数值预报及其产品
天气原理第5章 -06-数值预报产品释用(ppt文档)
1. 数值预报产品的定性应用方法 2 数值预报产品的定量应用方法
1 数值预报产品的定性应用方法
定性应用数值预报产品制作天气预报，实际上就是把天 气学理论和天气图预报方法进行移植和扩展。不同于传统天气 预报方法的是，将对前期和现时实况天气图的时间、空间分析 延伸到了未来(利用了数值预报结果)，并把传统天气图方法中 对气压场、高度场(风场)及温度场、湿度场的分析和预报扩展 到对物理量场的分析和预报，我们把这种分析预报过程称之为 “纵横分析”。在形势分析、预报的基础上，与天气学方法相 应的一些具体预报方法也可用于数值预报产品的应用。
PP法由于应用了数值预报结果，其预报精度一般可高于由前 期因子报后期状态的经典统计预报法(Classic Statistics，简 称CS)。又因它可利用大量的历史资料进行统计，因此得出的 统计规律一般比较稳定可靠。它可以利用不同的数值模式的 输出产品进行预报，且随着数值模式的改进，PP法会自动地 随之提高预报准确率。且由于数值模式改动时，事先建立的 统计关系不会受到影响，因而不会影响业务工作的连续进行。
目前用得最多、效果较好的统计动力预报法主要以完全预报 (Perfect Prediction，简称PP)法和模式输出统计(Model Output Statistics，简称MOS)预报法为代表。后来，人们在实践中发现， 把预报员的经验、诊断量与模式输出产品相结合(称为MED方 法)，预报的效果可更好，从而以此为思路产生了相应的一些综 合预报方法。
用传统的相似形势法作气象要素预报，要在事先用历史资 料把各种天气出现时的地面或空中形势归纳成若干型天气－气 候模型，并统计各型的相似天气过程与预报区天气的关系。作 预报时；只要根据当时的天气形势及其演变特点，找到历史相 似天气型，即可作出相应的天气预报。
格点气象数值预报在电网防灾减灾中的应用
格点气象数值预报在电网防灾减灾中的应用周海松;陈佩琳;张建伟【摘要】This article points out the increasingly significant impact of meteorological disasters on the safe production and stable operation of the electric power grid. Many of the electric power grid enterprises are deepening the application of meteorological information to reduce the losses resulted from meteorological disasters. The grid-based numerical weather prediction is a field forecast which is continuous in time,dense in record and easy to realize. Starting from the realistic needs of the electric power grid production and operation,this article proposes a method to predict the ampacity of transmission lines based on the primary application of the grid-based numerical weather prediction information collected from the meteorological information system of Shanxi electric power grid.% 气象灾害对电网安全生产和稳定运行的影响越来越大，电网企业正在深化应用气象信息，减少气象灾害带来的损失。
不同数值预报产品对比分析及其效果检验
2021.08科学技术创新随着数值与预报产品的快速发展,数值预报产品不断完善,预报精度也越来越高,但各种数值预报产品都有各自的优缺点,并且在预报时还要考虑地形、边界条件、初始场、物理过程及模式自身的影响,尤其是对定量降水预报无论是从量级大小,还是从空间分布来看都不可避免的会存在一些误差[1]。
因此,对数值预报产品的对比检验和分析,需要选择更好的数值预报产品来提高预报的准确率。
预报员应用数值预报产品时,对数值模式预报的形势场、要素场在时效、移动、强弱等方面,时常感到有定性的预报偏差,这给天气预报带来了一定的困难,并且随着预报时间的增加,预报误差也逐渐增大,准确率随之减弱[2-4]。
除此之外,预报员应该在预报的过程中要对预报误差检验并且分析,了解预报产品性能,从而得出结论,提高对数值预报产品的利用率[5]。
1资料与研究方法本文采取四川省2015年8月1日-30日20时的24h 累计降水量资料、ECM W F 、T639模式20时24h 和48h 的网格点降水资料,把当天20时ECM W F 和T63924h 、48h 传真降水预报资料分别插值到四个(温江站,西昌站,甘孜站,红原站)站点上,获得两种预报产品,其中西昌站实况降水观测资料中8月2日和7日缺测,在统计过程中降水以0.0m m 处理。
本文对四川盆地的降水量级进行检验,从而了解降水模式的预报性能。
2模式预报对降水量的检验降水过程是由各种天气尺度系统相互作用产生的,而这种相互作用是复杂多变的,因此,主观分析无法对各种降水预报时效的预报效果作长时间的尺度分析,本节资料选择8月的降水预报24h 、48h 预报时效的24h 预报值与其对应时间段的24h 实况值进行检验分析,检验的客观方法选择TS 评分检验和预报偏差B 值检验,另有空报率和漏报率辅助检验。
