极地预报概况及未来发展方向

极地预报与服务2018年11月22-23日主要内容南、北极概况极地数值预报极地现场观测预报保障服务未来发展方向北极：大陆包围的海洋

近地面的气温比南极温和，分布也比较均匀，年平均气温约-10℃，北极地区最冷的地方并不在北冰洋，而在陆地上，曾测到-70℃的最低气温，夏季的气温会高于0℃。南极：海洋包围的陆地

南极年平均气温约-25℃，曾记录到南极的最低气温-89.2℃，寒极，沿海地区的温度相对高一些，夏季的气温会高于0℃。曾观测到风速达100米/秒的飓风，风极。海冰多集中于55°S以南海域南极和北极概况极地科考1985，长城站1989，中山站2009，昆仑站2014，泰山站雪龙船(1984-)35次南极科考(1999,2003,2008,2010,2012，2014，2016-2018)共9次北极科考

2017年第8次北极科考航线

2004，黄河站南北极海冰范围季节变化南极海冰范围3~20百万平方公里，冰范围9月最大，可向北伸展到南纬55度以北，2月最小。北极海冰范围约4~16百万平方公里，冰范围3月最大，9月最小。数据来源：德国不来梅大学冰脊当年冰，多年冰，冰脊，冰山北极海冰范围快速减少2012年9月北极平均海冰范围达到有卫星记录以来的最低值，相比1979年至2000年平均范围的情况，减少了49%，2018年9月平均海冰范围为有卫星记录以来历史第6低值。2007-2018连续12年9月的海冰范围均为卫星遥感记录最低值。（左上图及数据来源：美国冰雪中心）右上图来源：NASA数据来源：美国国家冰雪数据中心NSIDC北极多年冰分布变化（来源:美国冰雪中心NSIDC）1988年5年以上多年冰还占有相当比例，而近几年的多年冰多为2-4年冰。多年冰减少>60%（FromRonKwok）北极航道：联系三大洲的最短航线，亚洲到欧洲的水运航程会缩短四分之一2013年我国商船首航东北航道，发展至2018年6船8航次，亚马尔液化天然气项目等，未来将常态化运营以及其他潜在需求。2013年永盛轮首次北极航行2015年永盛轮-东北航道双向航行2016年我国5商船6航次穿越东北航道2017年我国5个商船航次穿越东北航道2018年我国6商船8航次穿越东北航道极地数值天气预报系统基于PolarWRF建立了业务化运行的我国极地数值天气预报系统；包含“资料同化”和“业务化预报”两个子系统，采用三维变分同化技术（3DVAR），实现了卫星资料、现场气象观测资料实时循环同化；实时更新极区海温和雪冰覆盖数据；“资料同化”子系统每天运行4次，“业务化预报”子系统每天运行2次，预报时效96小时，时间分辨率1小时，全南极、北极空间分辨率27km。南极地区三重嵌套，重点预报（1）中山站至昆仑站、（2）南极半岛、（3）罗斯海沿岸；在南极长城站和难言岛新站地区分辨率高达3km。北极地区双重嵌套，针对船舶实际需求，进行区域重点加密预报，分辨率可达3km实时同化卫星遥感资料、地面和探空资料卫星遥感资料来自搭载在风云、EOS、METOP、NOAA等多种卫星上的多种传感器极地160个自动气象站和人工地面气象观测站资料探空气象观测站资料南极地区海平面气压场、降水量、风场、高空位势高度场等预报图极地数值天气预报系统业务化预报产品示例图中山站和长城站地区预报图示例表现出了南极埃默里冰架两侧的下降风风场，捕捉到了普利兹湾沿岸的中尺度气旋表现出了长城站所在的乔治王岛对气流的阻挡作用，气流到达乔治王岛之前分流，流经岛之后再汇合体现了高分辨率数值预报的优势，是现场天气预报的主要参考依据长城站中山站中尺度气旋南极罗斯海难言岛新站地区风场预报及检验表现出了难言岛及其附近冰川的强下降风气流，体现了高分辨率数值预报的优势对比我们预报的风速（红线）、GFS风速（绿点）和难言岛自动气象站实测风速（蓝点）可见：与GFS相比，我们预报的风速更接近实测值；为南极新站现场作业的气象保障工作提供重要的参考依据

难言岛地区风场预报图南极考察固定翼飞机航空天气预报产品极地数值天气预报系统对中山站-昆仑站沿线地区的预报产品：左上-中山站及其附近地区降水量、海平面气压场；右上-中山站各气象要素时间序列预报图；左下-中山站大气斜温图；右下-中山站及其附近地区500hPa位势高度场和温度场我国南极考察固定翼飞机飞行航线北极海冰-海洋数值预报系统ArcticIceOceanPredictionSystem(ArcIOPSv1.1)2018年7月31日起中心业务化运行数值模式:MITgcm水平分辨率：18km（在研4km）数据同化模式:并行数据同化框架（PDAF）滤波器:局地误差子空间变形卡曼滤波器（LESTKF)集合个数:12大气强迫场：GFS120h

