新闻

破译天气就像解密“敌方情报” 这个实验室都能

作者:ag电玩 发布时间:2020-06-22 18:33 点击数:

  7月18日,湖南省气象局气象防灾减灾湖南省重点实验室,戴泽军博士正在研究分析数据。图/实习生 王悦婷 记者 辜鹏博

  7月的一天深夜,远离长沙城区的暮云镇。一道闪电倏地一闪,发出剧烈的亮光,又瞬间隐没下去。

  而湖南省气象局一栋10层高的大楼,此刻依然灯火通明。卫星云图、雷达回波、闪电捕捉……一组组隐秘的数据以各自特殊的编码信号抵达气象防灾减灾湖南省重点实验室,45岁的戴泽军博士启动计算机,开始研究分析这些数据,函数、运动方程,一组一组公式、一遍一遍求证、一次一次验算。直到这些数据变成清晰的信息。

  你或许隐约觉得这个场景很熟悉——对,像极了热播谍战片《解密》。戴泽军和他的同事进行的“高分辨率数值预报系统研究”,就像破译《解密》里“紫密”。

  “虽然咱们这里叫‘气象防灾减灾实验室’,但跟普通人观念中的实验室并不一样。我们这里没有试管,没有酒精灯,没有化学试剂,很多时候,我们的实验就像是一张纸输进去,一张纸输出来,所有的过程,都在人脑和计算步骤里。”湖南省气象科学研究所所长刘富来这样说。

  湖南位于南北冷暖空气主要交汇地,南高北低三面环山的特殊地形地貌,易诱发暴雨山洪、干旱、低温雨雪冰冻等极端灾害。2000年12月,“气象防灾减灾湖南省重点实验室”成立。2008年初,我国南方发生了历史罕见的持续低温雨雪冰冻灾害,为提高极端气象灾害的预报能力,实验室牵头申请设立了“湖南省极端气象灾害预警评估技术体系研究与示范”重大科技专项。专项历时4年,一百多名科研人员参与联合攻关,针对湖南常见的四大极端性气象灾害,围绕其监测预警和评估技术进行攻关,取得5项技术创新,荣获2013年湖南省科技进步一等奖。

  戴泽军博士1995年进入湖南省气象台从事天气预报工作,2009年和2014年两度赴美学习,2012年底,进入重点实验室专门从事科研工作。在过去的几年里,他和他的同事们就像是《解密》里的数学天才容金珍,在这个无法用具象语言具体描述的非典型的实验室里,每天都在计算湖南的“天气紫密”,围绕湖南极端气象灾害,实现了天气系统自动识别与跟踪,研制了业务化的暴雨、冰冻、干旱短期气候预测和天气预报模型和方法,提高了极端气象灾害海量数据存储、计算、传递和应用。

  到底什么是高分辨率数值预报系统?对于外行来说,这实在是一个太专业的词语。戴泽军解释,当代气象预报一个不可或缺的重要方法,叫数值天气预报。在中国,1982年就已经开展数值预报业务,它是根据大气实际情况,在一定初值和边值条件下,通过数值计算,求解描写天气演变过程的流体力学和热力学方程组,预报未来天气的方法。现在我国使用较多的高分辨数值预报模式有中国自主研发的GRAPES、AREM及美国的WRF等模式。

  “而高分辨率数值预报系统的建立,能大大提高数值预报的精确度,就像我们平时拍照片,一个200万像素的手机摄像头拍出来的照片,如果放大了看肯定是模糊的,而用一个1500万以上像素的单反镜头,画质就会清晰很多,放大了之后,可能连麻子都能看清。我们建立了高分辨率数值预报系统,就可以使天气预报更加精确,可预报的区域范围更小。”戴泽军说。

  “以前我刚参加工作时,国家使用的数值预报是T63模式,现在是T639数值模式,有什么区别呢?就是过去最小能分辨200公里的气象情况,现在的分辨率则精确到了30公里。”戴泽军说。

  你可能还要问,分辨率从200公里精细到30公里有什么区别?假设某个地区有一座巨大的山脉,过去由于模式分辨率不够高,在模拟图像中却只能显示一片平地,现在不仅能看出山脉的轮廓,还能精确地反映山上和山体周围的气象变化情况。

  “过去我们只能看到一片地区的气象情况,现在我们能精确到了乡镇的天气变化。”戴泽军说,目前湖南高分辨率数值预报系统能分辨的范围已经精细到了3公里,能判断长短距离约10公里的乡镇的气象变化情况。

  而这一重大转变来自于气象科学家们的共同努力,他们对本省地区资料的搜集与分析更加细致、准确,通过多次反复实验、模拟各种复杂天气过程,由此总结得出不同的数学计算模型。

  可以说,实验室立项高分辨率数值预报模拟系统,破译了气象“紫密”,但仍有另一项更高挑战“黑密”在前方等着。比如说,目前湖南的天气预报还无法单独提取出长沙岳麓山的天气状况。南北长度约4公里,东西长度1.5-2公里的岳麓山目前仍无法在系统中模拟出来。

  “要看清楚模拟岳麓山的图像,需要分辨率精确到1公里,甚至500米。很难,照目前的科学技术,依旧很难做到。”戴泽军说,想更进一步地模拟岳麓山区域气象状况,首先需要中小尺度气象科学的重大突破,计算机等高速运算设备的进步,同时需要卫星反馈更准确的图像,以及其他部门合作,如地形资料(如下垫面构成)共享;此外,还需要搜集更多过去的气象资料数据,利用过去的个例进行实验模拟计算,得出可靠的反映该地区天气规律的数值模式参数配置。

  21日,戴泽军向记者介绍了“高分辨率数值预报系统研究”流程,跟701的运转需要情报处、监听处、破译处、行动处一样,解答“气象紫密”也需要全体成员各部门的通力合作。

  首先,需要进行数据的搜集和前处理,这就犹如701“情报处”的情报采集和“监听处”里孟小云的耳朵。

  孟小云监听的是电台的电波,而气象部门监听的则是来自大自然的“神秘电波”,包括搜集雷达回波形成雷达图和实时云图图像等数据,解码这些图像反映的天气信息,将信息“融合同化”成统一格式。

  利用天地间的气象规律进行破译,工作人员将统一格式的信息输入反映天气变化规律的数学方程式中,通过计算机进行数值预报模式高速并行计算。混沌理论认为在一定的物理模型下,如果给定的初始值有细微的差别,经过一定时间的演算后,所得出的结果可能会十分巨大,即我们通常说的“蝴蝶效应”。这一过程有多个计算过程,也是最复杂的一步,因为影响气象的因素难以预测,气象模型也多样,一个小小的参数改变也可能得到截然不同的结果。

  最后,是对数据进行后处理,这相当于“破译处”根据密码计算规则将“紫密”破译出的信息翻译成明文。

  气象工作人员对通过数值模式计算得出的数据进行研究分析,转变成具体的信息,通过平台向公众发布,也就是通常我们从电视、网络中看到的天气预报信息。

  “我们的高分辨率数值预报系统就是对气象数据的加工处理。”戴博士说,“水从海洋到陆地的循环、冷暖空气大范围的流动和云的形成都能在高分辨率数值预报系统中模拟出来。”返回搜狐,查看更多


ag电玩

@SHENZHEN ENERGY Corporation All Rights Reserved.

ag电玩