现代天气预报业务讨论
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现代天气预报业务讨论
讨论内容
总结
归纳
• 现代天气分析预报的理论基础
复习
• 中期、短期、短、临预报的关系
• 我国天气预报业务现状 • 现代短期预报流程与思路 • 个例讨论 • 我国未来天气预报发展趋势
中尺度动力学基本概念
普通气象 气象观测 动力气象 天气学原理 中国天气学 实践经验
一、 现代天气预报的理论基础
气块相对于系统位置 随时间改变
反气旋 槽后负涡度平流， 涡度 气块变小（辐合）
涡度增加（曲率） 槽前正涡度平流，
气块变大（辐散） 涡度减小
天气分析预报用什么方法，从什么角度去研究天气系统 的变化规律？
天气分析预报的研究方法
天气分析预报用什么方法，从什么角度
去研究天气系统的变化规律
三种观点
气压观点：把天气系统看做是气压系统 ，认
-(u v ) (u f v f ) ( u - v ) - (f )( u v) (6)
t
x y x y p y p x p
x y
中高纬地区风压关系符合准地转关系，因此涡度场和 位势高度场又可以联系起来：
t
9.8 2 H f t
1 2
f t
9.8 f
m0
H t
它是目前常用的原理和方法
环跑与打转
环流是速度旋度的面积分，速度的旋度为涡度
波动观点
波动观点：把高空大气系统看做大气中的各
类波动，应用波动理论（长波理论）研究天
气系统的演变规律
d( f ) 0 dt
d( f ) 0 dt
事实上，三者从大范围的角度讲是基本一致 的。
绝对涡度守恒 大气长波形成 长波频散
天气分析
• 天气分析的目的是认识天气系统的结构、性质和强度（前提是 精准的观测资料）未来变化依据
大气长波理论
1936年，Rossby在高空天气图上发现了北半球中纬度高 空在自西向东的绕极环流之上，叠加有长达数千千米的 波动，这些波动除有自身的结构和运动规律外，还与低 空的锋面气旋存在内在的联系。对于这种现象，Rossby 提出了涡度概念，从理论上证明了这是科里奥利参数随 纬度变化，即效应引起的一种涡旋性波动，从而创立了 著名的长波（即行星波）理论，并于40年代初形成以长 波理论为主要特征的芝加哥学派。
1920年前后，皮耶克尼斯（V.Bjerknes）等在研究 了大量地面天气图基础上，把风场、温度场结合 起来，提出了气团、锋面、气旋概念和学说以及 环流理论，形成了气象界第一个学派即挪威学派 （也称卑尔根学派），为近代天气预报奠定了理 论基础
根据这一理论，明确提出了天气预报的两个主要 步骤：利用天气图预报气团、锋面和气旋等的未 来位置和发展阶段；根据预报的天气形势，预报 未来的天气。这种传统的预报思路和方法一直延 用至今。
如高空西风带的波动和地面的气 旋、反气旋、锋面、次级环流。
系统的空间形态，动力、热力构成随时间一直在变
西风波动形 态流场
气块的变大 系统的移动
气块的运动（轨迹）
波能频散
1、系统移动，流场（流 线），气块移动（轨迹） 是不同的
2、气块在不同的涡度区 面积会变化
不同尺度 的波叠加 与分离
天气系统 （高空波动或槽脊） 的移动速度小于 空气块的运动速度
1、必要的基本概念
•打好基础才能盖高楼（有后劲） 基础理论
•预报员的水平海：量信抓息 住主要矛盾
实践经验 科研总结
•现代天气分析预报但是必理论须必需实具际结合备的基本理论
和概念，五流三变均有理论基础
•天气分析要建立三度空间配合形（象思高维低空
之间和气象要素之间配合）的思维
•天气预报要具有准地转发展理论的概念
• 各种要素和物理量之间及高低空各层等压面之间的配合
• “三度空间概念”和“物理概念”决定了预报员的水平。
• 天气分析三大原则——高低空配合的合理性/要素之间配合的合 理性/历史演变的合理性 正确分析的基础
动力学、热力学概念