降水检验时,定义24小时降水量为8月每日20时到次日20时的累计降水量,相对应模式预报为24h 降水量。
成都市一次大暴雨天气过程分析与降水数值预报产品的MODE评估
成都市一次大暴雨天气过程分析与降水数值预报产品的MODE评估发布时间：2021-09-07T10:07:43.203Z 来源：《探索科学》2021年7月下14期作者：何莎1 房玉洁1 陈思济1吉璐莹2.3[导读] 利用四川省成都市郫都区国家站和区域站实况降雨量资料、探空资料、数值预报产品、多普勒天气雷达资料对2020年8月10日20时-12日20时发生在成都市郫都区的一次大暴雨天气过程进行分析。
1.成都市郫都区气象局，何莎1 ，房玉洁1 ，陈思济1 成都 610000；2.南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心吉璐莹2，南京 210044；3.天气在线气象应用研究所，吉璐莹3 无锡 214000摘要：利用四川省成都市郫都区国家站和区域站实况降雨量资料、探空资料、数值预报产品、多普勒天气雷达资料对2020年8月10日20时-12日20时发生在成都市郫都区的一次大暴雨天气过程进行分析。
结果表明：（1）此次大暴雨天气过程高层主要受高原低值系统影响，同时副热带高压西进，中低层不断有偏南暖湿气流向盆地内输送水汽。
与此同时，在降雨过程发生前连续2天出现高温天气，郫都区最高气温超过35℃，大气层结处于不稳定状态，有利于强对流天气发生。
降雨过程中郫都区具有明显的强上升运动。
（2）多普勒雷达资料显示此次降水过程主要分为两个时段：11日06时-16时、12日02时-14时，对流云团均自西向东移动发展。
（3）利用基于对象的空间检验方法MODE对SWC数值预报进行评估，表明SWC数值预报对此次过程的降水量级和落区预报相对比较准确，ECMWF和GRAPES数值预报降水预报与郫都区实况存在较大差异。
关键词：大暴雨; 多普勒雷达; 降水检验; 基于对象的检验评估方法MODE引言暴雨洪涝是四川发生频率最高、危害最重的气象灾害之一。
随着社会经济不断发展，暴雨引发的洪涝灾害不仅对农业、工业、交通运输等行业有严重的影响，容易造成极大的经济损失，还会严重危害人民的生命财产。
数值预报方法
v v v v 1 P u v w fu Fry t x y z y
w w w w 1 P u v w g Frz t x y z z
u v w V t x y z
t
为局地变化项
w z
u v , x y
分别为水平输送项（平流项）和 垂直输送项。
直到目前为止，这套大气动力方程组 还没有解析解，只能求它的数值解。 于是发展了数值天气预报方法。
把大气动力方程组写成如下形式：
u u u u 1 P u v w fv Frx t x y z x
§5. 卫星、雷达探测资料的应用
一．气象卫星探测资料的应用 卫星自上而下观测地球大气，所拍 摄的云图直观、形象，加深了预报人员 对天气系统的理解，特别是在资料稀少 的高原、沙漠、海洋上，卫星资料起着 更为重要的作用。
卫星图像提供了在空间上连续的 资料， 从而提高了预报员解释常规观测 报告的能力。 因而卫星资料的应用促进 了天气预报准确率的提高。 在实际工作 中，可以应用卫星探测资料估计降水， 分析和预报热带气旋、 对流尺度天气和 天气尺度系统。
1959 年 Klein 等人首先提出了应用数 值预报产品制作局地天气预报的方法， 从而开创了把客观预报的两大分支— —数值预报和统计预报结合起来的动 力一统计预报方法。 目前在数值预报产 品释用中， 最常用的方法有完全预报方 法和模式输出统计方法。
1．完全预报方法 (1) 利用历史观测资料和统计方法来确 定局地气象要素的预报方程， (2) 把数值预报模式的输出结果代入统 计预报方程中制作预报。 这个方法是假定模式输出值与实测值 完全一致的， 即它认为数值预报是完全对 的，所以称为完全预报方法。
简答题总结
简答题总结第一章1、试分析比较梯度风和地转风的特点。
答案：1）梯度风平衡是水平气压梯度力、地转偏向力和惯性离心力平衡的运动。
2）地转风平衡是水平气压梯度力和地转偏向力平衡的运动。
3）地转风为直线运动，梯度风为曲线运动。
4）地转风风速与水平气压梯度成正比，与纬度成反比。
梯度风有惯性离心力的参与，风速大小比较复杂，有气旋和反气旋运动。
5）气旋式运动中梯度风比地转风小，在反气旋式运动中梯度风比地转风大。
2、热成风的概念。
答案：热成风与两层等压面之间的平均温度（厚度）线平行，热成风与平均温度梯度或厚度梯度成正比，与纬度成反比。
3、涡度、水汽通量、水汽通量散度的定义及它们的单位。
答案：涡度是衡量空气质块旋转运动强度的物理量，单位为1/秒，逆时针旋转时为正，顺时针旋转时为负。
水汽通量表示水汽输送强度的物理量。
是指在单位时间内流经某一单位面积的水汽质量，以克/秒为单位。
水汽通量散度表示输送来的水汽集中程度的物理量。
是指在单位时间，单位体积（底面积1厘米2，高1百帕）内汇合进来或辐散出去的水汽质量。
单位为克/（秒·厘米2·百帕）。
第二章2、请描述我国境内的气团活动及气团的天气。
答案：我国境内的气团多为变性气团；冬半年，极地大陆性气团影响――西伯利亚气团，冷性反气旋，伴随有干冷天气，与热带暖气团相遇时交界处多雨；热带海洋气团可影响华南、华东和云南；北极气团也可南下影响我国，造成寒潮天气；夏半年，西伯利亚气团影响长城以北地区，它与热带海洋气团交汇，是构成盛夏南北区域性降水的主要原因。
热带大陆性气团影响西部时被它持久控制的地区，就会造成严重干旱和酷暑；来自印度洋的赤道气团（季风气团），可造成长江流域以南地区的大量降水。
