕西氧吧小镇”、“陕西气候康养宜居地”、“陕西避暑旅游目的地”评价工作管理办法。宜君县成功申报陕西首个“中国气候宜居县”,石泉县获得2021年“中国天然氧吧”称号。

开展风能太阳能资源气候应用技术研发。针对行业专项“太阳能光伏资源精细化评估技术研究”,开展光伏资源空间分析方法研究,参与完成《基于GIS光伏电站空间选址及评估规范》。针对气候变化专项“集热发电资源评估技术研究”,建立集热发电太阳能资源评估指标体系,对我国集热发电资源进行初步评估。完成“可再生能源建筑应用与建筑节能设计基础数据库研发”,更新计算我国典型气象年、暖通空调设计和建筑热工设计参数所需的太阳辐射数据,为我国太阳能建筑设计分区提供基础数据支持。利用陕西省太阳能业务系统提取全省1981-2015年总辐射数据,统计各站逐年逐月总辐射,评估太阳能光伏发电。开展扶贫县风能太阳能资源评估,完成《陇县屋顶光伏资源评估报告》,助推精准扶贫。应用中尺度数值模式,完成陕北地区2007-2015年风能资源精细化分布特征分析。

完成我省碳排放反演评估。联合中国气象局温室气体及碳中和监测评估中心、国家气象信息中心,利用全国气象部门温室气体地基高精度监测资料和碳同化反演系统(CCMVS),对我省2018-2020年碳排放进行了初步同化反演评估,完成《陕西省2018-2020年碳源汇监测核查评估分析报告》,获省委省政府领导批示肯定。