斜压，非 绝热
Hale Waihona Puke Baidu
深厚浅薄，云与降水能见度和雾，气旋
欧洲天 气图
旋转的地球
• 准水平的涡旋运动是大气宏观运动的基本特征（不包括对流和赤道 附近）
7.2910-5 s-1 地球自转涡度(10-4 s-1)
f =2sin 随纬度变化
极地最大， 2 （转动）
赤道最小，0 （翻动）
柯氏系数 转动坐标系（非惯性）
地转涡度
相对涡度
地转关系在低纬 度不成立！！
大气相对于地球表面的旋转运动的表征
现代天气预报的重要理论
• 大气科学理论研究的深入是揭示大气运动物理机制和天气变化 规律，发展现代天气预报技术方法的基础。
• 地球自转旋转角速度7.29×10-5s-1 • 北极地球自转涡度为2×7.29×10-5s-1 • 赤道地球自转涡度为0 • 大尺度相对涡度10-5s-1 ，水平散度10-5s-1 • 旋转地球上的一切运动物体都受地转偏向力的作用。
大尺 度运 动基 本量 级
准地转理论的基本概念
地球自转涡度 地球自转角速度
• 随着大气探测技术的发展，采集到的大气信息日益丰富，直接 促进了大气科学理论研究的进展，而理论研究的成果则又是天 气预报技术发展的基础。对现代天气预报产生过重要影响的经 典大气科学理论：温带气旋发生发展理论，大气长波理论和准 地转运动理论。
现代天气预报建立在哪三个经典大气科学理论上？
温带气旋发生发展理论
为只要报出某一地区未来气压如何变化，就
可以作出天气形势预报，基本方程即气压倾
向方程，但这个方程中气压变化是大项的差，
有较大的误差，不能用于预报。
气压系统的强度用中心气压值表示
数量级分 析
涡度观点 z
v x
u y
V Rs
V n
K sV
V n
涡度观点既把天气系统看做大气中的各种涡旋运动 ， 用涡度和涡度方程分析预测
抽象思维 客观手段丰富、主观能力的培养
中小尺度概念
“天气系统”的定义
天气（反应） 天气系统 天（气变过化程）
•天气系统不是由固定不变的空气块所 组成。流体
•天气系统是指运动大气的某种复杂结 构(动力学、热力学、斜压性、地域性、季节性）
•它是多种变量场型式的三度空间综合 配置 。 (天气图上是瞬时的综合图像）
这是大气科学历史上的重大里程碑，并由此引起一系列 的理论研究，相继提出了大气运动的地转适应理论 （Rossby，叶笃正1943）；行星波的斜压不稳定理论 （Charney,1947）、能量频散理论（Rossby、叶笃正， 1949）和正压不稳定理论（郭晓岚，1949），以及大气 运动的尺度分析理论（Charney，1949数值预报）等。
讨论内容
总结
归纳
• 现代天气分析预报的理论基础
复习
• 中期、短期、短、临预报的关系
• 我国天气预报业务现状 • 现代短期预报流程与思路 • 个例讨论 • 我国未来天气预报发展趋势
中尺度动力学基本概念
普通气象 气象观测 动力气象 天气学原理 中国天气学 实践经验
一、 现代天气预报的理论基础
气块相对于系统位置 随时间改变
反气旋 槽后负涡度平流， 涡度 气块变小（辐合）
涡度增加（曲率） 槽前正涡度平流，
气块变大（辐散） 涡度减小
天气分析预报用什么方法，从什么角度去研究天气系统 的变化规律？
天气分析预报的研究方法
天气分析预报用什么方法，从什么角度
去研究天气系统的变化规律
三种观点
气压观点：把天气系统看做是气压系统 ，认
-(u v ) (u f v f ) ( u - v ) - (f )( u v) (6)
t
x y x y p y p x p
x y
中高纬地区风压关系符合准地转关系，因此涡度场和 位势高度场又可以联系起来：
t
9.8 2 H f t
1 2
f t
9.8 f
m0
H t
它是目前常用的原理和方法
环跑与打转
环流是速度旋度的面积分，速度的旋度为涡度
波动观点
波动观点：把高空大气系统看做大气中的各
