预报员的作用

Encyclopédie environnement - prévisionniste - forecaster

  预报员通常是指负责进行天气预报的气象学家。本文介绍了2016年预报员的功能,以及他使用的工具和方法。所有全球天气服务,无论是公共的还是私人的,其组织中都包含预报员的职位。本文的一部分专门讨论了他们的主要责任:保障人身和财产的安全。同时,预报员也参与了许多对天气或气候敏感的活动,根据观测和预报的情况提供决策支持。

1. 预报员,一个不断发展的职业

  预报员的首要功能是向用户或客户解释并描述其感兴趣地区的未来天气条件。该功能通过适当的沟通来传递高质量的技术信息。这是一个古老的使命,目前存在于所有公共国家气象部门(NMSs)以及处理气象学的私营部门实体中。就这些组织的工作人员和费用而言,上述功能也是进行国际比较研究的主题。随着数值天气预报(NWP)的显著进步(参见天气预报简介)以及大气监测方法取得的显著进展,该功能的执行方式近年来发生了显著的变化。

  在不提供历史背景的情况下,系统地使用数值天气预报模型进行预报可以追溯到20世纪70年代和80年代。从这一时期起,数值预报开始提供有关中纬度地区可能发生风暴的相关信息。预测此类可能对人身和财产造成重大损害的现象,仍然是当下欧洲的一个主要关注点。重大风暴的发生促使巴黎天文台在1856年建立了国际气象服务[1],并于2001年实施了气象警戒系统[2]

环境百科全书-预报员的作用-2013年,生态、可持续发展和能源部长戴尔菲娜·巴托夫人访问了位于图卢兹的法国气象局国家预报中心
图1. 2013年,生态、可持续发展和能源部长戴尔菲娜·巴托夫人访问了位于图卢兹的法国气象局国家预报中心(CNP)。
[图片来源:©法国气象局]

  目前预报员的工作主要是基于对可用数值模拟解释。他们监测预报数据构建方法的进展情况,例如提高数值天气预报模型本身及其后处理(统计调整)的质量。由于可利用的信息和可视化规划领域可能性的不断发展,上述工作已成为可能。事实上,这些数据已经从纸上的图形输出转变为计算机表示[3]。此外,编排和传播这些预报结果的可能性也有所增加(印刷媒体、视听、电话亭、互联网、移动电话)。如今,公司的绩效要求以及在很短时间内需考虑的信息量使得预报员的工作既困难又令人兴奋(图1)。

2. 方法论的一些要素

  预报技术取决于被预报的“气象对象”的时空尺度:下午比利牛斯山脉山顶上发生风暴,第二天塞文山脉出现暴雨,接下来一周法国出现热浪。所有这些都基于预报技术,其中包括被称为分析预报的两个阶段。

环境百科全书-预报员的作用-数值预报的局限性
图2. 数值预报的局限性:两个模型(红绿等值线)分析的海平面气压下降,以及一位预报员根据卫星图像和2006年戈登系统温带过渡阶段的观测结果绘制的真实情况(黑色等值线)。
[图片来源:©法国气象局]

  分析步骤包括研究当前和最近的气象状况,了解其动态,确定相关结构,并将其与气候学联系起来。特别是,有必要确定数值天气预报模型的模拟以及其他使用外推技术的产品在多大程度上与气象观测相一致,因为它可以通过不同的观测方法来理解(图2)。此分析通常是从所谓的天气尺度[4]开始,这是对国家(如法国),或者更准确地对某一个经济区域或省从几小时到几天的预报的相关尺度。多年来,该方法特别建立在对对流层的地面和高度条件进行综合深入研究的基础上,监测动态对流层顶(参见地球的大气层和气体包络层),并强调位势涡度的概念,对理解中纬度地区天气条件的演变至关重要[5]。在对流现象占主导地位的热带地区,还需要其他概念[6](参见信风的关键作用)。这项天气研究在法国气象局通过图形文件ANASYG/PRESYG[7]正式确定,存在于各种国家气象部门中,并由国家层面的预报员进行研究。随后,目标是确定当前可用的最佳预报产品。在区域或地方层面,一旦整合了这个天气框架,就有可能在较小的规模上进行类似的分析。