GMPE海表面温度

每日同化卫星观测数据AMSR2海冰密集度

每日SMOS薄冰区海冰厚度每日（冷季10-4月）

CRYOSAT2海冰厚度

每周（冷季10-4月）关键技术（1）集合卡曼滤波G.Evensen(EnKF,1994)首先提出卡曼滤波:使用平均值和协方差表示概率分布集合卡曼滤波:使用集合性质表示概率分布观测0时刻1时刻2时刻分析预报集合变形初始集合状态估计预报局地化:在每个格点单独进行数据同化来减少计算量同化圆圈里所有的观测数据来更新中心点的状态滤波器局地化模式集合分析集合预报观测集合观测19关键技术（2）局地化状态更新后报实验：2013年1月至5月的海冰密集度和SST变化预报应用与检验：第八次北极科学考察八北期间冰厚人工观测与模式预报对比2017年雪龙船穿越北极中央航道时基本是沿着厚冰区1.5m的边界航行（平均偏差约20cm）雪龙船2018年8月10日至8月30日期间在北极太平洋扇区的航行轨迹基本是沿着1.5米厚冰区的边界预报应用：第九次北极科学考察模式:HIGHTSI,highresolutionthermodynamicseaicemodel分辨率:5km南极普里兹湾固定冰预报系统FastIcePredicitonSysteminPrydzBayHIGHTSI模式:模拟积雪和海冰内部的热传导过程、雪/冰温度剖面的演化，以及雪/冰质量平衡过程，可以预报的参数包括积雪和海冰厚度、温度、积雪的融化、海冰内部的融化、雪冰的比例等。采用的大气强迫场为0.125度，包括的参数是：2m温度、湿度、10m风、云量、向下短波辐射、向上长波辐射、降水等。输出结果包括积雪厚度、海冰厚度、积雪融化速度、海冰底部融化速度、内部融化速度等。中山站一维模拟试验真实雪厚情景试验平均雪厚情景试验红线:现场观测结果蓝线:模拟结果强迫场:现场AWS观测数据和给定的海洋热通量2015年9月强迫场分布

普里兹湾三维模拟试验

强迫场:ERAinterim数据集(0.125°)

和给定的海洋热通量分布80km100kmZhongshan♂Xuelong空气温度云量降水量2015年9月模拟结果SnowthicknessIcethickness和现场观测的比较结果34thCHINARE的业务化试运行产品

南极普里兹湾固定冰预报系统，在第34次南极科考海冰服务首次应用，冰厚和雪厚预报结果与中山站现场探冰观测结果较为一致。遥感监测冰厚、雪厚、海冰反照率、冰-气湍流通量观测冰厚钻孔观测海冰谱反照率观测冰厚EM31观测冰-气湍流通量南极中山站梯度和通量观测南极现场观测发展了考虑云量和降雪影响的参数化方案，显著改进了反照率高值和低值模拟的不足。参数化结果vs

观测雪厚观测不同波段反照率变化冰厚观测北极现场观测冰浮标冰厚观测

基于船舶走航和冰站开展海冰厚度、漂移、探空、冰-气湍流通量等观测，数据用于模式改进、参数化研究以及海冰数值预报检验等。海冰浮标漂移轨迹冰厚变化冰-气湍流通量辐射通量的变化探空观测预报保障服务：北极科考预报保障服务：北极航道商船航行利用多源卫星遥感资料和多数值预报模式产品为其提供了北极航线的气象、海冰和海浪综合预报保障服务。包含气象预报（天气现象、风速风向、能见度）、浪高预报、海冰预报（密集度、厚度、漂流）和卫星遥感图像（SAR、MODIS）等信息，并针对强天气过程、恶劣海况、重冰区等进行着重分析。永盛2017年商船航线预报保障服务：南极科考2014年初雪龙脱困应急保障海冰在持续偏东风作用下堆积致使雪龙被困，综合现场冰情和气象、潮流预报，分析判断7日凌晨至8日上午为偏西风时段，在偏西风的作用下，利于海冰向东扩散，为雪龙最佳脱困时机。建立极地大气-海冰-海洋立体观测能力（浮标、探空、卫星）；发展先进的大气和海冰-海洋多变量耦合资料同化系统；改进大气-海冰-海洋物理过程参数化，提升水平分辨率；探索建立基于全耦合模式的无缝隙预报预测系统。未来发展方向

科学目标：旨在提高从小时到季节时间尺度上的极地地区天气和环境（特别是海冰）预报服务3个阶段：1）YOPP准备阶段：2013-2017年中；2）YOPP阶段：2017-2019年中；3）YOPP巩固阶段：2019-2022。3个特别观测期：1）2018年2月1日-3月31日，北极；2）2018年7月1日-9月30日，北极；3）2018年11月16日-2019年2月15日，南极。ThePolarPredictionProject(PPP;2013-2022)andYearofPolarPrediction(YOPP;2017-2019)预报中心于2014年11月正式加入PPP观测核心：多学科漂流观测“Polarstern”

破冰船强化耦合：大气-海冰-海洋-生态-生物地球化学2019秋季>2020秋季卫星观测