中期預報

中期預報是指對未來1-2年內可能發生破壞性地震的地域、強度進行的預報。它的依據是地區的地震活動情況及各種趨勢性前兆觀測資料。

基本介紹

• 中文名：中期預報
• 外文名：Medium term forecast
• 描述：前兆觀測資料
• 套用：天氣預報
• 學科：氣象學

概念

中期預報是為劃分地震危險區、進行中期震害防禦和地震應急準備工作提供依據。

中期預報採用定期和不定期相結合的服務形式，重點是做好災害性、關鍵性和轉折性天氣的預報。

最國中國是採用以分析環流形勢演變過程為基礎的天氣學預報方法做中期預報。在60年代，數理統計預報方法得到發展，並被廣泛套用於數值預報。70年代末至80年代初，數值預報方法可以較好的解決3—5天的形勢預報，但提高要素預報的準確性和預報時效的延長仍然是中期預報需要解決的關鍵問題。

全球中期預報系統預報試驗和性能評估

世界上主要數值天氣預報中心和已開發國家都擁有各自的全球中期預報模式，而且始終是發展的主要方向，因為所有的區域模式、中尺度模式和環境模式的初始條件和側邊界都需要由全球模式來提供。數值天氣預報水平高低主要取決於3個方面，(1)資料同化方案的先進與否；(2)模式動力過程優越與否；(3)物理過程參數化水平高低。一直代表世界數值預報最高水平的ECMWF已將全球中期譜模式的譜解析度從511波提高到了799波，垂直層次達91層，已擴展到平流層頂，最高層達0.01hPa。平均500hPa位勢高度場預報的可用性已達到了7天，在冬季甚至達到了9天。美國NCEP也已將解析度提高到382波來改善其預報性能。日本則已將譜模式解析度提高到959波。當然模式性能的提高不可能僅僅依靠提高解析度就可實現的，但不可否認的是，國家氣象中心全球中期模式解析度還存在提升空間。因此國家氣象中心自2002年起，經過5年的努力，成功實現全球模式從T213L31(以下簡稱T213)升級到T639L60(以下簡稱T639)的升級，並於2007年12月14日通過準業務運行評審，將於2008年初試提供相關產品。

全球譜模式的升級

國家氣象中心的全球中期模式為T213，其譜解析度為213波，垂直層次為31層。該模式於2002年9月正式投入業務運行，該模式在動力過程和物理參數化方案上都明顯優於T106L19。各種預報量檢驗結果表明模式性能明顯優於T106L19。為能夠與國際先進數值預報水平保持甚至縮短差距，國家氣象中心與ECMWF合作，共同推進中期模式的進步。2004年初，從ECMWF引入穩定外插半拉格朗日方案，該方案保證了時間積分的穩定性，實現歸約高斯格點向線性高斯格點的轉換，在保證不引入噪音的情況下，加大時間步長，為提高譜解析度提供優越的動力基礎。具體的原理性介紹參見相關文獻，這裡不再贅述。在雙方專家的共同工作下，成功地在T213L31動力過程模組中引入SET—TLS方案，短期試驗結果分析表明，引入該方案後模式運行性能穩定，將積分步長從原來的15分鐘加大到30分鐘，仍然有很好的精度。

在這種情況下，經過過渡階段將T213L3l升級到T319L31後，經過長期試驗證明性能穩定可靠後，在解決了模式解析度進一步升級的關鍵技術問題後，又將模式的譜解析度從213波提高到639波，格點空間水平解析度從T213的0.5625°×0.5625°提高到0.28125°×0.28125°，將模式垂直解析度從31層提高到60層，使模式層頂從原先的10hPa升至0.1hPa，並採用Rayleigh摩擦增加乎流層的穩定性。在模式成功升級後，實現同三維變分同化系統GSI的成功聯接，進行連續滾動同化預報試驗，時間段為2006年7月1日至2007年11月30日，下面對T639系統的模式穩定性、模式形勢場和降水預報結果進行分析，對T639系統的預報性能作簡要評估。

T639運行性能分析

T639試驗系統採用的時間步長為600s，每天4次連續同化，每天12UTC進行10天預報。由於系統對磁碟空間和機器時間需求相當大，為保證在有限時間內完成1年的回算任務的同時又不影響所有業務，建立了兩套試驗系統，一套放在業務分區，進行實時試驗，系統啟動時間為2007年7月21日，另外一套系統建立在科研分區下，負責回算試驗，系統啟動時間為2006年6月26日。下面通過對模式預報計算機時間分析和全球平均動能和溫度的逐日變化分析模式運行的穩定性情況。

（1）模式10天預報運行時間

在T639連續運行過程中無一次出現異常終止或掛起的情況。從業務分區進行回算試驗在每天12UTC進行10天預報耗時的逐日變化來看，模式10天預報牆鐘耗時在業務分區變化幅度較小，在72～76分鐘範圍內，幅度在4分鐘以內。