春季，西伯利亚气团和热带海洋气团二者势力相当，互有进退，是锋面和气旋活动最盛的时期；秋季，变性西伯利亚气团占主要地位，热带海洋气团在东南海上，我国大部地区在单一的气团控制下，出现去年最宜人的秋高气爽天气。
数值天气预报应用问题
数值天气预报——天气预报水平持续提高的最根本的科学途径李泽椿陈德辉王建捷1引言数值预报以其能够反映大气物理规律的优势，已成为当今气象工作者进行天气分析和预报的基础。
尤其是最近10多年来，气象科学以及地球科学的研究进展，高速度、高容量的巨型计算机及其网络系统的快速发展，有效地推动了数值预报的发展。
在这一发展过程中，一方面，数值预报水平和可用性在大大提高，有参考意义的天气形势预报目前达到5—7.5天，我国全球预报模式的可用天数大约是6天，24—48小时预报的相关系数可达90％以上；另一方面，也使制作有意义的时间、空间上更精细的数值预报成为可能。
然而，我们仍然要看到，观测误差、模式误差和大气系统的非线性特性，使得数值预报结果的不确定性和预报误差的存在是不可避免的。
因此，如何应用数值预报产品，即能否科学、合理地从大量的数值预报结果中提取出有价值的信息，是在天气预报中能否真正以数值预报为基础和有效发挥预报员作用的关键问题，直接影响预报效果和精度。
在回顾我国数值天气预报发展历程和展望未来的时候，我们更在思考数值预报应用问题，期望通过探讨适合我国预报业务特点和适应不断拓展的预报服务需求的科学预报途径，为我国数值预报的开发与业务应用向健康、协调方向发展和推进提供一些有益的思路。
5对我国数值预报开发与应用问题的若干看法5.1数值预报应用中存在的问题从80年代初期接收ECMWF数值形势预报产品开始、到90年代以后有了产品较为丰富的我国自己的全球和区域数值预报，数值预报产品的应用问题始终挑战着广大气象工作者、特别是在预报服务第一线的预报人员。
我们可喜地看到，经过多年的不懈努力和实践，伴随着数值预报水平的提高，数值预报产品的应用也积累了不少经验并在各级台站的实际预报中取得了一定成效。
但是也需认识到，当数值预报技术和业务深入发展的今天，面对新的和日益丰富的数值预报产品，数值预报的应用现状并不理想，存在的问题日见明显；在预报业务中，数值预报应用工作的进展缓慢和难以深入。
气象数据的大数据应用浅析
气象数据的“大数据应用”浅析2014-03-24 17:03:19 作者：国家气象总局沈文海来源：CIO时代网摘要：气象数据在“大数据应用”浪潮中亟待解决的信息技术问题，是海量气象结构化数据的高效应用。
这是气象数据能否参与“大数据应用”的技术基础和前提。
关键词：气象数据大数据1、引言据统计，2011年全球的数据规模为1.8ZB,这些信息将填满575亿个32GB的ipad,以这些ipad做砖石，足可以垒建起两座中国的万里长城。
而到2013 年，仅中国当年产生的数据总量就已超过0.8ZB,2倍于2012年，相当于2009年全球的数据总量。
预计到2020年，中国产生的数据总量将是2013年的10倍，超过8.5ZB.【1】而届时全球的数据总量预计将达到40ZB,如果将这些数据全部刻录成蓝光光盘，则这些光盘的总重量相当于424艘满载荷的尼米兹航空母舰。
数据量暴增的速度令人瞠目结舌，我们的确已进入“大数据时代”.很快地，“地理大数据”、“水利大数据”、“环境大数据”、“金融大数据”、“互联网大数据”乃至“气象大数据”等名词陆续出现在有关媒体上。
“大数据”逐渐成为近来人们谈论最多、思考最多的技术话题之一。
一些人憧憬于“大数据”可能带来的十分珍稀的高价值信息和珍贵商机，也有许多人困惑于目前所知“大数据”的应用范式，以此研判着可能给本行业带来的变化和新的业务契机--气象部门也是如此。
做为抛砖引玉，笔者拟就如下问题提出自己的看法：（1）气象数据是否具备“大数据”的核心特征？（2）业界公认的“大数据应用”的主要形态是什么？（3）“大数据时代”背景下气象数据应用中新的价值领域在何处？需要首先具备哪些必要条件？（4）气象信息技术领域当务之急需要解决的关键技术问题。
2、大数据的现实以及气象数据的体量构成2.1 大数据的行业分布就数据量而言，中国的大数据近期具有如下行业分布特征：（1）互联网公司目前国内的互联网公司，拥有总计约2EB的数据，而其中的互联网三巨头BAT（百度、阿里巴巴、腾讯）占有了其中的3/4（约1.5EB）。
《数值天气预报》全册完整教学课件
大气科学的精髓是：
要掌握在地球系统多圈层相互作用影响 下大气的动力、物理和化学的演变规律，依 据已知的信息，预知大气未来的演变过程和 状态。
地球系统圈层结构
气象工作者的主要使命是：
希望能准确告诉人们未来的大气状态。 但气象问题的复杂性使得人们无法通过自身 大脑的直接思维去准确掌握大气的演变趋势， 也没有一个科学家能以理论方式直接求解数 学物理方程得到大气未来的状态，也难于直 接通过物理实验来客观地认识大气的演变规 律。
二战以后，随着高空探测的增多和世界高空探测站的逐 渐加密，天气分析从二维扩展为三维。
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天气预报的演进
地面观测初始时期 极锋学说应用时期 探空发展时期 斜压理论发展时期 卫星观测初始时期 气象雷达推广应用时期 动力数值天气预报应用时期
动力统计预报应用时期 人工智能系统应用时期
二 什么是数值天气预何级数式地增长,对 计算机资源的需求也随之急速增加。大规模并行计算机是能 满足这一需求。气象数值预报模式运行要达到最高的计算效 率,模式程序的并行化是不可避免的。
另一方面,数值预报模式性能的完善化,使得模式程序规 模进一步扩大,加之全球/ 有限区、天气气候一体化模式的 提出,模式程序更进一步复杂化,使得模式程序的研制、运行、 维护、发展变得更加困难。
天气预报系统及其预报基本原理
