背景及建设目的与意义

我国是世界上遭受天气灾害影响严重的国家之一。随着经济的发展，暴雨、洪涝等气象灾害频发，每年造成的直接经济损失和人员伤亡数量呈增长趋势。2010年和2013年，因局地强对流天气和持续性暴雨造成的受淹城市数分别达到258座和234座，年经济总损失高达3745亿和3168亿。随着经济建设和城市化进程加快，重大暴雨、洪涝灾害的风险正在迅速升高，城市急剧扩张而防洪排涝基础设施建设跟不上，城市面对洪涝灾害显得更为脆弱。2012年北京“7.21”特大暴雨造成79人死亡，经济损失高达116.4亿元。2013年上海“9.13”特大暴雨，地面交通几乎已经瘫痪，上海地铁多条线路也因暴雨影响正常运营，造成车站内乘客大量积压。2016年江苏盐城“6.23”龙卷冰雹灾害共造成99人死亡，受伤846人。2017年广州“5.7”特大暴雨，广州市共有123个测站雨量超过100毫米的大暴雨，12个气象站录得250毫米的特大暴雨，雨强之猛刷新历史极值，日雨量破广州历史纪录。全市倒塌房屋172间，安全转移群众6925人。改革开放以来，人口大量向东部地区迁移，在京津冀、长三角、珠三角等若干地区形成了若干大城市和城市群，2014年京津冀总人口已经达到 1.2亿，珠三角地区总人口已经逼近1亿，这些大城市和城市群同时也是重大自然灾害频发的地区。此外，重大政治、社会活动（如2022年北京冬季奥运会）的气象保障都提出了对精准的天气预报的要求。

新一代天气雷达以其高时空分辨率、及时准确的遥感探测能力成为灾害性天气，特别是中小尺度灾害性天气监测预警等方面极为有效的工具。截至2016年底已经完成了全国233部新一代天气雷达建设，目前我国天气雷达中东部地区单点雷达站间距一般在150-200km左右，西部地区单点雷达站间距为250-300km左右。新一代天气雷达在突发灾害性天气等方面发挥了重要的作用。

高分辨率模式是大规模有效使用天气雷达资料的重要途径，通过改善数值模式的风场、雨雪等水物质初值信息，可以大幅度改善预报能力。我国天气雷达资料已初步应用于数值预报业务，天气雷达资料已试用在国家级和华北、华东等区域气象中心的数值预报系统中。但总体而言，天气雷达资料还没有发挥出应有的效益，如全国组网雷达资料等还没有在数值预报中大规模应用。

至2017年年底，我国气象预报服务统一数据源的网格预报业务正式运行。网格空间分辨率达5×5公里，时间上可实现逐3小时发布一次未来天气预报，使公众可随时随地获得基于位置的精细化气象服务，这也意味着我国天气预报将实现从传统站点预报向格点预报的转变。与原来定点预报相比，它在空间上更加精细，也更具针对性。网格化预报的精细不仅体现在空间上，还反映在可以每天更高频次的更新和发布上，网格化预报可以做到全国范围内逐3小时10天预报，与灾害性天气要素有关的包括短时强降水、雷暴、雷暴大风、冰雹等强对流天气预报。在所有可以体现智能化的气象前沿科技成果中，最重要的是数值预报和集合预报。高分辨率智能网格需要高分辨率区域数值预报模式和集合预报模式支撑，而我国目前有四套业务化运行的高分辨率模式，包括国家气象中心（中国气象局数值预报中心）研发的数值预报模式GRAPES和北京、上海、广东三个区域气象中心研发的高分辨率模式。

为加强防灾减灾体系建设、提高气象灾害防御能力，以及《中华人民共和国气象法》、《气象灾害防御条例》、《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》、《国务院关于加快气象事业发展的若干意见》、《全国气象发展“十三五”规划》、《国家气象灾害防御规划（2009-2020年）》、《全国人工影响天气发展规划（2014-2020年）》、《海洋气象发展规划（2016-2025年）》、《全国气象现代化发展纲要（2015-2030年）》均对气象雷达建设提出了更高的要求，中国气象局牵头编制了《气象雷达发展专项规划（2017-2020年）》（以下简称《规划》），《规划》将“建立和完善雷达数值预报应用系统”列入重点建设内容。“建立和完善雷达数值预报应用系统”的核心要求是实现全国组网雷达资料在我国国家级及区域级业务数值预报中实现有效应用，发挥雷达网建设效率，并为双偏振雷达资料的业务应用储备技术基础。

