1、1我国海洋气象数值预报业务发展与思考黄彬 1 阎丽凤 2 杨超 1 徐晶 1 （1 国家气象中心，中国气象局，北京 100081； 2 山东省气象局，济南 250000）摘要：总结了我国现行海洋气象数值预报业务模式的主要发展现状，分析了海洋数值模式目前存在的问题和面临的挑战，并提出了海洋数值模式的未来发展思考和建议。关键词：海洋气象，数值预报1 引言海洋气象预报业务经过近几年的发展取得长足的进步，已经建立了国家级、海洋区域中心级、省级及地（市）级的三级海洋气象预报预警服务业务体系，其技术支撑体系海洋数值预报模式也得到发展和应用，除大气数值预报模式外，相继有海雾、海浪、风暴潮、海洋污染物扩散等海
2、洋数值模式应用于海洋气象预报服务业务中。国家气象中心和沿海省台发展或引进应用海洋数值模式，模式产品的应用为精细化的海洋保障服务提供技术支持和客观产品保障。本文旨在通过客观分析目前我国海洋数值预报业务产品研发和使用现状，为我国海洋数值模式未来长远规划和高效集约发展提供思路。2 海洋气象数值预报的业务进展2.1 国外海洋模式发展情况从二十世纪70年代开始，美国以专职的研究机构Marine Modeling and Analysis Branch(MMAB)和 Meteorological Development Laboratory（MDL）发展海洋模式，并负责把模式产品转化应用到业务中，业务单位
3、负责评估和检验并反馈给研究机构改进模式，形成研发业务转化应用评估再研发的循环机制。美国于1989年初步建立了能见度数值预报系统，目前版本的预报系统（NCEP MMAB GlobalVisibility System，2006年）是建立在GFS模式输出结果基础上，选用修订版Stolinga 和Warner算子，输出能见度在0-2000m的范围内的数值。20世纪50年代至今，海浪数值预报模式得到了迅速发展，目前第三代海浪模式成为代表当今海浪预报技术世界水平的海浪数值计算模式。主要用于深海和陆架海的海浪计算，它在近岸较大范围波浪计算也有很大优势，第三代海浪模式主要有WAM模式、SWAN模式和WAVE
4、WATCH模式。风暴潮的数值计算进入21世纪主要集中于近岸浪风暴潮潮汐和洪水的多向耦合数值预报以及风暴潮漫堤漫滩风险预报研究。美国在SPLASH模式的基础上又进行了SLOSH模式的研究，这个模式能预报海上、陆地以及大湖区的台风风暴潮，在风暴潮防灾减灾中发挥了较大作用，该模式在全世界广泛使用，并于20世纪80年代末由国家海洋2环境预报中心引入中国。2.2 国内海洋气象数值模式技术支撑效益近年来，为满足日益快速发展的海洋气象预报服务需要，国内气象部门都在大力发展海洋气象数值模式。已发展的预报模式主要有海雾、海浪和风暴潮三种海洋模式。目前，海洋气象数值模式（海雾、海浪、风暴潮）产品分辨率、预报时效不
5、断满足近海海洋气象预报服务需求，海洋模式为精细化的海洋保障服务提供了技术支持，如 2008 年奥运青岛奥帆赛的 5KM 分辨率海浪模式，黄渤海的精细化海雾模式都为奥帆赛提供了大量精细化客观产品（图 1） 。海洋灾害（海上大风、海雾、风暴潮）的提前预警也离不开海洋模式的支持，模式可以提前 72 小时甚至更长时效对灾害天气的发生给予警示作用。模式还为满足快速增长的专业化服务需要提供客观产品。目前海洋气象预报产品对外发布为 72 小时时效，海洋专业化如远洋航运等需求中长期预报时效产品，海洋模式弥补了主观预报的不足，可以提供长时效客观预报产品，如海上大风、海浪模式目前有 240 小时的全球海浪数值产品
6、（图 2） 。模式提供的远海海域的预报产品也为亚丁湾海军常态化护航、利比亚海上撤侨、日本核泄漏海洋污染保障任务等远洋服务需要提供了客观技术保障（图 3，图 4） 。图1 中国近海能见度预报 图2 西北太平洋浪向浪高预报3图3 亚丁湾军事护航风场预报 图4 日本福岛核泄漏海洋扩散预报2.3 国内海洋专业模式发展情况目前，国家气象中心、海洋区域中心（天津、上海、广东）和沿海省市的海洋模式建立了基于 WRF、MM5、T639、GRAPES、海洋数值预报系统。除了气象中心单独开发海洋污染物扩散模式外，上述单位开发的海洋模式主要是海雾、海浪、风暴潮这三种海洋模式，但是海洋模式的开发种类和数量各家单位不等
7、，采用的基础模式的版本各家单位不一，种类繁多，模式的范围和区域重叠，且模式产品互相不共享。下面我们具体阐述每类模式的开发状况。1、海雾数值模式海雾模式基本是对WRF模式加以优化，在海雾生消变化规律的基础研究上，综合考虑大气边界层、云辐射等方案，结合地表能量收支、海盐粒子、液态水重力沉降等物理因素，对海雾数值模拟和预报的研究。运行海雾模式的有六家单位，模式分辨率从15KM到30KM，预报时效从24小时到168小时，河北、山东运行海雾RAM模式都是由中国海洋大学提供的模式。海雾（能见度）预报模式42、海浪模式海浪模式运行单位全部采用 WAVEWATCH海浪模式，是目前应用较为广泛的第三代海浪模式，