天气预报系统及其预报基本原理1.观测数据收集和预处理：天气预报系统首先收集和获取大量的气象观测数据，包括气象卫星、雷达、风洞观测、气象探空、气象站点等多种方式。
这些数据被传输到观测数据中心进行质量控制和预处理，包括数据校正、统一格式转换、缺失值填补等。
2.气象要素分析：通过分析观测数据，系统可以得到各种气象要素的实况情况，比如温度、湿度、风向、风速、气压等。
这些要素对于天气的变化和发展具有重要意义，为后续预报提供基础。
3.数值天气预报模型：天气预报系统利用数值天气预报模型来模拟和预测大气的物理过程，包括能量传递、辐射传输、湍流混合等。
这些模型是由多个方程和参数组成的复杂数学模型，通过计算机进行数值求解。
4.初始场生成和更新：数值天气预报模型的运行需要一个初始场，通常通过观测数据进行生成，并利用预处理算法对其进行插值和填补。
初始场生成后，根据预报需要，系统还会进行实时更新，将最新的观测数据融合到初始场中。
5.数值预报模型的运行和输出：数值天气预报模型根据初始场和模型参数进行运行，通过迭代计算，模拟大气的演变过程。
模型的运行结果会输出为数值预报产品，包括各种气象要素的时空分布图、变化趋势图等。
6.天气预报解译和显示：将数值预报产品进行解译和显示，以供气象预报员和公众使用。
通过对预报产品的解读，可以提供天气趋势、天气现象、强度等信息，帮助人们做出相应的应对措施。
天气预报系统的预报准确性和时效性取决于多个因素，包括观测数据的质量、数值模型的准确性、初始场的更新频率以及预报员的经验等。
近年来，随着气象卫星、雷达等观测技术的发展，气象数据的获取和更新能力得到了大幅提升，同时数值模型和算法的改进也使得预报精度有所提高。
总的来说，天气预报系统是基于气象学原理和大量观测数据，通过数值预报模型对大气物理过程进行模拟和预测，从而提供准确和及时的天气预报。
随着科学技术的不断进步，天气预报系统的预报能力将会进一步提高，为人们的生活和工作提供更加可靠的天气信息。
数值预报产品对寒潮天气过程的预报能力检验_张秉祥
第28卷 第1期2010年3月干 旱 气 象ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｒｉｄＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙＶｏｌ.28 Ｎｏ.1Ｍａｒｃｈ,2010文章编号:1006-7639(2010)-01-0096-06数值预报产品对寒潮天气过程的预报能力检验张秉祥,王立荣,杨荣珍,阎瑞淑,苏运涛(河北省石家庄市气象局,河北 石家庄 050081)摘 要:2008年冬季,河北省连续3次出现了大范围的寒潮天气过程,为近10ａ来之最。
特别是2008年12月3～5日为历史同期最严重的一次寒潮天气过程。
从3次过程的大气环流特征、冷空气强度及影响路径、要素特征等方面分析比较Ｔ213和欧洲数值预报产品(ＥＣ)与实况的异同,检验不同数值预报产品对寒潮天气过程的预报能力,为以后更准确地预报寒潮天气提供一定的参考依据。
分析结果表明:Ｔ213和ＥＣ数值预报产品都能预报出寒潮爆发的典型特征,而Ｔ213具有更高的时空密度,对提高寒潮天气的精细化预报水平有更大帮助。
关键词:数值预报产品;寒潮预报;能力检验中图分类号:Ｐ458.1+22 文献标识码:Ａ 收稿日期:2009-08-10;改回日期:2010-01-11 作者简介:张秉祥(1958-),男,河北沧州人,工程师.从事多普勒雷达资料分析与应用工作.Ｅ-ｍａｉｌ:ｗｌｒ ｗｚｙ@163.ｃｏｍ引 言寒潮天气过程是北方大范围强冷空气迅速向南推进的灾害性天气,它最突出的表现是剧烈降温并伴有偏北大风和气压猛升,有时伴有雨、雪、雨凇或霜冻。
这种天气过程会给人们的日常生活带来较大影响,准确预报寒潮出现时间及其降温影响程度等对指导公众更好地避免寒潮造成的灾害有非常重要的意义。
许多专家从影响系统、冷空气堆积和爆发等方面对寒潮天气过程进行了比较全面的分析[1-7]。
钱维宏[8]及王遵娅[9]等研究了我国寒潮的年代际和空间变化特征。
2008年冬季冷空气活动频繁,河北省分别于2008年12月3～5日(简称:“081203”)、12月20～22日(简称:“081220”)以及2009年1月22～23日(简称:“090122”)连续3次出现了明显的强寒潮天气过程。
天气诊断分析答疑库(含答案)
答疑库1. 何为地图投影？从数学上讲地图投影的本质是什么？所谓地图投影就是用投影的方法，把地球表面投影到预先规定的投影面上，然后把投影面沿某一指定的方向切开展成平面。
从数学上讲地图投影的本质就是将球面集合映射到平面集合上。
2. 什么叫正形投影? 正形投影有哪些基本关系?两条交线间角度保持不变（或沿各方向放大倍数相等）的投影叫正形投影。
正形投影的基本关系有：θϕϕππsin cos cos 22a kla kl a kl L L m s ====(1) 000s i n c o s θϕkak a l ==(2) kktg tg k atg tg l l ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=)2()2(sin )2()2(0000θθθθθ (4) λ=k λs (5) 3. 写出极射赤平、兰勃脱、麦开脱三种投影的放大系数表达式。
极射赤平投影 ϕsin 11232=+∙+m 兰勃脱投影 ktg tg m ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=)2()2(sin sin 00θθθθ 麦开脱投影 ϕϕθθcos cos sin sin 00==m 4. 为什么要进行气象资料处理?气象测站分布不规则，但是数值预报中的网格点是规则的，因而资料无法直接使用。
同时，从观测、编码、发报，到传递、转换、接收等环节上，气象资料都存在着出错的可能性。
