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气象合作国别角

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后来者的弯道超车——韩国气象发展基本情况 发布日期 :2024-04-07  

 田晓阳  贾朋群

1 韩国气象基本情况

  韩国于1949年8月成立国立中央观象台,1956年2月加入世界气象组织(WMO)。1978年,韩国成立了气象研究所,现代气象事业正式起步。1981年气象所更名为中央气象台,并在10年后的1990年12月升级为气象厅(KMA)。KMA现隶属于环境部,厅长为南在哲。韩国气象厅下设5个部门(规划协调、预报、观测设施、气候科学、气象服务提升),1个局级中心(地震及火山)。KMA的业务中心有3个(数值预报、国家卫星气象、天气雷达),简练但包括了所有重要领域。另有2个研究所,即2016年新设立的气象人力资源发展研究所和国家气象科学所,以及一个航空气象办公室(见图1)。

  至2016年,全国各级气象部门和直属机构在职员工1318人,其中气象科学研究所153人,国家卫星气象中心49人,天气雷达中心41人,区域办公室573人(表1、表2)。承担全国观测、信息传输、数据处理、预报分析、气象服务和评估完整气象业务链条,以及顶层设计、专项实施、工程建设等重大项目的策划、组织和实施工作。

  现组织机构为2015年韩国气象厅对气象预报预测业务布局进行重组、对业务流程进行优化再造的结果。气象预报预测业务机构由过去5个区域气象中心、45个地方气象厅归并为6个区域办公室、3个分办公室、7个气象站(局),业务布局由过去国家、区域、地方3级业务体制调整为国家、区域两级业务体制,集约了业务流程、精简了预报预测机构,简化了业务布局,提升了业务效率,更加适应了现代天气气候预报预测业务对快速、及时、高效、准确的气象预报服务的需求。

  KMA2016年收入为57.71亿韩元(约合3344万人民币),支出4020.86亿韩元(约合23.30亿人民币)。有业务化全球数值预报及资料同化系统建设专项投资0.81亿美元,为期9年(2011—2019年)。目前已进入第二阶段,即业务试运行阶段。

2 业务情况 

2.1 观测业务

  韩国气象厅虽然成立较晚,但经过不到30年的建设,各类观测(图2)的布局和业务化已经完成,为其能力的提升打下了基础。

  (1)地面观测

  实现了多部门组织的气象观测并存,至2007年各地方政府支持的观测站点(1857个)已经多于气象厅(542个),其他部门和团体、企业,也加入了气象观测行列(图3)。至2016年,地面观测点共4172个,达到5km分辨率,其中气象厅运行572个,成为世界上不多的政府和民间多部门共同参与地面气象观测网建设和运行的国家。就此,韩国多部门参与的地面观测展望建设基本完成,为KMA扩大数据来源和影响创造了很好的环境基础。

  (2)高空观测

  无线电探空测风仪8处,每日两次测量压力、位势高度、温度、露点温度、风向、风力。当出现极端天气情况时,每日测量4次。另有风廓线仪和辐射站各12个。

  (3)天气雷达

  现气象厅共有11个雷达,计划在2014-2019年间从传统多普勒雷达系统全部升级为双极化雷达,并开展研究开发双极化雷达应用(数据处理、降水估计、改进降水类型识别等)。同时从临近国家(日本的7个)以及空军接收雷达数据。

  (4)专业气象观测

  韩国在全国部署了一些专业气象观测站点,包括:云高计92台,雪深人工站22个,激光站55个,CCTV(海上监视用闭路电视系统)站169个,能见度气象传感器测量215处,能见度测量仪76台,雷电测量21处,土壤性质测量82处等。

  (5)卫星

  KMA气象卫星的发展,无论是极地轨道还是地球静止轨道,均起步于1992年,且20多年来一直保持高速发展的态势,几乎每1-2年就有新的卫星升空,尤其是2010年地球静止轨道卫星COMS(通信、海洋和气象卫星)的发射和计划在2018年实施发射的下一代GK-2A星,以及计划在2018年及之后几年发射的多个极轨卫星,不仅引起了全球关注,也使韩国据此跻身世界具有极轨和静止双轨道气象卫星国家行列(图4)。

