3003新葡的京集团 线性降水区预测将发展到什么程度?日本气象厅的 2030 年预测技术

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2025 年 2 月 28 日
  • 本文转载自东京海洋研究所出版的《SENSOR》。

自然灾害越来越严重、越来越频繁。 “如果我们能够提前预测线性降水带的出现和台风的路径”在社会的这种期望下,日本的天气预报技术正在如何发展?这次,我们采访了来自日本气象厅信息基础设施部数值预报课的预报员北村雄二和数值预报技术开发合作协调员笹川佑,他们正在通过数值预报技术的开发,迎接线性降水带和台风预测的挑战,该技术是天气预报和防灾气象信息的基础数据。

关于《面向2030年数值预报技术发展优先规划》

东京海洋研究所(以下简称3003新葡的京集团)

社会对线性降水带和台风预报技术的兴趣日益浓厚。请介绍一下日本气象厅在推进预测技术方面所做的努力及其未来的前景。

先生笹川

近年来,随着暴雨、台风等天气灾害的日益严重,社会对改进预测技术的需求越来越大。为大力推动作为天气预报和防灾气象信息基础信息的数值预报技术发展,日本气象厅制定了《至2030年数值预报技术发展优先计划》。*1,我们正在与日本各地的工业界、学术界和政府合作。

日本气象厅采访
(左)笹川先生、(中)北村先生、(右)东京海洋研究所的荒木先生

什么是“数值预测”

数值预报是根据各种观测数据在计算机上详细再现当前大气状况,并以此为初始值,根据物理定律进行随时间变化的模拟计算,从而预测未来大气状况的技术。日本气象厅将此数值预报用作天气预报和防灾气象信息的基本信息。

图 1:天气预报是如何进行的(来源:日本气象厅)
①收集观测数据(气温、风力、降雨量等)②使用超级计算机预测未来天气(超级计算机将预报数据可视化,例如降雨量预报图)③创建天气预报(预报员检查并发布预报)
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您的计划是什么?

先生笹川

我们将推进技术开发,并以 2030 年的四个主题为优先目标:(1) 预防暴雨灾害,(2) 预防台风灾害,(3) 对社会经济活动的贡献,以及 (4) 适应全球变暖。 (图2)在设定具体目标时,我们与私营企业和其他利益相关者进行了访谈,并根据收到的意见考虑了理事会的建议。我们认为,线性降水带等“暴雨防灾”是一个紧迫的问题,我们正在投入大量的精力。

图2“面向2030年的数值预报技术发展优先计划”中的优先目标(该研究所根据日本气象厅数据创建)
2030 年的优先目标:考虑到自然灾害、社会条件的变化以及科学技术的发展,我们将设定优先目标来实现我们的愿景。 (1)暴雨灾害预防:在局部暴雨发生前,实现白天疏散等预警和疏散。 (2)台风灾害防御:提前几天提高预报准确度,实现大范围疏散和应对,为应对大规模灾害做好准备。 (3) 为社会经济活动做出贡献:实现高精度的天气和气候预测,有助于优化生产和分配计划等。 (4) 应对全球变暖措施:通过预测“我们的城镇”的全球变暖,为国家和地方政府等制定适应措施做出贡献

关于线性降水带的预测

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首先,我想了解一下你们在“大雨防灾”方面所做的努力。人们认识到,线性降水带很难预测,因为它们是一种局部现象。预测技术如何发展?

先生笹川

从 2022 年开始,当预测线性雨带导致大概率出现大雨时,我们会提前约半天发布天气信息。最初,我们以“四国地区”和“东海地区”等地区为单位提出了疫情爆发的可能性,但我们正在努力逐步缩小范围,从2024年5月开始,我们将呼吁“都道府县单位”。*2我们的目标是到2029年向各市町村发出呼吁。通过缩小目标区域,不仅居民能够更加意识到这一点,而且市政府和相关组织的防灾人员也可以利用这些信息来做出防灾行动的决策,例如准备开设疏散中心和检查防洪系统。

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提前半天打电话是什么原因?