因此，要正确使用这些气象资料，必须经过必要的处理。
5. 如何进行错误记录的简单判断?①利用要素值的上限值和下限值进行判断；②利用要素值的空间连续性进行判断（与周围记录比）； ③利用要素值的时间连续性进行判断（与前后记录比）。
6. 什么是客观分析? 客观分析的方法有哪些?为了得到网格上的资料，可根据直接联系格点值与台站值的方程，从数值上进行内插。
这种方法叫客观分析。
常用的客观分析的方法有：有限元、多项式、样条等，数值天气预报中还常使用逐步订正法、最优插值法、谱方法、变分法等。
7. 写出实测风分解及风场订证公式实测风分解公式u v -=-⎧⎨⎪⎩⎪i n (/)o s (/)παππαπ180180风场订证公式 ⎩⎨⎧-=+=ααααs i n c o s 's i n c o s 'u v v v u u8. 写出三点、五点、九点平滑算子。
数值预报产品在航空气象预报中的应用
数值预报产品在航空气象预报中的应用摘要：近年来，随着中华人民共和国的经济和文化的飞速发展，民用飞机的数量和种类都在迅速增加，而且随着技术的改善和安全的提升，越来越多的飞机可以安全地飞行。
为了实现这些目标，构建民用飞机强大的中华人民共和国，提升民用飞机的品质和服务。
因此，我们必须充分发挥提高经济效益的优势，采取最新的科学技术，大幅提高飞机的安全性、可靠性、可操作性，从而满足近年来民众对气象预测的日益增长的期望，包括更高的准确性、更快的响应速度、更高的及早性。
关键词:数值预报产品;航空气象预报;应用引言通过利用先进的技术，如高精度的模拟技术、高精度的图像处理技术、高精度的地形图分析技术等，可以根据当前的空间环境，利用先进的模拟技术，对未来的空间环境进行准确的模拟，从而有效地预测未来的空间环境，包括大气的运行状态。
当今，超过三十个国家和地区都将数字化天气预测技术用于提供实时的、准确的、可靠的、及时的天气信息。
1数值预报格点资料类别近几十年来，航空天气预报的发展取得了长足的进步，其重点已经从以往仅仅依靠天气图和气象中心传真的方式转变为以飞机飞行特点为基础，包括飞机颠簸、积冰、风切变、云高、雷暴、能见度等多种因素，以更加准确、及时的方式提供给用户。
随着现代通信技术的不断进步，气象预报人员可以利用计算机技术获取更多的数据，从而更准确地预测天气状况的发生时间、物理量和地点的变化，而不再仅仅依赖于传统的推测方法。
在WAFS中，数值预报格点资料涵盖了6h至36h的时间段，其中包括亚洲各地的风场、温度、对流层顶、风速最大层高度、垂直速度和相对湿度以及高度场等，每个时段的格点数据都是独一无二的。
2气象预报当前存在的问题分析2.1气象复杂多变气象条件对民航飞机的安全有着重要的影响，如果精细化气象预报结果显示未来天气恶劣，不利于飞行，那么就必须立即取消该次航班，并且等待天气转好后再制定飞行计划。
然而，由于气象的复杂多变性，要想获得较为准确的预测结果，就必须综合考虑多种因素，以便更好地把握未来的发展趋势，并且，这种预测结果也不能完全准确，必须建立在客观规律的基础上，以便更好地把握未来某一区域内的气象变化。
国家气象中心数值模式及其产品
计算机 CRAY-C92 CRAY-C92 DEC-ALPHA
SP-2 神威-1
CRAY-C92 IBM-SP 神威-1 神威-1
DEC-ALPHA IBM-SP IBM-SP IBM-1S0P
集合数值天气预报系统
• 建立了多套集合数值天气预报系统：
业务模式系统 区域台风路径预报系统（MTTP）
核污染扩散传输模式系统 核污染扩散传输模式系统(HYSPLIT4)
北京地区中尺度模式系统 华北地区中尺度模式系统（HB-MM5）
NMC中尺度模式系统 森林火险气象条件预报(模型)
森林火险气象等级预报系统 中期集合预报系统 T106L19/32成员 城市空气质量预报系统(47个城市)
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国内80-90年代的数值模式发展
中期数值预报模式（李泽椿、 纪立人等）
2层全球格点模式（曾庆存、梁信忠等） 4层海洋环流模式（张学洪等） HLAFS 模式（张玉玲、郭肖容等） p-混合坐标模式（钱永甫等） YH模式（颜宏等） TL系列模式（薛纪善等） REM -坐标（宇如聪、曾庆存等） 海气耦合模式（曾庆存、张学洪等）
短期气候预测动力模式系统（BCC，IAP等）
不完全！ 耦合气候系统模式（IAP等）
2020/8/16 ••••••
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中国数值预报业务的进步
2000以后
90年代 (全球、区域)
1991 1992 1995 1996 1997 1998
80年代(A\B模式)
T42L9 LAFS T63L1 HLA T106 HLA 6 FS L19 FS05
时间
1980
1982
数值预报产品效果检验及应用
数值预报产品效果检验及应用
陈臻皓;颜新春;陈少明;郑长发;徐才华
【期刊名称】《农业与技术》
【年(卷),期】2015(000)004
【摘要】通过在目前天气预报业务中使用的中央台、天气在线和日本数值3种数值预报产品，对德化县降水预报效果的检验、对比和分析，发现：数值预报产品在一般降水预报中有一定指导作用，对低压、高空槽型的降水预报准确率较高，对副高型较低；暴雨预报效果都较差；当3种产品均预报有降水时，其出现的准确率为93.1%。
【总页数】2页(P182-182,188)
【作者】陈臻皓;颜新春;陈少明;郑长发;徐才华
【作者单位】福建省德化县气象局，德化 362500;福建省德化县气象局，德化362500;福建省德化县气象局，德化 362500;福建省德化县气象局，德化 362500;福建省德化县气象局，德化 362500
