从短板到“硬核”,冬奥气象尽显科技范儿!

“‘三维、秒级、多要素’冬奥气象监测网络和‘分钟级、百米级’预报服务系统建成。”“冬奥预报示范计划集成显示平台正式上线。”“冬奥会气象服务保障各项工作准备就绪。”……捷报频传,振奋人心!


面向北京2022年冬奥会和冬残奥会(以下简称“北京冬奥会”),气象工作者以一张张山地立体加密监测网,一套套高精度、无缝隙、精细化预报服务系统,一项项赛事专项服务产品,破解了一个又一个气象服务保障难题,形成一套自主可控的高精度山地气象监测预报服务技术,以实际行动践行加快建设气象强国、实现科技自立自强的目标与初心。

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锚定监测精密——补短板


冬季奥运会的冰雪项目多在室外进行,对气象条件要求苛刻。在此之前,北京冬奥会延庆、张家口赛区气象观测数据严重不足,特殊赛事所需的观测要素、数据更是一片空白。
面对复杂地形和极端天气气候条件,赛事服务保障的第一环——实时精细观测数据获取迎来挑战。

2017年8月,中国气象局冬奥会气象服务领导小组将“探测系统专项计划”确定为冬奥会气象服务行动计划的首项任务,“三维、秒级、多要素”冬奥气象监测网络建设启动。

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4年来,赛道自动气象站、S波段天气雷达、激光测风雷达、微波辐射计等探测设备相继落成。


“赛道出发点、起跳点、束点等重要点位均设有探测设备,监测数据可为分析赛区气象要素空间分布特征、开展预报服务及赛事调控提供重要支撑。北京市气象探测中心副主任张曼说。


以冬奥赛场为核心,气象部门在北京城区、延庆和张家口赛区及周边建设各种现代探测设施441套,实现了超精细“复杂山地+超大城市”一体的“三维、秒级、多要素”冬奥气象综合监测。
在此基础上,气象人精益求精。以张家口赛区为例,跳台滑雪、空中技巧等高腾空、高难度、高风险项目对气象立体监测提出更高要求,但赛区极端天气条件对设备稳定运行影响极大,探测系统专项计划负责人王宗敏经多次比对,决定将风廓线雷达更换为极端条件下稳定性更好的激光测风雷达,确保监测数据准确可靠。

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依托探测设备开展的冬奥气象立体加密观测试验也在同步进行。通过试验,气象部门掌握了山地赛区及周边山谷局地尺度和赛道微尺度的立体加密气象观测资料,可用于揭示山地赛场复杂地形下中、小、微尺度的三维气象场特征。


02

锁定预报精准——破难点


北京冬奥会是历史上首次在大陆性季风气候带举办的冬奥会,气象保障工作少有经验可借鉴,几乎算得上零起步。
事实上,冬季复杂地形下的边界层小微尺度气象学问题堪称国际气象界的难题。而北京冬奥会两大赛区地形复杂,天气变化快、影响大,局地小气候特征突出,做好赛事精细化预报预警难度极大。
如何达到奥组委提出的“分钟级、百米级”精准预报要求?
一项一策破难点。

围绕不同赛事对气象条件要求和风险阈值区别,气象部门在国家重点研发计划“科技冬奥”专项项目的支持下,以北京睿图模式体系为核心,自主研发了冬奥气象短临预报核心技术支撑体系,首次实现复杂地形下100米分辨率、逐10分钟快速更新的冬奥关键气象要素0~24小时高精度客观集成预报。


以高山滑雪项目为例,赛程仅为1到2分钟,运动员速度最高可达每小时140公里,当赛场风速超过每秒18米时须立即停止赛事。定点的分钟级预报对赛事调控,以及寻找赛事“窗口期”的支撑作用十分关键。


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山地雪上项目对光照、强风、低能见度及山区不同海拔高度降水类型及其转换时间等均有极高要求。因此,以我国自主研发的GRAPES数值预报模式为核心的冬奥1~10天短中期客观天气预报,以及利用深度学习、大数据挖掘等人工智能技术形成的冬奥0~10天无缝隙定点气象预报服务产品,可为赛期安排提供科学依据。
攻关难题,气象人群策群力。1月25日,冬奥预报示范计划集成显示平台上线22家单位50余个预报产品上线测试运行。气象部门通过征集国内优秀的高分辨率数值预报模式和客观预报系统,为冬奥气象服务团队提供“智力”保障。北京城市气象研究院副院长陈明轩介绍,各家预报产品还将经过严格测试考评和一段时间的实时检验,再由冬奥气象服务团队通过实时应用检验评估,优中选优确定最终应用于冬奥气象服务的预报产品。

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对标服务精细——提质增效


冬奥会是世界规模最大的冬季综合性运动会,赛前筹备、赛事安排、外围保障、应急救援、公众观赛等环节与气象要素密切相关。既要面向冬奥组委、国际奥委会及各单项组织、媒体、运动员、全球公众等群体,又要兼顾雪务、交通、医疗救援等专项,气象服务覆盖面广、侧重点多,要求极高。
如何满足多样化需求,保障北京冬奥会“精彩、非凡、卓越”?
创新科技,提质增效。

立足保障冬奥气象服务生命线,气象部门建成以国家气象信息中心为枢纽,支撑北京城区、延庆、河北张家口三大赛区的信息网络,实现冬奥数据服务互联互通、数据共享;建成异地实时备份的高性能计算资源,整体网络性能提升5到15倍;建设“专网+云端”视频会商系统,实现中央气象台、北京市气象局、河北省气象局及赛区现场实时会商。


围绕公众观赛、交通保障、直升机救援、专项服务产品等需求,气象部门重点开展了冬奥气象智能服务及风险预警技术研发,如依托人工智能技术开发的冬奥气象服务智能化图文表加工技术,能自动生成专项服务材料,极大提升了各类专项服务的工作效率。面对复杂地形,气象部门开展固定目标区小尺度人工增雪作业条件监测识别研究,建成冬奥雪务专项气象预报预测系统及高分辨率云降水显示预报系统,为赛区雪务保障提供10到30天的定制化延伸期预报服务。

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图为赛事服务组预报员制作比赛日气象服务专报。王旭海 摄影


保障北京冬奥会“精彩、非凡、卓越”,气象人独具匠心。陈明轩表示:“我们将打磨核心技术、优化支撑系统,用丰硕成果为冬奥气象保障服务提供最好的科技‘底气’。”可以预见,这些经过冬奥检验的珍贵成果,也将成为助推气象事业发展宝贵财富。


文章来源:中国气象局微信公众号


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