此外，在中国气象局发展规划中，也对高分辨率精细化数值预报系统建设和业务系统布局提出要求。《现代气象预报业务发展规划（2016—2020年）》提出“研发非常规资料同化及微物理过程等技术，建立1公里分辨率区域快速循环同化和模式系统”，“完善以GRAPES为主体的数值预报技术体系，构建全国3公里分辨率区域模式。发展高分辨数值预报模式，构建按区域布局的1公里分辨率、逐时快速更新同化的区域高分辨数值预报技术体系，实现全国布网的非常规资料同化业务应用。基于区域高分辨率数值预报模式，构建全国水平分辨率1公里，时间分辨率1小时的数值天气预报格点数据产品，0-12小时预报在产品生成10分钟内传输至区域内各省级预报员桌面，支持分析和短时临近预报预警业务。发展支撑分类灾害性天气精细化确定性预报和集合概率预报的模式产品”。中国气象局《GRAPES数值天气预报发展规划（2016-2020年）》提出“建成覆盖全国的3km分辨率GRAPES中尺度快速分析预报系统和区域中心的1km分辨率、直接同化雷达等资料的逐时循环同化预报系统，大雨（雪）以上0-12h和0-24h预报的TS评分比2015年提高15%，24h台风路径预报误差小于70km”，“到2020年，提供3km分辨率多种灾害天气精细化确定性和集合预报产品，台风和海洋预报产品，提供环境模式确定性和集合预报产品。提供智慧气象产品支撑工具”。中国气象局《全国气象现代化发展纲要（2015-2030年）》提出，“到2020年：区域数值天气预报模式水平分辨率达到1～3公里”。

因而，如何在全国及各区域级最大发挥天气雷达建设效益，实现雷达资料最有效的在数值预报中应用，有效提高高分辨率模式预报精度，满足精细化与智能化预报需求，提供可靠的重大政治、社会活动的气象保障，是国家级和区域级气象部门所面临的共同挑战和机遇。

为实现《规划》中既定目标，落实重点工程项目，优先考虑当前业务急需、建设难度相对较小、建设周期短、建设效益发挥快的任务，作为一期建设项目开展建设。针对目前天气雷达资料在业务数值预报中应用不佳的实际情况，优先提出了天气雷达组网资料面向数值预报的预处理及二级质控系统任务、雷达组网反射率与径向风同化等任务，全国高分辨率及京津冀大城市群、长三角及临近海域、粤港澳大湾区、长江中游城市群、新疆绿洲经济带、西北干旱半干旱区、东北平原、西南复杂地区等八个重点区域的以雷达资料为核心的多源资料同化预报子系统。此外，对基于雷达高分辨率精细化数值预报服务、雷达资料在数值预报中的应用效果定量评估也提出建设内容。

本项目建设依据：

  1. 《中华人民共和国气象法》
  2. 《国家综合防灾减灾规划（2016-2020年）》
  3. 《全国气象现代化发展纲要（2015-2030年）》
  4. 《全国气象发展“十三五”规划》
  5. 《气象雷达发展专项规划（2017-2020年）》
  6. 《气象灾害防御条例》
  7. 《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》
  8. 《国务院关于加快气象事业发展的若干意见》
  9. 《全国人工影响天气发展规划（2014-2020年）》
  10. 《海洋气象发展规划（2016-2025年）》
  11. 《风廓线雷达及应用业务发展规划》（2013-2020年）
  12. 《现代气象预报业务发展规划（2016—2020年）》
  13. 《GRAPES数值天气预报发展规划（2016-2020年）》

雷达资料在数值预报中应用，其对数值预报分析质量提高和预报效果改善，相对于其它观测资料定量化评估，是认识资料作用、展示资料作用的重要途径。由于雷达资料对数值预报的作用是完全依赖于具体模式的。不同模式采用的同化技术不同、模式不同，定量化效果也不一致。目前国家气象中心数值预报业务系统中针对雷达资料的观测系统试验（OSE），观测系统模拟试验（OSSE）逐渐系统开展，OSE和OSSE适合于对观测再数值预报中的作用，做事后的类似的个例研究；国家气象中心数值预报业务系统中，缺乏类似ECMWF，CMC， JMA， NRL的观测对预报的敏感性（FSO）系统，不能对雷达资料在数值预报中的作用进行**准实时**的定量评估，不能为进一步优化雷达资料在中尺度模式中的应用的改进提供指导。

WMO全球综合观测系统（WIGOS）要求，会员国应该积极进行或参与观测效果研究及相关科学评估，以解决观测网络设计方面的科学问题。WMO推荐运用观测系统试验（OSE）、观测系统模拟试验（OSSE）、预报对观测的敏感性（FSO）等工具对观测系统能力和效果进行评估分析。我国在国家天气站网的优化设计中也对以上方法进行了探索与实践，积累了一些方法，但是这些方法只对常规观测资料进行了实验，缺少针对雷达资料的观测资料模块。

在业务数值预报中，需要发展定量评估雷达资料在数值预报中改进作用的评估工具，一方面实现对雷达资料作用的定量评估功能，另一方面也能为进一步优化资料应用水平提供指导，也能为拟建设的新增雷达对数值预报的作用给出评估。定量评估雷达资料的功能是高分辨率业务数值预报系统的重要组成部分，需要发展相关技术与系统。