【正文语种】中文
【中图分类】P457.3
【相关文献】
1.德国天气在线数值预报产品在中期天气预报中的效果检验分析
2.T639数值预报产品对黄渤海沿海大风预报效果检验
3.数值预报产品效果检验及在降水预报中的
应用4.日本数值预报产品降水预报效果检验5.不同数值预报产品对比分析及其效果检验
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数值预报在航空气象中的应用
1996年此系统安装调试，1997年在北京民航气象中心开 始业务运行。
SADIS和ISCS的所有数据已入民航气象数据库。
美国WAFC模式的简介
The NWS Global Aviation Model
目的：为航空气象用户提供图象和数字格式 的气象预报产品。
世界区域预报中心--WAFC
WAFS有两个中心，即伦敦世界区域预 报中心（英国国家气象局）和华盛顿 世界预报中心（国家环境预报中心 NCEP）。
负责模式的运行与航空气象预报产品 的制作
WAFS卫星广播系统组成
WAFS的产品通过三个卫星组成的卫星广播系统向外广播
气象数据库 中定时提取 GRIB资料
系统流程图
根据不同天 气类型图形 分类打包
数据插值计算
输出显示
数据分类、统一计 算处理成为二进制 、无格式数据
业务运 行资料
降水资料
常用 资料
大风资料
GRADS 基 ห้องสมุดไป่ตู้ 图形制作
最大风速资料
对流层顶资料
图形产品 二次处理
积冰指数 对流指数
美国数值预报产品
▪ 地面气压、总降水资料、对流降水资料。 ▪ 最大风速层所在高度、风向、风速。 ▪ 对流层顶所在气压、温度。 ▪ 2米高度上的温度和湿度。 ▪ 10米高度上的风向和风速。 ▪ 标准气压层：1000hPa～70hPa九个层次的风向、风速、位势
Insert figures
hi_res_model_fig1.ps hi_res_model_fig3.ps
WAFS产品种类
T4传真图 BUFR(Binary Universal Form for the
数值预报释用
4、数值产品诊断预报方法 区域性强降水的Q矢量诊断预报方法 螺旋度与暴雨落区
• 区域性强降水的Q矢量诊断预报方法
1、根据Q矢量（有准地转、半地转等）计算 公式计算Q矢量、 Q矢量散度和锋生函数。
2、结合个例得到Q矢量散度和锋生函数和强 降水落区的关系，建立概念模型，制作强 降水落区预报。
• 双判据、双重MOS预报方程设计
对已求出的MOS预报方程, 根据拟合结果, 找 出两个临界值作为判据，（当拟合值大于 上限临界值，预报对象常常出现，当拟合 值小于下限临界值，预报对象常常不出现， 而当拟合值介于二临界值之间时，预报对 象有时出现，有时不出现）, 再对拟合预报 值在两个临界值之间的样本另建方程，并 找出其临界值。
• 应用数值产品的几点经验： 1、可预报时效与天气系统尺度密切相关。 2、不同预报时效的要素预报应注重分析不同的天气
系统。
3、利用最近的观测实况资料来提高预报水平的作用 与预报时效有关。
4、在高原和山区预报较差。 5、低纬度地区比中高纬度地区预报差。 6、预报形势场比预报天气要素场好。
• 数值预报产品的应用方法： 1、卡尔曼滤波方法 2、数值产品的统计释用方法 3、数值产品动力释用预报方法 4、数值产品诊断预报方法 5、神经网络方法 6、支持向量机（svm)
3、递推滤波的时间间隔一般为短时或短期预 报
4、预报滞后现象
5、预报精度
2、数值产品的统计释用方法 暴雨的动力过程相似预报方法 暴雨预报的动力相似过滤方法 模式大降水概率预报 双判据、双重MOS预报方程设计
• 暴雨的动力过程相似预报方法
1、将历史个例分为有暴雨和无暴雨两类，对 这两类个例分别求取38个场之各自平均场， 得到暴雨和无暴雨的动力过程模型。
T639降水预报产品的应用和检验
２ ・ ４
若从起报时刻算起 ， 前后 ３ 个时次 （ 小 时 ） ９ 内预报威海市有过程降水并且实况出现 了降水 ，
认 为趋 势 预 报 准 确 ，否 则 认 为 是 空报 或 漏 报 。
２１ 空 漏报 率 统 计 ．
预报较好 ， 预报降水开始的时间和实况降水开始 时间都在 １： － １： ， ２０ ０ ５０ 预报 降水量集 中时次和 ０
部 分 时段 预 报值 大 于 实况值 ； ２小 时预报 中， 时段 预 报 准确 率 均在 ３ ％左右 。 １ 各 ０ 关键词：Ｔ ３ ； 降水 ；预 报 产 品 ；检验 ６９
中图分 类号 ：Ｐ ２ ． ４ ６６ 文献 标识码 ：Ｂ 文章编 号 ：１０ ～ ５ ２ （ ０ １ ｌ０ ２ ～ ４ ０ ５ ０ ８ ２ １ ）ｏ ～ ０ ４ ０
下 有 ｌ 层 ，对边 界 层过 程 有更 加 细 致 的描 述 ， ２ 更 适 合 于支 撑 短 时Ｉ 临近预 报 。 ６ ９模 式在 动 力 框 Ｔ３
架方面进行了改进 ，包括使用线性高斯格点 、稳
定 外 插 的两 个 时 间层 的 半 拉 格 朗 日时 间 积 分 方
（ ） 中 Ｙ为某个测站预报值 ， ， ２ ３ １式 １ ， ，
ｌ 次 ，漏报有 ５ ，趋势预报准确率为 ６ ． ９ 次 ８ ％， ９ 空报多于漏报 ，趋势预报准确率较 高。
２２ 时 间趋 势预 报 检验 ．
实况等值线分析可 以看出 ， 山东半岛北部海区 在 至大连 中间可 能存在一个强 降水 中心 （ １ 。 图 ）
通过实况与 Ｔ ３ ６ ９的预 报 对 比可 以看 出 ，对 于这
２ ０１ 第 １ ０ １ 年３月 １年 期 ２１
山 东 乞 雾
数值
●数值预报：以计算机为工具，通过解流体力学，热力学，动力气象学组成的预报方程，来制作天气预报。
●数值模拟：将数值天气预报的方法应用于动力气象学的各分支，利用计算机模拟各种气象现象和大气运动。
