師春香-全球-區域-局地一體化多源融合網格實況產品與長序列再分析產品研制進展.pdf

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1、P1師春香國家氣象信息中心/研究員/首席2024-06-26全球-區域-局地一體化多源融合網格實況產品與長序列再分析產品研制P2報告提綱一 研制背景二 全球大氣/陸面再分析數據集(CMA-RA)三 全球-區域-局地一體化多源融合網格實況產品體系(ART)四 未來計劃P3研究背景-中國氣象局天氣預報業務改革發展多源融合網格實況分析數據是智能網格預報的重要基礎摘自2022.8.10畢局長氣象高質量發展綱要（2022-2035年）P4 研究背景-多源融合實況分析產品研制需求存在問題n 大量觀測數據缺乏深度應用n 精細化網格實況供給不足n 長序列數據集供給不足n 缺乏成熟度高業務系統n 核心技術亟待自

2、主創新n 科研成果業務轉化滯后n 產品真實性檢驗為空白n 產品研制與后端應用對接n 創新發展觀測數據處理技術n 創新發展多源融合核心技術n 創新科研業務轉化路線圖n 加快實況業務體系建設n 啟動網格實況真實性檢驗n 開展應用示范及評估反饋n 優化精細網格產品應用水平n 觀測精密、預報精準、服務精細n 智能網格預報零時刻實況n 氣候研究長序列數據集n 智慧氣象服務需要精細化n 對極端氣象災害、重大地質災害、重大水旱災害提供數據基礎。n 發揮氣象防災減災第一道防線作用研究目標國家需求4發展多源融合實況業務，用好精密監測數據序輸入化輸出對策1Garbage In采集傳輸加工分析管理服務Garbage

3、 Out改 進 In2Garbage InGood Out努力爭取Garbage Out堅決避免3Good In4Good InGood Out全力確保P5研究背景-氣象AI大模型研制需求P6產品名稱中國氣象局全球大氣再分析產品（CMA-RA V1.5）產品變量位勢高度、溫度、濕度、風 等204個變量存儲形式GRIB2 文件時空分辨率0.1/1h覆蓋范圍全球產品時效2小時時間序列1979年1月-實時層次列表等壓面層（47層）、模式層（64層）、表面層、等位渦層、等熵層、特定海拔高度層、特定距地高度層、其他特性層等 研究背景-人工智能氣象大模型訓練專題數據目錄P7報告提綱一 研制背景二 全球大氣

4、/陸面再分析數據集(CMA-RA)三 全球-區域-局地一體化多源融合網格實況產品體系(ART)四 未來計劃P8P8中國第一代全球大氣再分析數據集(CMA-RA)P9再分析是利用先進且固定的數據同化和模式系統，對歷史觀測資料重新進行同化分析，獲得多變量、空間覆蓋完整、時間均一穩定的長序列歷史產品。全球大氣/陸面再分析定義P10主要應用領域P11全球大氣再分析發展歷史P12中國全球大氣再分析發展歷程國家氣象科技創新工程2014-2020P13產品類別數據集名稱時間分辨率數據量全球大氣再分析數據產品（CRA-40）CRA-40模式層數據集逐6小時 16TBCRA-40表面要素數據集CRA-40規定等

5、壓面數據集CRA-40日統計產品數據集逐日10TBCRA-40月統計產品數據集逐月350GB全球陸面再分析數據產品（CRA-40/land）CRA-40/land陸面數據集逐3小時 4.5TBCRA-40/land日統計產品數據集逐日560GBCRA-40/land月統計產品數據集逐月20GB：5波位勢高度、絕對渦度、反照率、體感溫度、4層最佳抬升指數、亮溫、凍雨類別、冰球類別、降水類別、降雪類別、晴空UV-B下行太陽輻射通量、云混合比、云水質量、云功函數、對流有效位能、對流抑制能、對流降水率、對流性降水、露點溫度、下行長波輻射通量、下行短波輻射通量、摩擦速度、位勢高度、ICAO標準大氣參考高

