气象服务基本原理

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在信息论中，有效信息定义是： 在信息论中，有效信息定义是： Im＝H(X)－H(X|Y)，数式右边后一项称为 条件熵， 以后， 条件熵，它表示已知Y以后，对X仍存在的 不定度。因此， 不定度。因此，有效信息是表示当收到Y 的信息量。 以后所获得关于信源X的信息量。与互信 息相对应， 为自信息。 息相对应，常称H(X)为自信息。
永冻层融化 冻层融化
MELTING PERMAFROST
矿开采 煤矿开采
COAL MINING
燃煤发电厂 燃煤发电厂 发电
COAL PLANTS
石油生产 石油生产
OIL PRODUCTION
产业化加工
INDUSTRIAL PROCESSES
烧农作物 焚烧农作物
CROP BURNING
施肥 产业化农业
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例题：若估计在一次国际象棋比赛中谢军 例题： 获得冠军的可能性为0.1(记为事件A) 0.1(记为事件A)， 获得冠军的可能性为0.1(记为事件A)，而 在另一次国际象棋比赛中她得到冠军的可 能性为0.9(记为事件B) 0.9(记为事件B)。 能性为0.9(记为事件B)。试分别计算当你 得知她获得冠军时， 得知她获得冠军时，从这两个事件中获得 的信息量各为多少？ 的信息量各为多少？ 例题：向空中投掷硬币， 例题：向空中投掷硬币，落地后有两种可 能的状态，一个是正面朝上， 能的状态，一个是正面朝上，另一个是反 面朝上，每个状态出现的概率为1/2 1/2。 面朝上，每个状态出现的概率为1/2。如投 掷均匀的正六面体的骰子， 掷均匀的正六面体的骰子，则可能会出现 的状态有6 的状态有6个，每一个状态出现的概率均为 1/6。 1/6。试通过计算来比较状态的不肯定性与 硬币状态的不肯定性的大小。 硬币状态的不肯定性的大小。
希波克拉里 古希腊
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二、从气象服务基本原理看气象服务的内 容和问题 1. 气象信息服务 2. 气象工程服务
（1）气象环境调控型：CO2施肥 气象环境调控型： 气象环境影响型： （2）气象环境影响型：人工影响天气 气象环境择优型： （3）气象环境择优型：运输航线的选择 气象影响调控型：水库， （4）气象影响调控型：水库，农业 （5）综合型气象控制工程技术
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蔬菜种类 黄瓜 番茄 甜椒 莴苣 甜瓜
施用CO 施用CO2浓度 790 900 1000 800 700
增产率 41% 30% 33% 30% 37%
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Al Gore (2010)
水星 水星 167° C °
金星 金星 +457° C °
地球 地球 15° C °
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Al Gore (2010)
部分太阳辐射被地球以红 部分太阳辐射被地球以红 辐射的形式反射回太空 外辐射的形式反射回太空
一部分向外反射 的红外辐射 辐射被地 的红外辐射被地 球大气捕获吸收， 球大气捕获吸收， 令大气变暖
太阳辐射多 太阳辐射多 数被地球吸 收，并使地 球变暖
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Al Gore (2010)
温室气体来自何处？ 温室气体来自何处？
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H(A)= - log2 P(0.1)≈3.32(比特) P(0.1)≈3.32(比特 比特) H(B)= - log2 P(0.9)≈0.152(比特) P(0.9)≈0.152(比特 比特) H(硬币) = -(2×1/2)×log2P(1/2)≈1(比特) H(硬币 硬币) (2×1/2)×log2P(1/2)≈1(比特 比特) H(骰子) = -(6×1/6)×log2P(1/6)≈2.6(比特) H(骰子 骰子) (6×1/6)×log2P(1/6)≈2.6(比特 比特)
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气象服务业的一个重要任务 气象服务业的一个重要任务： 重要任务： 发现气象对行业的经济活动的制约关系， 发现气象对行业的经济活动的制约关系， 开发相应的气象控制技术，使更多的潜在 开发相应的气象控制技术，使更多的潜在 气象控制系统转变为现实的气象控制系统， 气象控制系统转变为现实的气象控制系统， 使更多的气象控制系统上升为气象控制论 系统 多血质，胆汁质，粘液质， 多血质，胆汁质，粘液质，抑郁质
29Байду номын сангаас
四、从气象服务基本原理看发展新一代气 象服务体系问题 继续大力完善公益气象服务体系，在“专” 继续大力完善公益气象服务体系， 字上狠下功夫， 字上狠下功夫，提高公益服务质量 需要大力发展商业性气象服务
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三、气象控制因子的可测性 气象控制因子 特定用户系统所需要的气象控制因子不是 一成不变的 气象控制因子的可测性是相对的
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气象服务的基本原理
一、气象控制系统和气象控制论系统 控制系统：作用者，被作用者， 1. 控制系统：作用者，被作用者，传递者 开环，闭环控制系统： 2. 开环，闭环控制系统：两者区别是有无 反馈功能” “反馈功能”
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3. 气象控制系统 包括：气象控制对象（即用户系统）， ），气 包括：气象控制对象（即用户系统），气 象控制器和传递者 4. 气象控制论系统 具有反馈回路 反馈回路的气象控制系统称为气象控 具有反馈回路的气象控制系统称为气象控 制论系统
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“稻麦周年气象服务系统” 稻麦周年气象服务系统”
