优秀成果展示——中国气象局雾-霾数值预报系统CMA- CUACE/Haze-Fog V3.0
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发布时间：2024/10/28 0:00:00
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| 成果评价编号： |
中气科成评[2023]068 |
| 评价结果： |
良好 |
| 成果名称： |
中国气象局雾-霾数值预报系统CMA- CUACE/Haze-Fog V3.0 |
| 完成单位： |
中国气象科学研究院、中国气象局地球系统数值预报中心、国家气象中心、国家气候中心 |
| 成果形式： |
应用研究和技术开发类-系统 |
| 研究领域： |
天气预报 |
| 评价年份： |
2023 |
| 完成人： |
刘洪利、张小曳、龚山陵、胡江凯、张碧辉、杨建新、饶晓琴、盛黎、马欣、尤媛、刘超、王亚强、周春红、牛涛、王宏、薛敏、安兴琴、柯宗建 |
| 成果简介： |
在原雾-霾业务模式基础上升级为中国气象局雾-霾数值预报系统CMA-CUACE/Haze-Fog V3.0，用于全国气象部门雾-霾和臭氧气象条件预报业务，提供雾、霾、能见度、PM2.5、O3等数值预报指导产品。该系统首次实现了全国9km分辨率、9.5天时效的业务预报；优化了多项理化机制，改进了能见度计算方案；研发了化学场初值订正模块，有效改善预报初值准确率；开发了排放清单快速更新技术，在业业务系统中已实现排放清单逐月更新。
CMA-CUACE/Haze-Fog V3.0业务流程完整，系统运行稳定，计算效率和预报效果比原业务模式有显著提升，已于2022年11月正式业务运行。
中国气象局雾-霾数值预报系统CMA-CUACE/Haze-Fog V3.0版是在原雾-霾业务模式2.0版基础上发展而来。模式分辨率提升至全国9km×9km，利用CMA-GFS预报场驱动，预报时效延长至9.5天。这是我国首次实现10km以内高分辨率的全国环境气象业务数值预报，预报时效也比原业务系统的5天提升了4.5天。取得的主要创新和进展有：
1） 改进了多项模式理化机制，有效提高了对PM2.5、O3、能见度的预报能力。增加非均相反应机制，提高了对二次气溶胶的模拟效果；优化了气溶胶干沉降计算方案，分层计算干沉降速率，并考虑了地表植被的叶面吸附效应；引入了地形拖曳效应计算方案，改进了原模式对低层风速过大导的致水平输送计算偏差；引入Bloton饱和水汽计算方案，修订了冰点以下水汽过饱和的计算偏差，改善了模式对雾、霾的预报效果；优化了自然排放清单计算方案，利用高分辨率植被分布和生物量数据，优化了模式中异戊二烯、萜烯排放的计算方案，并增加了3类芳香烃自然排放源。研发了一个化学场初值订正方案，利用观测的各类污染物浓度资料订正预报模式初值，提升了对污染物的短期预报效果。
2） 自研了中国区域排放清单，并开发了排放清单快速更新技术。利用第二次污染普查部分数据，结合其他排放信息制作了基于2017年情景的3km分辨率排放清单。项目组开发了环境气象指数（EMI）评估技术，可以评估污染物变化过程中气象条件的定量贡献，结合实际监测的污染浓度，可以计算出排放率的变化。利用EMI评估技术实现了清单的逐年、逐月订正更新，有效改善了污染源滞后等因素导致的预报偏差。目前业务上已经实现清单的逐月更新。
3） 采用多项措施大幅提升了模式计算速度和运行效率。优化了模式并行计算方案、IO方案，引入可调多步长耦合调度算法，优化预报产品制作流程，系统总体计算速度和运行效率比原业务模式提升了1倍以上。
CMA-CUACE/Haze-Fog V3.0模式于2022年5月通过了业务运行测试，9月通过了预报司组织的业务升级专家评审，11月正式业务运行，成为中国气象局雾霾和臭氧气象条件数值预报的业务模式。
该系统每天定时运行2次，预报产品接入国家气象信息中心，通过天擎系统实现分发服务，各地气象部门可通过天擎系统获得预报指导产品，用于当地的环境气象预报业务。模式产品也同时推送到中央气象台环境业务平台，预报人员可快速进行数据检索、图形显示和检验分析，用于环境气象预报预警、分析评估等工作。
在研发和试运行期间，该模式已在北京冬奥会和冬残奥会、中共二十大等重大活动气象保障服务中发挥了重要作用，提供了准确的预报信息，参与天气会商，对活动期间的主要污染过程无错报、漏报，圆满完成了服务保障工作。该模式的长江三角洲区域版本已经安装到了浙江省气象局的华为-泰山200超级计算机上，实现了“全部国产硬件和软件环境”下的实时运行，并计划服务于杭州亚运会的环境气象服务保障工作。
CMA-CUACE/Haze-Fog V3.0模式的业务流程完整，系统运行稳定，已成为我国气象部门环境气象业务的核心支撑系统。 |