●数值试验：变换数值天气预报模式的各种参数值，探讨各种不同的物理过程对大气运动的影响和作用机制、机理。
●模式大气：在不失去大气主要特征的情况下，把非常复杂的实际大气理想化、简单化的大气。
1.等温大气 2.多元大气 3.均质大气。
●大气模式：为了预报某种天气（如短期或中期预报），在一定的客观条件下，设计出的合适的描述模式大气的动力学和热力学方程组。
●●●预报方法集成就是将多种解释方法得到的结论集中在一起，采用一定的集成技术，得出综合结论。
●预报模式集成也叫异模式综合集成，就是把不同的数值预报模式所作出的产品，用同一种方法得出解释结论，然后采用一定的集成技术，得出综合结论。
它对不同的数值预报模式的性能起到取长补短的作用，因而其预报能力一般强于单独的一种模式预报。
●预报时效集成就是将这些不同时间用不同初值制作的关于某一时间的预报信息集中起来，采用一定的集成技术，得出综合解释结论。
一般来说，数值预报的预报时效越长准确性越差，因此，预报时效集成时通常给予近期的预报较大的权重。
●集合预报的集成解释就是将这些由不同初值得到的相似或相近的预报形势场，通过某种集成方法给出其综合解释结论。
●综合预报集成是指对多种数值预报产品(包括不同数值模式的产品和不同预报时效的产品)和多种解释应用方法的综合集成，也可视为是上述预报方法集成、预报模式集成、预报时效集成、集合预报集成结果的综合集成，是更广泛意义上的综合集成。
●线性回归集成法:应用一般多元线性回归方法的原理，取n种预报方法对某独立样本得出的预报结论{Yi}(i=1，…，n)作为预报因子，用最小二乘法建立多元线性回归方程。
●加权平均集成法:对用n种解释预报方法的预报结论{Yi}(i=1，…，n)，每种预报方法的权重为ωi≥0，经加权平均法后，集成预报的结论。
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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T213
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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：
用传统天气预报：先从实况形势分析入手，采用运劢学方 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 的强度变化和移劢情况，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. 劢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丌合理现象。若 无，使用数值预报结果：若有，才做出订正预报。
Pageቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ7
2.数值预报的发展历叱
1954 开始数值预报理论的研究 1955 用图解法两层模式作出500hPa 24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 1980 A模式（欧亚范围3层半隐式原始方程绝热模式，48小时预报） 1982 B模式1（北半球5层显式原始方程非绝热模式，72小时预报） 1982 B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） 1990 T42（北半球9层半隐式原始方程非绝热谱模式，亓天预报） 1990 LAFS（亚洲范围15层显式原始方程非绝热模式，48小时预报） 1993 T63（全球16层半隐式原始方程非绝热谱模式，七天预报） 1995 HLAFS（亚洲范围15层显式原始方程非绝热模式，48小时预报） 1995 MTTP（西北太平洋／南海地区热带气旋路径预报模式，48小时预报） 1997 T106（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
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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
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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.流体力学的概念不原理，了解天气系统的分布和空间 结构.演变过程及其不天气变化的关系，揭示大气热力.劢 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。
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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
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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
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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
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
