什么是气象格点数据?格点数据的原始数据又是怎样获取的?

格点数据就是相对站点数据来说有规律的空间排布的数据,一般来说是经度-纬度-高度(或气压)-时间的格点,也有其他的格点设计方式。雷达和卫星的数据一般可以认为本来就是准格点形式的,但也需要做一些插值或者区域平均的办法得到格点化的数据产品。其他的格点产品,比如全球降水、再分析资料场,基本上都是站点数据插值或者融合数值模式和观测资料的同化产品。现在通用的数据格式有NETCDF格式和GRIB格式

随着大数据时代的到来和发展,我国的气象事业也蒸蒸日上。2018年世界气象日的主题是“智慧气象”,而“智慧气象”就是应用我们所熟悉的云计算、物联网、移动互联、大数据、智能等新技术,利用新的算法方式,使气象系统成为一个具备自我感知、判断、分析、选择、行动、创新和自适应能力的“机器人”,让气象业务、服务、管理活动全过程都充满智慧。
2010年,“精细化网格”这个概念被引进我国的气象精细化业务中,意味着天气预报从定性预报、描述性预报,向数字化、格点化预报发展。原先,气象局只能做全国2400多个城镇的天气现象、高低温和风速风向预报,且预报时次只有一天三次。到2012年,计划将全国省会城市和单列市未来24小时内的天气预报进行细化,时间分辨率为逐6小时。但不论从空间尺度还是时间尺度上,都不够精细化。
随着气象服务和市场的需求发展,研制更高分辨率的气象数据已迫在眉睫。以天气预报为例,目前国家气象局最高时空分辨率的预报为:逐3小时预报未来10天全国5*5公里(如下图所示)的天气情况。早在2017年,北京、天津、陕西、上海、广东、福建、海南等7个省(市)就率先完成了本省(市)高分辨率天气预报数据的业务化工作,且在时空尺度上均更加精细,基本能做到逐小时预报未来24小时1*1公里范围内的常规天气和灾害性天气情况。网格化预报不仅包含陆地,同样也能覆盖海洋10*10公里范围内的天气情况。

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除了“网格预报”,“网格实况”技术也已经发展了近十年。2010年国家气象信息中心发展了中国气象局第一代陆面数据同化系统(CLDAS-V1.0),2015年在CLADS-V1.0的基础上增加了多个模式,发展了第二代陆面数据同化系统(CLDAS-V2.0)。2017年初,国家气象信息中心建成高分辨率陆面数据同化系统(HRCLDAS),实现了全国范围逐小时更新1*1公里范围内的气温、气压、温度、风速、降水和太阳辐射等气象要素的实况。

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具体到数据的生产环节,对实况数据,地面观测资料的时间分辨率和空间分辨率早已满足不了需求,这就需要雷达和卫星数据。由于这两块数据的时空分辨率都较高,因此是不可或缺的。对雷达数据,利用中国气象局气象探测中心研制的“天气雷达基数据拼图系统”,输入雷达基数据和雨量计数据,能够输出OHP(单部雷达的一小时降水)、MQPE(全国组网定量估测降水)等单站或组网产品。利用中国气象局研制的SWAN系统,可应用到短临预报业务,采用实时拟合Z-R经验公式方法定量估测降水率。从雷达QPE业务产品发展来看,空间分辨率已达到1km甚至数百米,时间分辨率达到分钟级。对卫星数据,结合静止卫星探测的红外云顶亮温和极轨卫星探测的微波,集成卫星反演降水。但由于卫星反演降水的物理原理和算法的局限性,其反演降水的精度相对较低。融合地面观测资料、雷达资料和卫星资料,采用时空多尺度分析系统(STMAS),即得到最终的高分辨率实况数据。

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对预报数据,除了增加雷达和卫星数据,最重要的一项是“数值预报”。数值模式的好坏会直接导致预报结果产生很大的偏差,另外至少在目前看来,人工订正也就是预报员的作用是非常重要的。但是随着人工智能、深度学习等技术的发展,未来将极大程度地解放预报员,使其能够将更多的精力放在科研和其他难度系数更高的工作上。总的来说,我国的气象行业基础在不断提高,对于整个社会经济的帮助也在不断加强。气象产品的更新,商业气象服务公司的发展,能够满足各行业对天气或气象的更高要求。

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