（2）模式穩定性分析

圖1是T639全球平均動能12時逐日變化曲線。動能的變化狀況也可以反映出模式的守恆與否和動能季節變化情況。從圖1可以看到，T639全球平均動能在試驗期間變化非常平穩，在2006年7月7日12時動能達到最大值492.39m²·s^-2和在2006年10月28日12時達到最低值261.55m²·s^-2外，動能基本上在290～450m²·s^-2之間變化。除去動能本身具有的季節變化特徵，逐日動能變化可以較為清楚地說明T639模式的動力過程是非常穩定合理的。從圖2可見，全球平均溫度最大值為248.06K，最小值為247.18K，逐日變化非常穩定，這也進一步證實T639模式系統性能的穩定可靠。

圖1全球動能平均值全年逐日變化曲線

研究結論

通過全球中期預報系統成功地從T213升級到T639，對降水和形勢場的描繪更加精細。通過對一年多預報試驗結果進行分析，得到主要結論如下：

圖2 全球溫度平均值全年逐日變化曲線

(1)T639系統運行穩定，各項指標均符合準業務運行條件。

(2)年平均來看，T639系統在東亞和北半球地區500hPa形勢預報比T213提高1天，分季節來看，各個季節表現不同，在冬春季優勢最為明顯。

(3)年平均降水預報性能方面，T639在小、中和大雨方面，無論從T_s還是預報偏差方面均明顯好於T213，在暴雨上的T_s高於T213，但預報偏差也隨之比T213差。

(4)在夏季降水預報性能方面，T639在T_s和預報偏差上，小到中雨，T639要明顯好於T213，在大雨和暴雨上，T639第1～2天要好於T213，在第3～5天，雖然T639的T_s值高於T213，但預報偏差比T213差。

研究從統計檢驗的角度分析了T639中期數值預報系統的預報性能，T639無論從形勢場預報和降水預報上均比現有業務模式T213有明顯改進，並計畫於2008年汛期向各級氣象部門提供預報產品。T639在今後的實際業務服務中能力如何，將有待各級氣象部門的科技人員在今後對T639產品使用中提供更加確切的評估。

新氣候平均值在中期預報業務中的套用

氣候平均資料可以表征大尺度環流形勢變化，對冷空氣活動、降水量及溫度等中期預報的製作有很大的幫助。中期天氣預報業務中所涉及到的氣候平均值較多，如：全國範圍內旬、月平均氣溫，候、旬、月降水量資料，平均霜凍日期，候、旬、月北半球500hPa平均高度場資料，500hPa旬地轉風U場和V場，西北太平洋副熱帶高壓逐日平均脊線位置，南、北半球逐日西風指數等。

為更好地將氣候資料在中期預報業務中套用，我們將與中期預報業務密切相關的1971—2000年30年累年的氣候平均資料納入到了中期預報業務系統中，在微機上建立了一套規範、標準、完整的適合中期預報業務使用的氣候資料資料庫和顯示系統。

對冬半年（10—4月）旬平均氣溫和夏半年（5—9月）旬平均降水量分別進行了新舊平均值對比分析，同時對其它有關氣候資料也作了粗略分析。

資料資料庫

根據中期業務所需要的場和時段，對新氣候資料進行加工處理。中期預報業務系統資料庫中的新氣候資料有：北半球500hPa旬平均高度場，北半球500hPa平均地轉風場，南、北半球500hPa逐日平均西風指數，全國範圍內旬平均降水量和旬平均溫度等。

（1）旬平均氣溫和旬平均降水量

全國範圍內共選取93個溫度代表站和254個降水代表站，其站點分布比較均勻。利用我國觀測站逐日資料計算出多年旬平均溫度和旬平均降水量。

（2）氣候資料

①平均高度場

利用NCEP提供的1971—2000年30年12時（世界時）500hPa高度場2.5°×2.5°格線點資料，計算出旬平均場，以MICAPS格式存儲，在微機或工作站上可顯示各旬圖形。

②平均地轉風

利用1971—2000年30年5°×5°格線點資料，計算出經度為0—360°、緯度為25—80°N的地轉風U場和經度為0—360°、緯度為25—80°N的地轉風V場，以文本檔案給出，在微機或工作站上顯示U、V場，每旬各一張圖形。

③南、北半球西風指數

利用30年逐日高度場資料計算逐日平均場，然後分別計算出亞洲地區45—65°N，65—155°E範圍和南半球30—50°S，60—180°E範圍內的逐日西風環流指數，得出多年逐日平均環流指數值，並製作出全年環流指數曲線圖。在實際工作中，可根據需要選取任意時段的環流指數值或任意時段的曲線圖。

新、舊氣候平均值對比

（1）多年旬平均溫度對比情況

冬半年，全國範圍內共選取28個溫度代表站用來劃分冷空氣過程，對此28站、21旬的多年溫度平均值進行了新舊對比分析，結果表明，旬平均溫度升高的占總數的82%；持平的占總數的5%；比舊的溫度值降低的占總數的13%。統計結果表明，我國大多數月份和地區的溫度均是升高的。新的旬平均溫度值升高，與王永光指出“在中國的大部分地區，溫度的距平將下降”的結論是一致的。