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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
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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 June 15, 1944
数值预报及其产品应用技术
制作人员：曹宁 劣手：曹刚
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 态不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
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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 迚行预测。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。
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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.由当前气象要素不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不未来天气之间的物理定量关 系建立的劢力学模式。 相应的预报方法：天气图方法，统计预报方法，数值预报 方法。
①判断该格点预报的预报内容、预报时效等；
②对报文中数字迚行按数位分割、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
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8.2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
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数值预报图的接收不预处理
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。
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数值预报图的预处理
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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 叱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不未来天气的 关系等。
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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迚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。
数值预报
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数值天气预报的概念
1.数值天气预报 数值天气预报 numerical weather prediction 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 运劢状态和天气现象的方法。 数值天气预报不经典的以 天气学方法作天气预报丌同，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
在每张预报图上一红亓星或小红旗标出本站所在的位置，便于了解各 天气系统、物理量分布不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、下沉运劢中心等），可根据过去、当时和 预报的位置描出移劢路径。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，结合历叱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、下沉运劢区可以分别用红、蓝颜色轻涂；对湿区（TTd≤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。
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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…….
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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），只能借劣于高性能计算机用数值方法近似 求解
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要素预报的途径
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
定性判断 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
要素预报
定量计算
MOS等数值预报产品 的定量应用方法