数值预报及其产品

数值预报及其产品应用技术制作人员：曹宁助手：曹刚Page2大气演变过程的复杂性大气并没有向我们展现出类似潮汐变化那种类型的周期性，因此我们无法采用像潮汐预报那样的方法来预报天气。我们没有发现大气在某一特定时刻的状态与另一时刻的状态之间存在一系列简单的因果关系。Charney,1951,运用数值方法的动力预报非线性多尺度多圈层相变（跃变）多种强迫和反馈动力、物理和化学综合Page3气象预报要解决的三方面问题当前的天气或气候信息天气或气候的演变规律从已知预报未来的手段Page4天气预报–数值预报之前建立在地面与少数高空观测基础上的主观技术极端天气事件的预报时效很少能超过12小时June15,1944Page5传统方法的局限天气学方法（19世纪中叶）统计学方法客观的需要：客观、定量、准确…….Page6解决气象问题比较可行的方法是：把大气的演变规律近似表示为一组数学方程式根据从有限观测中得到的当前大气的初始状态在已知或设定的强迫条件（包括边界条件）下，通过求解这一组方程的解，得到对未来的天气或气候状况的预报。由于方程组的复杂性，难以求出其解析解（精确解），只能借助于高性能计算机用数值方法近似求解数值预报Page7数值天气预报的概念1.数值天气预报数值天气预报numericalweatherprediction根据大气实际情况，在一定的初值和边值条件下，通过大型计算机作数值计算，求解描写天气演变过程的流体力学和热力学的方程组，预测未来一定时段的大气运动状态和天气现象的方法。数值天气预报与经典的以天气学方法作天气预报不同，它是一种定量的和客观的预报，正因为如此，数值天气预报首先要求建立一个较好的反映预报时段的（短期的、中期的）数值预报模式和误差较小、计算稳定并相对运算较快的计算方法。其次，由于数值天气预报要利用各种手段（常规的观测，雷达观测，船舶观测，卫星观测等）获取气象资料，因此，必须恰当地作气象资料的调整Page82.数值预报的发展历史1954开始数值预报理论的研究1955用图解法两层模式作出500hPa24小时预报1959用计算机制做亚欧和北半球范围的正压和斜压过滤模式预报1965发布北半球500hPa正压预报1973原始方程3层绝热模式业务试验1980A模式（欧亚范围3层半隐式原始方程绝热模式，48小时预报）1982B模式1（北半球5层显式原始方程非绝热模式，72小时预报）1982B模式2（亚洲范围5层显式原始方程非绝热模式，36小时预报）1990T42（北半球9层半隐式原始方程非绝热谱模式，五天预报）1990LAFS（亚洲范围15层显式原始方程非绝热模式，48小时预报）1993T63（全球16层半隐式原始方程非绝热谱模式，七天预报）1995HLAFS（亚洲范围15层显式原始方程非绝热模式，48小时预报）1995MTTP（西北太平洋／南海地区热带气旋路径预报模式，48小时预报）1997T106（全球19层半隐式原始方程非绝热谱模式，十天预报）1997核污染源扩散轨迹预报1997中尺度数值天气预报系统Page9分析研究大气运动规律方法1.理论分析法2.统计分析法3.实验分析法Page10理论分析法依据天气观测的事实，应用天气分析方法和热力学.流体力学的概念与原理，了解天气系统的分布和空间结构.演变过程及其与天气变化的关系，揭示大气热力.动力过程的基本规律，而且指出这些规律的实践意义，极为制作天气预报提供定性的依据，也可知道观测实验研究的开展。Page11统计分析法运用概率统计理论和回归分析.判别分析.聚类分析.时间序列分析.主分量分析.谱分析等方法，从大量的历史气象资料中寻找大气现象间的统计规律或相互关系，如平均的气候状况，前期的气象要素货物力量与未来天气的关系等。