8、是代表当今海浪预报技术世界水平的海浪数值计算模式。开发 WAVEWATCH海浪模式的单位有八家，是海洋模式单一种类中开发最多的单位，参加海浪模式的有 8 家科研院所，从模式范围来看，全球海浪模式有三套，西北太平洋有四套，对于近海海浪模式各家也范围重叠较多，气象背景场多。海浪模式3、风暴潮模式风暴潮主要包含台风风暴潮和温带风暴潮模式，采用三角网格，在沿岸风暴潮敏感区域的分辨率可达几百米，模式采用干湿网格判别方法，可以模拟风暴潮漫滩过程。从调查表格中可以看出有七家单位运行风暴潮模式，但是采用的基础模式也有 7 种，各个模式之间没有开展对模式性能的比较。风暴潮模式5总体特征：技术辐射能力没有建立。模
9、式研发主要以科研院所为主，同一个科研单位参与开发多种海洋模式产品。海浪模式基础模式一致，但气象背景场多，重复开发。风暴潮核心模式版本号多，但是各种版本的模式没有比较。3 问题与挑战从海洋专业模式现状分析上可以看出，海洋数值模式对海洋气象业务的支撑能力有了初步体现，形成了一定的技术支撑作用。但是我们也看到，海洋模式建设水平参差不齐、研究力量分散且低水平重复；海洋气象模式集约化程度不高、技术辐射能力低，还没有形成高效共享的海洋气象科技支撑体系。主要表现在以下方面：3.1 海洋模式建设能力参差不齐。国家级、省市级海洋气象预报开发的海洋模式产品数量不等。国家级开发了海雾、海浪、风暴潮、海洋污染物扩散四
10、种海洋模式，海洋区域中心和沿海省台运行海洋模式的数量不等，浙江、广西只有能见度模式，江苏只有海浪模式，辽宁、河北有海浪和风暴潮2种海洋模式，海南没有海洋模式。3.2 海洋模式研究力量分散且技术辐射能力不足。省市级气象部门海洋模式基本是依托科研院所，开发海洋模式的天津气科所、上海台风所、中国海洋大学、广州热带所参与所有种类海洋模式的开发，而不是发挥自身的特长集中力量开发一种或两种海洋模式，这样势必造成研究力量分散。而且海洋模式产品并没有有效地辐射到沿海省台或市级海洋气象台，包括国家级在内的部分海洋模式产品并没有下发，国家级和海洋区域中心的海洋模式产品基本上是内部使用，国家级的和区域中心的海洋模式
11、产品均没有形成技术辐射下发到省级或市级。3.3 海洋模式以引进为主，缺少后续的改进和更新。沿海省台海洋模式主要是引进科研院所的模式，或者是引入本地化运行的模式，对模式的性能没有深入的了解，伴随后期业务和服务的需求不断扩展，但却缺少对模式长远研发规划的支持和连贯性，科研院所由于没有后续的科研项目的支撑也没有改进和跟踪服务的动力，因此海洋模式引进后改进和更新很少，几乎处于维持不动的状态。3.4 缺乏对模式的检验海洋模式由于海洋观测资料匮乏的原因和科研院所资料获取的局限性，海洋模式在投放业务单位运行前都没有做过长时间序列的检验和评估，对模式预报产品质量的好坏也没有细致的分析。4 海洋模式发展思考和建
12、议4.1 加强总体设计和筹划，合理布局。6海洋气象应切实以发展海洋专业模式及加快推进海洋气象精细化预报业务为核心，加强顶层设计和谋划，联合科研院所的潜在优势，形成的多层的技术辐射，国家级发展高分辨率的近海、远海全海域的海洋模式，区域中心、沿海省台在国家级海洋模式的基础上运行或发展近岸沿海更高分辨率的海洋模式向市县一级辐射的三级海洋模式的框架体系。三个区域中心拼接成覆盖中国沿岸及整个沿海的海洋数值预报产品，拼接的中国沿海海域数值产品一方面下发，另一方面上传到共享平台，无论是国家级还是区域级运行的海洋模式对产品的种类和表现形式协调统一，分辨率和时效也要做统一规划。4.2 集中研发力量，发挥科研院所
13、在某一领域专长目前在海洋气象方面还没有形成成熟完善的海洋气象科技支撑体系，从国外海洋气象的发展趋势来看，海洋气象模式以发展高分辨率的海陆气耦合的海洋模式，同化海洋资料再发展不同的海洋模式。国内海洋模式应集中几个重要的海洋气象研究方向，发挥科研院所对某一领域的专长，集中优势使其深入研究该方向的海洋模式。 4.3 积极推进模式检验和数值预报释用工作由于海洋资料的匮乏和获得渠道的难易原因，业务单位和科研院所在实况资料的获得各有优势，因此建议业务单位和联合科研院所共同完成模式的检验工作，业务单位在模式运行本地化后，应不断加强模式的检验和应用效果评估工作，并集中反馈给科研单位，为后续的模式改进和深入研发提供一手的资料。海洋精细化预报一方面推进数值预报的发展，另一方面积极开展数值预报解释应用，以数值预报（大气、海洋模式）产品为基础，结合预报员主观预报经验的数值预报释用方法是当前海洋气象预报的主要方法。它也是沿岸、沿海研发更高分辨率的海洋精细化产品的有效途径之一。4.4 推进海洋集合预报研究和应用，丰富产品的种类和表现形式海洋服务和陆地还是有所区别，陆地局限于固定区域，海洋服务的范围更广泛涉及到远海乃至三大洋领域，因此发展海洋至远海的长时效海洋模式产品可以弥补主观预报的不足，为了更好的提高海洋模式的准确率，应着力发展海洋集合预报，同时不断丰富海洋模式的产品的表现形式和海洋模式产品的种类。