  目前,COMS运行稳定,2011—2014年资料可获取率达到了99.31%的较高水平。韩国还和斯里兰卡、菲律宾、老挝等亚太国家合作,向这些国家提供接受设备、业务监测和分析系统以及技术支持和培训,很好地扩大了COMS卫星的价值和影响。此外,KMA还通过承担WOM二区协示范虚拟实验室项目(VLab)开展培训和亚太及国际各种气象卫星相关的协调和工作会议,扩大其影响力(如第19届TOVS国际会议)。

  目前业务静止卫星COMS,是韩国第一颗多用途卫星,但主要应用领域是气象和海洋,兼顾通信使命。COMS卫星的开发经历了6年(2003—2008年),2010年6月发射,2011年4月业务化,设计寿命是7年。COMS针对朝鲜半岛的加密扫描,每小时可以进行8次,不到10分钟可以完成一次,这对灾害天气的监测起到了关键作用。圆盘扫描需要3小时,但对北半球的加密扫描可以缩短到每15分钟一次。因此,COMS各种加密扫描模式,可以基本满足韩国预警监测和区域模式的需要。

  COMS卫星数据,特别是经过质量检验的AMV(Atmospheric Motion Vector,大气运动矢量)、海冰和雪盖等数据,已应用于数值天气预报,并且带来1%准确率的改进,这主要归功于COMSAMV同化。而基于COMS探测开发的CSR(Clear Sky Radiance,晴空辐射)数据更是为数值天气预报带来了2.6%的改进。COMS资料和产品还广泛应用与航空天气、空间天气等领域。

  COMS卫星的换代卫星是Geo-KOMPSAT-2A(前面加前缀Geo)。预计2018年升空的2A星,在2012—2018年的设计阶段就与2B星在星载仪器上明确了分工,即2A星装载气象和空间天气传感器,而2B星专注于海洋和环境探测,设计寿命均为十年(图5)。2A星相对于COMS的改进,与美国等换代卫星类似(图6),星载的主要仪器,如微波图像仪(MI)改进为先进微波图像仪(AMI)之后,空间分辨率提高4倍、时间分辨率提高4倍,扫描频道是原来的3倍,获得的产品数量是原来的3.5倍。其中,每2分钟即可完成对韩国扫描,最终产品的数量将会达到52种。

  (6)其他观测网

  海洋观测包括浮标、灯塔的自动气象站、研究船和黄海的海洋气象观测基地。

  为了加强探测能力,KMA计划在2015年前购买多用途天气探测飞机(图7),用于高影响天气、空气质量、人影活动,并在2016年以后支持2018冬奥会。

2.2 预报业务

  (1)数值预报

  KMA作为数值天气预报业务能力和范围均较为出色的机构,被WMO基本系统委员会指定的LC-DNV(Lead Centre for Deterministic NWP Verification,确定性NWP验证领导中心)纳入参与业务模式预报准确性比较的中心之一。最新的比较结果(图8)表明,针对北半球的预报,KMA的模式能力显然已经进入“第一集团”。

  韩国数值预报系统从英国引进并进行本地化发展,主要包括:全球数值预报系统,区域数值预报系统、KWRF、有限区域数值预报系统、海浪模式系统、风暴潮模式系统、亚洲沙尘模式系统和台风模式系统等。其中,2015年全球模式分辨率由25km提升到17km,并在2016年业务化,2016-2017年将集合预报分辨率从现在的40km提高到25km;区域短期模式2015年实现其覆盖区域由现在的韩国及周边扩展至东北亚,2016年实现大气-波动耦合,2017年由三维变分转为四维变分;区域集合预报系统2015年业务化。

  目前,KMA的业务模式构架和最新模式的开发(图9),进入成熟阶段和向较先进的立方体网格过度。其中,全球模式和局地模式均运行集合预报业务,是较为先进的。具有灵活和可扩展等优势,为未来更高速计算环境提高模式性能提供了保障。目前模式已经从区域模式过渡到全球模式,即KIAPS-LETKF模式完成向全球模式KIAPS-GM的过度。