对水分最敏感的时期， 对水分最敏感的时期，即水分的不足或过多对产 量影响最大的时期，叫做作物的水分临界期 水分临界期。 量影响最大的时期，叫做作物的水分临界期。
INDUSTRIAL AGRICULTURE FERTILIZATION
焚烧大火
FOREST BURNING
陆上运输
LAND TRANSPORTATION
垃圾填埋场 垃圾填埋场
LANDFILLS
27 Where Do Greenhouse Gases Come From?
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三、从气象服务基本原理看发展新一代气 象服务的技术路线问题 以基础为依托， 1. 以基础为依托，提高源信息质量 2. 提供专业性气象服务信息 3. 改变一次性气象服务为全程动态控制 4. 大力开拓气象工程服务领域
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三、气象控制决策的经济目标函数 G=S/B ：投入产出比 G>1不值得采用 G>1不值得采用 Gm=1/P * C/L 1. 提高气象控制信息的有效性 2. 提高气象控制水平 气象服务业应把提高气象控制工程技 术水平作为业内重点工作
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四、气象服务基本原理 根据气象因子对控制系统的制约关系 根据气象因子对控制系统的制约关系，制 制约关系， 作有针对性的气象控制信息 气象控制信息； 作有针对性的气象控制信息；进而依据气 象控制经济目标函数极小化 经济目标函数极小化原则实施相应 象控制经济目标函数极小化原则实施相应 的气象控制工程 从而达到提高系统功效 控制工程， 的气象控制工程，从而达到提高系统功效 的目的
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气象服务的科学技术基础
一、系统的气象可控性 开放系统：与外界环境有物质 物质、 开放系统：与外界环境有物质、能量和信 息交换的系统。与开放系统相对立的有封 息交换的系统。与开放系统相对立的有封 闭系统。 闭系统。在客观世界中封闭系统的存在是 相对的，而开放系统的存在是绝对的。 相对的，而开放系统的存在是绝对的。 举例：西安生态养殖场 举例：
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理想的气象控制系统： 理想的气象控制系统： 该系统是控制论系统（举例非控制系统） 1. 该系统是控制论系统（举例非控制系统） 某些气象因子是其控制因子， 2. 某些气象因子是其控制因子，且知道其控 制关系 控制因子具有可测性， 3. 控制因子具有可测性，有用户反馈信息 4. 气象控制工程具有技术上的可行性
气象环境
气象环境
用户系统
用户系统
气象环境调控类
气象影响调控类
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二、气象制约关系的可测性 气象环境作为影响因子 影响因子对其他行业的影响 气象环境作为影响因子对其他行业的影响 下沉气流” 污闪” “下沉气流”，“污闪” 气象制约关系的可测性：一定的科学技术 气象制约关系的可测性： 条件下可以获知气象对某对象系统的制约 下可以获知气象对某对象系统 条件下可以获知气象对某对象系统的制约 关系
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气象服务基本原理的推广和讨论
一、从气象服务基本原理看气象服务的对 象问题 30%的人对天气的变化有感觉 30%的人对天气的变化有感觉 女性比男性对天气的变化更敏感 年龄越大心情越容易受到天气的影响 生活在热带的人易怒、 生活在热带的人易怒、寒带是抑郁症的高 发区、水乡使人多情机敏…… 发区、水乡使人多情机敏…… 农业是国民经济的基础性行业， 农业是国民经济的基础性行业，也是对气 象最敏感的行业
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二、气象控制有效信息 气象控制信息：基本气象，气象服务， 1. 气象控制信息：基本气象，气象服务，气象控 制信息 2. 气象控制有效信息 香农理论的重要特征是熵(entropy)的概念， (entropy)的概念 香农理论的重要特征是熵(entropy)的概念，他证 明熵与信息内容的不确定程度有等价关系。 明熵与信息内容的不确定程度有等价关系。熵曾经 是波尔兹曼在热力学第二定律引入的概念， 热力学第二定律引入的概念 是波尔兹曼在热力学第二定律引入的概念，我们可 以把它理解为分子运动的混乱度。信息熵也有类似 以把它理解为分子运动的混乱度。信息熵也有类似 意义 H=∑H=∑-pi log pi
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猪粪 尿水
仔猪育肥
猪舍
水葫芦
水葫芦地
饲 料
细绿萍地 鱼
水
水
水
鱼
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系统具备可控性必须具备两个条件： 系统具备可控性必须具备两个条件： 1. 制约的规律已经掌握 2. 现有的工程技术能利用这一规律 一个系统的气象可控性包括： 一个系统的气象可控性包括： 1. 气象环境 2. 气象环境对系统的影响
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气象服务基本原理
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气象服务的本质 气象服务的本质-现代科学技术角度 本质气象科学技术要成为知识经济的重要组成 部分，就必须使尽可能多的行业的经济 经济实 部分，就必须使尽可能多的行业的经济实 现以气象知识为基础 现以气象知识为基础 气象是一种资源 气象是一种资源 气象知识的价值在于让人们更合理地利用 气象资源，更有效的趋利避害 气象资源，更有效的趋利避害 本质：什么样的气象服务能最有效的提高 本质： 效益