先生笹川

从过去的灾难中吸取教训,有必要早起做好准备,以应对夜间人们熟睡时可能发生的暴雨造成的灾难。最近的研究表明,九州地区在雨季期间,从夜间到早晨经常出现暴雨。*3,我们“提前半天”提供信息,以便您尽早做好准备,“趁天还亮早撤离。”

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我们也在努力尽早发现并通知线性降水带的出现。

先生笹川

27164_27356*4,今后我们的目标是提前 2-3 小时宣布。日本气象厅使用“Kikikuru”向居民提供有关洪水、山体滑坡等危险级别的信息*5并采取行动保护自己的安全。

图3 提高线性降水带预测精度的努力(该研究所根据日本气象厅数据创建)
半天预报:2022 年 6 月以地方单位为目标。2024 年 5 月以都道府县为目标。2029 年(计划)以直辖市为目标,及早发现:2021 年 6 月开始提供事件信息。最多提前 30 分钟至 2023 年 5 月。目标是 2026 年之前 2-3 小时(计划)。
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市级提前预测、提前两到三个小时及早发现的目标看似颇具挑战性,但实现这些目标有哪些障碍?

北村桑

一是改进仿真模型。此前,我们使用分辨率为5公里的模型可以提前78小时进行预测,使用2公里分辨率的模型可以提前10小时进行预测,但到2024年,2公里分辨率的模型将可以提前18小时进行预测,从而可以用于线性降水带的半日预报。 2026年,我们希望将分辨率从2公里进一步提高到1公里。随着分辨率的提高,降水的再现性提高(图4),但由于划分的网格数量增加,模拟所需的计算量显着增加。另一方面,计算速度也很重要,因为需要提前半天进行预测。随着 2024 年 3 月推出新的超级计算机,计算机处理能力正在提高,但我们也在考虑更高效的计算方法,并正在进行开发以加快计算速度。除了简单地提高分辨率之外,我们还改进了逐格计算的物理过程(物理状态变化的数学公式,例如云变成冰和雨),使其更接近实际的自然现象。

图4 高分辨率本地模型图像(来源:日本气象厅)
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当分辨率达到1公里时,您可以清楚地看到有强降水的红色区域。还有其他问题吗?

北村桑

另一件事是观察数据的使用。为了提高预测精度,需要丰富用作模拟初始值基础的观测数据。为了丰富对预测线性降水带很重要的大气中水蒸气量的观测数据,我们正在通过安装新的水蒸气观测设备来加强观测。此外,我们正在着手准备采用最新技术的下一颗地球静止气象卫星“向日葵10号”,目标是在2029财年开始运行。向日葵10号的水蒸气观测将成为实现2030年目标的重要王牌。我们将充分利用这些观测数据来寻找更好的初始值进行模拟。

关于台风预报

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还请告诉我有关台风的预报。新闻稿显示,2023年的预测范围缩小了40%,到2030年,准确性似乎将进一步提高。

图5 改进台风路线预测的图像(研究所根据日本气象厅数据修正)
先生笹川

2030 年的目标是将未来三天的航向预报(即航向预报圈)的误差减少到 100 公里(图 5)。我们的目标是实现这样的准确性:以前从东京延伸到滨松的预报圈现在将精确定位于东京周边地区。与线性降水带一样,我们也在努力通过改进预测模型和加强观测来提高台风的预测精度。

关于数值预测数据的使用

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2030 年的优先目标包括“为社会和经济活动做出贡献”。您希望看到社会上如何使用数值预测数据?

北村桑

我希望看到这项技术不仅应用于防灾领域,还应用于产品需求预测和生产调整。每个业务经营者很难根据温度和湿度等天气数据做出自己的天气预报,但通过使用数值预报数据,日本气象厅的预报结果可以直接在业务中​​使用。我们希望许多企业经营者能够利用它来帮助减少气候相关风险并提高生产力。

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许多企业希望利用数值预测数据,但如何获取呢?

北村桑

数值预报数据是通过“气象业务支持中心”提供的,请参阅该中心的主页*6除了数值预报数据外,日本气象厅还提供各种与天气相关的数据。 《天气数据利用指南》由天气商业促进联盟(WXBC)发布,该联盟与工业界、学术界和政府合作,旨在扩大天气数据在工业中的使用。*7,请看一下。

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未来,随着预测准确性的提高,工业中数据的使用可能会增加。

先生笹川

没错。数值预测数据只是“预测”数据,因此请记住,预测是有“范围”的,并主动使用它。

东京海上日动的网站介绍了防灾减灾的有用知识。请看一下。

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