  韩国依据国际流行做法,对模式的敏感性进行了研究,给出各种观测对平均24h预报误差减少的贡献,见图10

  新模式带来的预报改进,即预报误差减少(Jm)随着预报时效的增加而显著地提高(图11分别为6h\24h\60h预报)。

  (2)业务平台

  KMA数字信息预报系统,提供至48小时、3小时间隙的气温、降雨概率、云量、降水概率/类型/量、相对湿度、风向/速、显著浪高、雪深。覆盖全朝鲜半岛和沿海,以地区划分,格点大小为5km。数字信息预报系统的运行方式如图12

  (3)业务体系

  KMA基本业务体系如图13。KMA设置了到2020年完全实现基于影响的预报的目标。

2.3 气候业务

  在季节预报方面,KMA与掌握先进技术的英国气象局实现了全面合作,资料、产品共享和联合制作,预报系统也实现了对接(图14),从而提高了研究水平和业务能力。例如,KMA与英国方面共享84成员的集合预报系统,使得季节预报产品更加丰富和准确。

  目前,KMA业务季节预报采用GloSea5模式,向WMO提供预报产品(图15)。

  KMA已经制定了季节内和季节预报模式到2017年的更新计划,更新的主要放在对海洋、海冰等的处理方面(图16)。

  KMA自2009年以来一直负责运行WMO长期预报多模式集合牵头中心(LC-LRFMME)。WMOLC-LRFMME的作用是对来自12个全球生产中心(GPC)的数据进行标准化,同时向WMO成员、区域气候中心(RCC)和区域气候展望论坛(RCOF)提供应用多模式集合方法产生的各种气候预测数据。

3 气象服务

  KMA提供的天气信息均由email、网络、内网、专线、传真、DMB、PDA等实时提供给公众、大众传媒和相关政府机构。短期预报包括每三小时(每日8次)提供两日气温、降水、日最高/低温、降水概率、降水类型、雪盖、天空状况、风向、风速、相对湿度、浪高。将朝鲜半岛和沿岸分为5*5km网格,提供每个格点的文字、图、时间序列、表格和音频信息。并向终端用户提供可以应用于旅游、休闲、建设、水资源开发、农业、健康、环境和工业的电子格式信息。

  中期预报给出接下来一周的每日天气状况、气温、降水概率和浪高,每日发布两次。

  长期预报给出每月和每三月预报。一个月发布3次每月预报,包括30日气温、降水和天气模式趋势。3月预报每月发布一次,包括接下来3个月气温降水趋势。

  2、5、8、11月发布气候展望,提供两个季节的气温和降水趋势。

  天气形势突变或极端天气发布建议或警报。初步警报通常在极端天气警报前几个小时发布,以提前准备。

  对极端天气事件和严重气象灾害发布天气公报。

  发布西北太平洋台风的路径、规模和强度。对韩国有影响时发布建议或预警。

  针对公共健康需求,KMA也向公众提供不舒适度、紫外线指数、食物中毒指数、哮喘、皮肤病、慢性呼吸道疾病等的信息,并发布季节性信息如花粉、落叶等。

  航空气象方面,TAF、低空飞行区域预报、SIGWX预报每日发布4次,每半小时发布着陆预报,每小时发布起飞预报。提供预警和重要天气信息特别报告。

4 气象研究

  国立气象研究所调查、分析大气、气候、海洋气象与地震特性,开发出预报技法,为气象业务发展做出贡献为目的,于1978年设立,为了预防占据大自然灾害90%以上的气象灾害和减少受害,积极推行新的气象技术开发和国际共同研究。还执行大气数值模式、卫星、雷达和远程探测、气候系统、模型、环境、海洋、地震、沙尘暴、风力资源地图与太阳光地图开发、气象调节与气象装备技术开发等研究。于2013年新址迁至济州岛并落成(图17),KMA的国际合作办公室同时迁往新址,其目的是协调开展季节内到季节预报,反映KMA借助国际合作,促进其延伸期预报之态势。