6、度、結冰率、結冰程度、大尺度（非對流性）降水、潛熱凈通量、6小時最高溫、重力波應力經向通量、6小時最低溫、緯向動量通量、經向動量通量、蒙哥馬利流函數、平均海平面氣壓(Eta模式還原)、臭氧混合比、抬升指數、固態降水百分比、行星邊界層高度、潛在蒸發率、位溫、位勢渦度、可降水量、降水率、氣壓、抬升層氣壓、平均海平面氣壓、相對濕度、感熱凈通量、雪深、比濕、風暴相對螺旋度、日照時數、地面抬升指數、溫度、總云量、臭氧總量、總降水率、緯向風速、緯向風暴運動、上行長波輻射通量、上行短波輻射通量、UV-B下行太陽輻射通量、經向風速、經向風暴運動、通氣速率、垂直速度切變、垂直速度、能見度、雪水當量、風速（陣風）

7、、重力波應力緯向通量、土壤液態體積水含量、土壤溫度、土壤體積水含量等。CRA-40 中國第一代全球大氣再分析數據集P14P15CMA-RA1.5全球大氣再分析數據集P16CMA-RA1.5全球大氣再分析數據集P17CMA-RA1.5同化的觀測資料：常規資料與反演資料類型子類型CMA-RA V1.5 地面SYNOPMETAR中國基礎數據+CFSR OBS+ISD黑名單NMIC自主研發黑名單高空綜合探空中國基礎數據+CFSR OBS+ISD層次：等壓面+特性層+規定高度層偏差訂正:RAOBCORE+自主訂正小球測風中國80多個小球測風站下投式探空CFSR OBS黑名單NMIC自主研發黑名單飛機AI

8、REP/AMDAR/ACARS自主整合全球基礎數據,加強QC黑名單NMIC自主研發黑名單海洋船舶浮標自主整合全球海洋數據集黑名單NMIC自主研發黑名單風廓線CFSR OBS+中國風廓線小時產品NMIC自主研發黑名單P18CMA-RA1.5同化的觀測資料：衛星輻射率資料類型子類型CMA-RA V1.5TOVS/ATOVSSSU/MSUNOAA 6-8，NOAA 9-14AMSUA/AMSUB/MHSNOAA 6-8，NOAA 9-14，NOAA 15-19，AQUA，MetOp A/B，FY-3C/D/EHIRS2/HIRS3/HIRS4NOAA 6-19，AQUA，MetOp A/B/CATM

9、SNOAA-NPP/20/21高光譜AIRSAQUAIASIMetOP-A/B/CCRISNOAA-NPP/20/21GPS-ROGPS-ROCOSMIC重處理產品、FY-3C/D/E 等反演產品AMV國際重處理產品、CFSR、FY-2C/D/E/F/G重處理洋面風ASCAT、WindSAT、QuikSCAT、ERS-1&2、OSCAT、FY-3E、HY-2B/C來自34顆極軌衛星的21種紅外/微波傳感器：總共83個傳感器！P19CMA-RA1.5全球大氣再分析數據集P20CMA-RA全球大氣再分析數據集CMA-RA V1.0CMA-RA V1.5ERA5序列長度1979年-1979年-195

10、0年-水平分辨率34km10km25km垂直層次474737時間分辨率6h1h1h同化方法3DVarHybrid-4DEnVarEn4DVaru 可提供45年長度全球34km/6h（10km/1h）大氣再分析訓練數據集，可支撐全球AI預報大模型訓練u 可提供45年長度再分析同化觀測數據集，可支撐端到端氣象預報大模型研發500hPa位勢高度與850hPa風場及大氣可降水圖大氣水汽的獨立檢驗表明：CMA-RA V1.5（藍色）與ERA5（紅色）質量相當P21本年度，CMA-RA V1.5的實時產品天擎數據下載量達到310T；北京、天津等14個省市實時訂閱下載。CMA-RA1.5全球大氣再分析數據集

11、P22報告提綱一 研制背景二 全球大氣/陸面再分析數據集(CMA-RA)三 全球-區域-局地一體化多源融合網格實況產品體系(ART)四 未來計劃P23P23全球-區域-局地一體化多源融合網格實況產品體系02P24具有時效性高、穩定可靠、時空分辨率精細、高質量的要求”全球-區域-局地”一體化多源融合實況分析產品體系P25國家氣象科技創新工程攻關任務2014-2020 ”全球-區域-局地”一體化多源融合實況分析產品體系P26”全球-區域-局地”一體化多源融合實況分析產品體系P272022年8月13日四川龍漕溝山洪降水可視化產品”全球-區域-局地”一體化多源融合實況分析產品體系P28”全球-區域-局