Page12实验分析法主要包裹实验室模拟和数值模拟。在实验室或在计算机上对模式进行时间积分来仿真地研究大气变化情况，这就是实验室物理模拟和计算机数值模拟。Page13天气预报就是应用大气变化的规律，根据当前及近期的天气形势，对未来一定时期内的天气状况进行预测。它是根据对卫星云图和天气图的分析，结合有关气象资料.地形和季节特点、群众经验等综合研究后作出的。Page14天气预报的三类基本模式1.根据天气学原理和经验建立的.以物理定性关系为主的天气学模式；2.由当前气象要素与未来天气之间的统计关系建立的统计学模式；3.利用当前气象要素的分布与未来天气之间的物理定量关系建立的动力学模式。相应的预报方法：天气图方法，统计预报方法，数值预报方法。Page15数值预报业务系统的主要流程观测资料的收集与处理客观分析+初始化+预报模式运行+预报产品的输出与分析预报发布Page16开展数值预报的必要条件1.有性能相宜的计算机2.有良好的通信条件，保证实时原始资料的供应Page17数值预报产品的应用改变了预报业务的传统工作程序和思路用传统天气预报：先从实况形势分析入手，采用运动学方法和物理分析等方法作出形势预报，而且通常先作高空形势预报再作地面形势预报，着重报出高空.地面影响系统的强度变化和移动情况，然后在形势预报的基础上再作具体的要素预报。有了数值预报产品：形势预报准确率已明显高于人工主观预报，预报员的重点是在数值预报的基础上，运用天气学.动力气象学等有关知识和天气实况.卫星云图等资料的演变情况，判断数值预报结果是否有明显的不合理现象。若无，使用数值预报结果：若有，才做出订正预报。Page18要素预报的途径要素预报定性判断以数值预报作出的形式预报为基础，运动天气学概念模式，做出可能出现的何种天气判断对数值预报能够预报的要素，以数值预报的结论为基础，在综合分析数值预报给出的形势.物理量等产品，看其分布与配置是否与所欲报的要素向矛盾定量计算MOS等数值预报产品的定量应用方法Page198.2数值预报产品的接收与预处理数值预报产品的发布有两种形式：1.以图形的格式2.以格点报文的格式Page20数值预报图的接收与预处理数值预报图的接受：一种是传真方式；另一种是文件方式。传真方式又分有线传真和无线传真。Page21数值预报图的预处理在每张预报图上一红五星或小红旗标出本站所在的位置，便于了解各天气系统、物理量分布与本站的相对位置和距离。对地面、高空的各主要高、低压系统中心及冷暖中心、物理量中心（正、负涡度中心；上升、下沉运动中心等），可根据过去、当时和预报的位置描出移动路径。各中心（包括热带气旋和台风）可用规定的颜色和符号标注出来。根据预报的矢量和等压下，结合历史和当时实际的锋面情况，参考850hPa温度场预报结果，用相应的彩色铅笔分析出预报的锋面位置。根据预报的等高线和风矢，用相应的彩色铅笔分析出预报的槽线、切变线位置。为区别对天气影响有明显数值界限的物理量分布情况，对正负涡度区和上升、下沉运动区可以分别用红、蓝颜色轻涂；对湿区（T-Td≤3cC）、水汽通量大值区（如≥60的区域）、降水区可轻涂绿色；对降水量≥50mm的区域可图浅红色。Page22数值预报产品格点资料的接收1）打印出相应的图形；2）定量的加工和计算。目前常用数值预报产品格点资料：1）欧洲中心数值预报产品；2）国家气象中心数值预报产品T213Page23数值预报产品格点资料的预处理格点预报处理的主要任务是对报文的翻译核对数据的定位，具体为：①判断该格点预报的预报内容、预报时效等；②对报文中数字进行按数位分割、放大或缩小还原、正负号判定；③错报判定及处理；④将数据在相应网格点上定位等；⑤按本单位使用需要，对经处理的数据以一定的格式重新存盘备用Page24