5 发展战略

  2008年KMA曾经提出“世界第六”的目标,并制定了5大战略,并在5年规划中落实(图18)。

  韩国气象厅现提出的五大战略,分别是(1)“加强惠及人民的天气服务(即:发展基于影响的服务、提供与日常生活有关的服务)”、(2)“为社会更加繁荣促进天气和气候信息服务(即:为应对气候变化提供气候服务、促进天气产业和生产力的发展)”、(3)“为更加稳定的国家改进决策服务(即:做好地震和火山服务,支持社会经济的决策过程)”、(4)“为和平共处促进全球伙伴关系(即:面向朝鲜的各种合作,国际合作和贡献)”、(5)“为未来的天气服务奠定坚实的基础(即发展先进的天气技术,开展公众教育和宣传)”(图19)。

6 其他

6.1 气象法规

  韩国于1961年8月制定、公布气象业务法。2005年12月《气象业务法》全部改订为《气象法》,制定《气象观测标准化法》。2009年6月制定《气象产业振兴法》。

6.2 KMA和WMO共建S2S国际合作办公室

  双方以签署备忘录形式建立了次季节到季节(Sub-seasonal to Seasonal)预报项目(S2S)国际协调办公室(ICO)。ICO基于刚刚迁址到济州岛的国家气象研究所,2013年11月5日正式成立,主要任务是协调国际联合研究项目的计划和实施,促进S2S预报能力的提高。KMA由此期待成为该领域国际领先研究中心。

6.3 气象私企

  2009年《气象产业振兴法》生效后,带来私人天气企业的增加和市场额增长(图20)。到2015年底,国内约570家气象企业,营业额达3719亿韩元(约合21.55亿人民币),平均每家企业6.5亿韩元。其中气象仪器设备及相关产品占总营业额35.2%,整批气象仪器设备占14.6%,技术服务6.8%,气象广播和信息服务8.9%,其他34.5%。

  KMA和韩国广播系统和HYUNDAI(现代)MnSOFT合作,最新推出了综合天气和导航服务——Weavigation(图21)。

6.4 韩国气象文献计量分析

  从科研产出的角度,以2000—2014年科睿唯安Web of Science(WoS)数据(即SCI论文)作为样本,对韩国在气象和大气科学领域的学科规模、影响力水平、重要成果等方面进行了评估。

  论文产出数量可以在一定程度上反映研究规模的大小,因此,论文量的变化反映了研究规模的增加或减少。2000—2014年,韩国气象和大气科学领域的研究规模保持了较快的增长速度,在此期间的SCI论文数量从46篇增长到372篇,增加了7.1倍。从国际对比的视角看,韩国的世界排名和世界份额均有提升。论文量从2000—2007年间的第18位前进到2008—2014年的第15位,世界份额由2000年的0.8%上升到2014年的3.08%(表3)。

  从学术影响力的视角看,海量数据的统计规律表明论文发表之后得到的引文(被引频次)在相当程度上反映出科研成果的学术影响,而国家的总引文则反映了国家学术影响力的增提状况。与自身相比,韩国在气象和大气科学领域的学术影响力不断提升,2000年,韩国引文的世界份额仅为0.37%,2014年则上升至2.92%。上述数据表明,韩国的学术影响力的进步是显著的,且与论文数量的增长速度基本一致(表4)。

  由于引文指标受论文总量的影响较大,而篇均引文描述了每篇论文的平均影响力,因此,篇均引文指标可以消除论文数量对引文的规模影响,更好地反映每篇论文的平均影响力。图21是2000-2014年韩国在气象和大气科学领域篇均引文的数据。从图中可以看出,虽然韩国的篇均引文仍处于世界基准线之下,但其差距正逐渐缩小,且在2013年达到并超过了世界基准线。

  从重要学术成果的视角来看,定义被引频次位于气象和大气科学领域前1%的高被引论文为重要成果的样本数据,以此分析发表重要成果的水平。2005—2014年韩国在气象和大气科学领域SCI论文总量为2526篇,其中入围高被引论文榜的有23篇,重要成果产出率为0.91%。