  预报步骤首先包括理解在分析过程中识别的结构如何随着数值模拟而演变,或者若无法演变,则寻找最能代表它们的可用外推产品。在短期内,由于这种演变或多或少是线性的,预报员很容易纠正上一步诊断中出现的缺陷:例如降水或雾区的地理转移,对低压加深强度的低估。这种预报被称为确定性预报。从长远来看,由于大气的演化是非线性的,一些结构可能会消失,而另一些结构可能会产生。数值建模(参见天气预报模型)的优势是能够模拟这些事件,而根据定义,外推法是无法模拟的。其困难在于,外推法的分析无法区分数值模拟中可能存在的不同选项。

  在第二步中,该方法因此变得概率性。在一系列可能的发展中,预报员寻找最有可能的情景,评估预报中涉及的问题,并设法使潜在的预报误差最小化。这种评估基于集合预报(Atger,2000)[4]的使用(参见集合预报),但也通过比较国家气象部门提供的不同确定性模型的模拟来进行。这里需要注意的是,短期和长期的概念与我们试图预报的气象现象有关。我们谈论的是可预报性范围:对于一场暴风雨而言是几个小时,对于暴风而言则是几天。还应补充的是,通过预报员在分析/预报和验证预报的常规活动中所获得的模型行为知识,可以识别这些数值天气预报模型中某些反复出现的缺陷。这些要素涉及预报过程,但也用于改进数值预报本身(减少已识别的偏差)。矛盾的是,这种反馈使得预报员越来越难以批判性地检验模型!最后,强调联合使用全球模式(覆盖全球)和有限区域模式(覆盖有限地理区域)来解决不同尺度的大气现象问题。另一个困难是,区域模拟不一定会放大用于驱动它的全球模式预报结果,反而,区域模式的预报结果可能与驱动它的全球模式预报结果有很大不同。

3. 人身和财产安全,一项基本使命

  向当局、公民、交通、能源和通信基础设施管理的利益攸关方预警气象危险的可能性是国家气象部门的主要任务之一,也是其存在的原因之一。自2001年以来,法国气象局通过气象监测系统(Beysson,2001)[2]执行该功能。许多国家(尤其是欧洲)或多或少采用了这一程序,该程序的实施是法国本土的国家和区域预报员的责任。由于它需要连续性,因此该工作安排被设置成提供24小时天气监测的永久性服务

  这种有时被低估的监测或跟进作用至关重要。它包括检测任何未预料到的潜在危险气象现象,以便尽快警告那些可能暴露于该现象的用户。这项任务很困难,因为一方面,此类现象在定义上是出乎意料的,另一方面,目前的观测手段可能不足以监测到这类现象。例如,在冬季,我们不可能感知到某些道路区域的冰雪情况。在这一领域,联网车辆的新兴技术为气象观测提供了有趣的应用可能性。预测危险现象的作用是由警戒监视图来实现的。该图展示了各省在未来24小时内气象和水文危险的警戒水平,共使用四种颜色:绿色、黄色、橙色、红色。颜色的选择是根据超过所考虑的参数阈值的标准来决定的(2016年有9个危险阈值)。

环境百科全书-预报员的作用-红色预警实例
图3. 红色预警实例:在2016年春季的异常降雨之后,塞纳河(尤其是卢讷河)的一些支流出现了历史性的洪水。
[图片来源:©法国气象局]

  这些标准反映了灾害相关场地的脆弱性,是在了解该灾害现象的气候特征并与负责在发生警告时采取行动的公共当局(公民安全、卫生当局)协商后建立起来的。分析/预测方法允许预报员在考虑具体情况(干燥土壤条件、假期期间的道路迁移等)的同时选择正确的颜色。预报结果需进行系统评估并提供反馈。该程序在检测、误报和预期时间方面设定了雄心勃勃的目标。媒体对某些事件的高度报道会引起一段时间的紧张。这些都将预报员置于危机管理环境中决策机制的核心位置(见图3)。

  应当补充的是,在专业部门中也存在监测和预测的角色。一些特殊的警告程序适用于海事领域的海况。由航空部门实施的其他措施则用于处理悬浮在大气中的火山灰、结冰以及威胁到飞机安全的湍流现象。后者由具有国际民航组织认可资质的气象预报员执行。最后,在发生核或化学事故或海洋污染时,天气预报员会干预所谓的环境紧急情况。按需使用特定数值模型(称为扩散模型)以提供可能受污染物影响的地理区域的信息。