12、地”一體化多源融合實況分析產品體系P29中國氣象局陸面數據同化系統（CLDAS）中國氣象局陸面數據同化系統 CLDAS-CMA Land Data Assimilation System P30國內外分別構建了相應的陸面數據同化系統進行陸面過程的分析、研究與應用中國氣象局陸面數據同化系統（CLDAS）P31中國氣象局陸面數據同化系統（CLDAS）P32中國氣象局陸面數據同化系統（CLDAS）P33中國氣象局陸面數據同化系統（CLDAS）P34類別變量屬性信息用途來源/時效站點觀測氣溫中國氣象局國家站和區域站59400個氣溫驅動數據天擎/整點8分鐘調取氣壓中國氣象局國家站和區域站26100個氣壓

13、驅動數據相對濕度中國氣象局國家站和區域站30000個相對濕度、比濕驅動數據U風/V風中國氣象局國家站和區域站48200個U風、V風、全風速驅動數據降水中國氣象局國家站和區域站69800個降水驅動數據天擎/整點40分鐘調取太陽輻射中國氣象局短波輻射觀測站140個太陽輻射驅動數據長波輻射中國氣象局長波輻射觀測站50個長波輻射驅動數據積雪深度中國氣象局國家站2000個積雪同化地表溫度中國氣象局國家站3600個地表溫度融合土壤溫度中國氣象局國家站3600個土壤溫度融合土壤濕度中國氣象局國家站2900個土壤濕度融合土壤相對濕度中國氣象局國家站2900個土壤相對濕度融合衛星風云二號L1產品1km/1h可見

14、光通道太陽輻射反演天擎/整點40分鐘調取風云二號L2產品5km/1h風云二號降水產品降水驅動數據融合風云四號積雪產品4km/1h風云四號積雪產品積雪同化資源池/整點40分鐘調取GMSIP降水10km/h降水產品降水驅動數據融合推送/8小時IMERG降水10km/30min降水產品降水驅動數據融合推送/8小時GsMAP降水10km/h降水產品降水驅動數據融合推送/30分鐘數值預報ECMWF/GFS預報12.5km預報場，00時和12時起報氣溫、氣壓、相對濕度、U風、V風融合、輻射反演推送ART-ATM全球13km實況推送地表參數靜態參數地形、土壤質地、植被覆蓋、葉面積指數、土壤容重、田間持水量等

15、靜態數據氣溫、氣壓大氣驅動數據、輻射反演、模式模擬網絡下載中國氣象局陸面數據同化系統（CLDAS）輸入數據P35總體技術流程：質控、反演、融合、模式模擬、陸面同化、多模式集成中國氣象局陸面數據同化系統（CLDAS）關鍵技術P36類型序號變量屬性信息時空分辨率空間范圍大氣驅動數據1氣溫、氣壓、比濕、相對濕度近地面2m氣溫，單位：K；近地面氣壓，單位：Pa；近地面氣壓，單位：Kg/kg；近地面氣壓，單位：%1km/1h0-70N60-160E5U風、V風、全風速單位：m/s8降水近地面降水，單位：mm/h9太陽輻射地面入射太陽短波輻射，單位：W/10長波輻射地面長波輻射，單位：W/陸面實況產品11

16、土壤濕度0-5cm、0-10cm、10-40cm、40-100cm、100-200cm，單位：mm/mm12土壤溫度5cm、10cm、40cm、100cm、200cm，單位：K13地表溫度0cm地表溫度，單位：K14土壤相對濕度0-10cm、0-20cm、0-50cm，單位：%15積雪深度積雪深度，單位：m16積雪覆蓋率積雪的覆蓋率，單位：%17感熱通量地面感熱通量，單位：W/18潛熱通量地面潛熱通量，單位：W/陸面實況專題產品19農田漬澇農田區域漬澇等級20土壤干旱農田土壤干旱等級中國氣象局陸面數據同化系統（CLDAS）輸出產品P37 中國氣象局陸面數據同化系統-CLDAS數據產品應用P38 中國氣象局陸面數據同化系統-CLDAS數據支撐AI建模研究P39報告提綱一 研制背景二 全球大氣/陸面再分析數據集(CMA-RA)三 全球-區域-局地一體化多源融合網格實況產品體系(ART)四 未來計劃P40發展高分辨衛星數據定量融合與同化技術u 提升網格實況產品分辨率u 增加網格實況產品要素u 優化網格實況產品質量u 延長歷史網格實況數據集長度u.P41Thank You All