1月上旬，2月上、中、下旬，3月上旬，11月下旬，12月上旬和下旬，全國各代表站旬平均溫度值均上升，其中1月上旬，3月上旬和12月下旬溫度上升較為顯著。

統計結果還表明，冬半年21個旬、28個站當中，北京、哈爾濱、海拉爾、上海、海口5個代表站的各旬平均溫度均無下降。北方其它10個代表站，除10月下旬和11月中旬溫度下降0.1—0.4℃以外，其它18個旬的平均溫度也基本都是上升的，尤其是內蒙古東部和東北三省，2月中下旬、3月上旬和12月下旬，溫度升高幅度一般都在0.8—1.8℃之間，其中海拉爾2月中下旬溫度升高值分別為2.1℃和2.0℃，屬全國代表站中溫度上升最多的一個地區。

南方15個代表站中，除上海、桂林、海口3月中下旬的溫度為上升以外，其它12站旬平均溫度均下降（長沙3月下旬下降0.8℃為最大值）；1月中下旬和11月中旬，南方也有近半數代表站的溫度平均值是下降的。除此之外，南方其它各旬平均溫度均上升，其上升幅度一般小於0.4℃。總體來講，南方溫度下降的旬站數比例多於北方，溫度上升值遠遠小於北方，這是冬半年旬平均溫度值變化的另一顯著特點。

（2）多年旬平均降水量對比情況

對夏半年全國254個降水代表站的逐旬降水量平均值也進行了新舊對比，結果表明，旬降水量增多的比例多於減少的比例；6—8月期間，南方大部分地區的旬雨量增多較為明顯。例如，南昌6月上旬至9月上旬連續10個旬的降雨量均為增多；杭州自5月下旬至8月下旬連續10個旬的降雨量也均為增多；上海6—8月除7月下旬雨量減少外，其它各旬雨量也都為增多（見圖3）。

圖3南昌1961—1990年和1971—2000年平均降雨量對比

就各月的旬雨量變化情況而言，5月份，西北地區東部、江南、華南以及四川盆地旬雨量基本為減少，華北、東北一般為增多；6月份，全國大部分地區各旬雨量以增多為主；7月份，除東北、華北部分地區旬雨量減少外，我國其它大部分地區為增多；8月份，西北地區東部、華北、東北旬雨量減少，其它大部分地區為增多；9月份，全國大部分地區各旬降雨量以減少為主。

對冷空氣過程強度劃分的影響

劃分冷空氣強度，用降溫幅度和溫度距平來判別，距平值的大小對判斷冷空氣的強度起著相當大的作用。在全球氣候變暖的大背景之下，我國大部分地區新30年氣溫平均值一般都高於上一個（1961—1990年）多年氣溫平均值。王永光指出：“基於新的多年平均值，除西南少部分地區溫度距平稍偏高外，在中國的大部分地區，溫度的距平將下降”。距平的改變直接影響著冷空氣過程強度的劃分。

我們對1980—2001年最近22年的冷空氣過程進行了統計，結果是：北方寒潮3次，南方寒潮7次，全國類寒潮7次，總計17次；其中1991—2001年11年的寒潮次數為：北方類3次，南方類3次，全國類2次；共出現8次。也就是說80年代以來，平均每年不到1次寒潮過程，寒潮過程次數比70年代明顯減少。寒潮過程減少，不僅與暖冬現象有關，而且與所用多年氣溫平均值也有一定的關係。在劃分冷空氣過程時經常碰到這樣的情況，降溫幅度夠，而距平值不夠，因此劃不上寒潮過程。例如，2001年4月8—11日的一次冷空氣過程，南方僅差一站達寒潮標準（武漢降溫幅度為13℃，溫度距平為-5.8℃），如按新氣候平均值計算，武漢距平則為-6.3℃，達到距平小於或等於-6.0℃的標準，則此次強冷空氣過程就可以劃上南方類寒潮。

統計結果（見表1）表明，如果按照新的多年溫度平均值來劃分冷空氣過程，1991—2001年，南方類寒潮增加1次，全國類寒潮增加1次，總數由8次增加到10次。可見，溫度距平的改變，對冷空氣過程強度的劃分將產生一定的影響。距平的降低，將導致寒潮過程次數增多；相反，中等強度冷空氣過程次數相應將會減少（與距平大小無關）；強冷空氣過程次數相應有所變化。

表1 1991—2001年寒潮過程次數變化

研究結論

（1）冬半年（10—4月），我國大部分地區新的旬多年平均溫度值（1971—2000年），一般都高於舊的旬多年平均溫度值（1961—1990年）；北方溫度升高尤為顯著。1月上旬，2月上、中、下旬，3月上旬，11月下旬，12月上旬和下旬，全國各代表站（除瀋陽11月下旬、12月上旬和貴陽2月下旬持平外）旬平均溫度值均上升。北京、哈爾濱、海拉爾、上海、海口5代表站的冬半年各旬平均溫度均無下降。

（2）旬降水量增多的比例多於減少的比例；6—8月期間，南方大部分地區的旬雨量增多較為明顯。

（3）新的旬平均溫度值升高，使溫度距平降低，將導致寒潮過程次數增加，中等強度冷空氣過程減少，強冷空氣過程相應有所變化。