4. 气象援助,不同活动领域的决策支持实例

  一些活动部门的成就取决于天气条件,它们利用气象实体的服务来满足自己的需要。这个功能称为气象援助建议(图4)。有些组织则在其业务中集成此功能。以法国电力公司(EDF)为例,该公司的预报员团队参与了水电生产的水资源管理。其他具有更具体需求的组织结构将这一功能外包出去。体育赛事的组织者是广为人知的请求者。这些任务随后由经过专门培训的预报员执行。他们有时会前往活动地点尽可能靠近用户,从而提供量身定制的服务。预报员们使用专用的观测手段,例如移动气象雷达,从而显著提高对活动现场发生降水的预报。

环境百科全书-预报员的作用-乔尔·科拉多,法国气象局预报员
图4. 乔尔·科拉多,法国气象局预报员,1994年至2015年法国广播电台的标志性声音。
[图片来源:©法国气象局]

  在法国,参加罗兰加洛斯网球锦标赛是一个具有象征意义的历史例子。这种类型的服务已经普及。我们谈论的是海上帆船比赛或山区探险的天气路线[8]。天气因素可能是一家公司成功的关键。行星太阳能项目就是一个例子,这是2010-2012年首次完全由太阳能驱动的环球航船旅行。此次冒险动员了法国气象局海军部门的预报员。他们首先通过对观测结果的研究和有关风、阳光、表层洋流以及海浪的现有数值数据,进行了上游的气候评估,以确定预先遵循的最佳海洋路线。然后实时协助这艘船进行为期18个月的环球航行。他们每天提供天气预报和持续监测情况,以确保船只避开风暴和云层。

5. 未来展望

  数值天气预报(NWP)的显著改进,模型的空间分辨率的急剧提高(在公里级),数据可用性的时间步长(12小时内),预报更新的频率(越来越接近于同化周期),正在改变和破坏人类专家在预报过程中的作用。目前所能获得的资料数量如此之多,以至于有时无法在给定的时间范围内评估这一进程。因此,越来越多的预报是自动化的,即通过计算机处理链直接提供给用户,而无需人工干预。此外,在公共和私营部门的许多实体中执行的降低成本政策往往限制了人力专家在这些组织结构中的地位,因此他们正在寻求更大的自动化。预报员应在何时以及在哪些领域运用其专业知识?我们是否应该只关注具有高社会或经济风险的情况?专业知识是否应该投入于目前在月度和季节性范围内出现的新的预测应用领域?这些是21世纪气象服务面临的问题。


参考资料及说明

[1] Roy, S., 2012: 125 years in the shadow of the Eiffel Tower, Météo France

[2] Beysson, J.P., 2001: Editorial, review La Météorologie 8ème série n°32, p. 3, by the association Météo et Climat

[3] 计算机表示有多种形式:地图、时空部分、动画。它们具有增强现实等性能,并且可以通过研究现场观测、无线电探空仪、雷达或卫星图像以及社交网络上的共享信息来了解当前的气象条件(当前时间)。

[4] Atger, F., 2000 : La prévision du temps à moyenne échéance en France, revue La Météorologie 8ème série n°32, p. 61, by the association Météo et Climat

[5] Georgiev, C., P. Santurette, K. Maynard, 2016 : Weather Analysis and Forecasting, 2nd Edition, Academic Press

[6] Beucher, F., 2010: Tropical meteorology: from trade winds to cyclones, 2 volumes, Météo France

[7] Santurette, P., A. Joly, 2002: ANASYG/PRESYG, Météo-France’s new graphical summary of the synoptic situation, Meteorol. Appl. 9, p. 129-154

[8] Giezendanner, Y., F. Guais, 2007 : Le routeur des cimes, Editions Paulsen


译者:刘林林         编审:张文霞         责任编辑:胡玉娇


环境百科全书由环境和能源百科全书协会出版 (www.a3e.fr),该协会与格勒诺布尔阿尔卑斯大学和格勒诺布尔INP有合同关系,并由法国科学院赞助。

引用这篇文章: GILLET-CHAULET Bruno (2022), 预报员的作用, 环境百科全书,[在线ISSN 2555-0950]网址: https://www.encyclopedie-environnement.org/zh/air-zh/role-of-forecaster/.

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