类波动，应用波动理论（长波理论）研究天
气系统的演变规律
d( f ) 0 dt
d( f ) 0 dt
事实上，三者从大范围的角度讲是基本一致 的。
绝对涡度守恒 大气长波形成 长波频散
天气分析
• 天气分析的目的是认识天气系统的结构、性质和强度（前提是 精准的观测资料）未来变化依据
大气长波理论
1936年，Rossby在高空天气图上发现了北半球中纬度高 空在自西向东的绕极环流之上，叠加有长达数千千米的 波动，这些波动除有自身的结构和运动规律外，还与低 空的锋面气旋存在内在的联系。对于这种现象，Rossby 提出了涡度概念，从理论上证明了这是科里奥利参数随 纬度变化，即效应引起的一种涡旋性波动，从而创立了 著名的长波（即行星波）理论，并于40年代初形成以长 波理论为主要特征的芝加哥学派。
1920年前后，皮耶克尼斯（V.Bjerknes）等在研究 了大量地面天气图基础上，把风场、温度场结合 起来，提出了气团、锋面、气旋概念和学说以及 环流理论，形成了气象界第一个学派即挪威学派 （也称卑尔根学派），为近代天气预报奠定了理 论基础
根据这一理论，明确提出了天气预报的两个主要 步骤：利用天气图预报气团、锋面和气旋等的未 来位置和发展阶段；根据预报的天气形势，预报 未来的天气。这种传统的预报思路和方法一直延 用至今。
如高空西风带的波动和地面的气 旋、反气旋、锋面、次级环流。
系统的空间形态，动力、热力构成随时间一直在变
西风波动形 态流场
气块的变大 系统的移动
气块的运动（轨迹）
波能频散
1、系统移动，流场（流 线），气块移动（轨迹） 是不同的
2、气块在不同的涡度区 面积会变化
不同尺度 的波叠加 与分离
天气系统 （高空波动或槽脊） 的移动速度小于 空气块的运动速度
1、必要的基本概念
•打好基础才能盖高楼（有后劲） 基础理论
•预报员的水平海：量信抓息 住主要矛盾
实践经验 科研总结
•现代天气分析预报但是必理论须必需实具际结合备的基本理论
和概念，五流三变均有理论基础
•天气分析要建立三度空间配合形（象思高维低空
之间和气象要素之间配合）的思维
•天气预报要具有准地转发展理论的概念
• 各种要素和物理量之间及高低空各层等压面之间的配合
• “三度空间概念”和“物理概念”决定了预报员的水平。
• 天气分析三大原则——高低空配合的合理性/要素之间配合的合 理性/历史演变的合理性 正确分析的基础
动力学、热力学概念
斜压，非 绝热
Hale Waihona Puke Baidu
深厚浅薄，云与降水能见度和雾，气旋
欧洲天 气图
旋转的地球
• 准水平的涡旋运动是大气宏观运动的基本特征（不包括对流和赤道 附近）
7.2910-5 s-1 地球自转涡度(10-4 s-1)
f =2sin 随纬度变化
极地最大， 2 （转动）
赤道最小，0 （翻动）
柯氏系数 转动坐标系（非惯性）
地转涡度
相对涡度
地转关系在低纬 度不成立！！
大气相对于地球表面的旋转运动的表征
现代天气预报的重要理论
• 大气科学理论研究的深入是揭示大气运动物理机制和天气变化 规律，发展现代天气预报技术方法的基础。
• 地球自转旋转角速度7.29×10-5s-1 • 北极地球自转涡度为2×7.29×10-5s-1 • 赤道地球自转涡度为0 • 大尺度相对涡度10-5s-1 ，水平散度10-5s-1 • 旋转地球上的一切运动物体都受地转偏向力的作用。
大尺 度运 动基 本量 级
准地转理论的基本概念
地球自转涡度 地球自转角速度
• 随着大气探测技术的发展，采集到的大气信息日益丰富，直接 促进了大气科学理论研究的进展，而理论研究的成果则又是天 气预报技术发展的基础。对现代天气预报产生过重要影响的经 典大气科学理论：温带气旋发生发展理论，大气长波理论和准 地转运动理论。
现代天气预报建立在哪三个经典大气科学理论上？
温带气旋发生发展理论
为只要报出某一地区未来气压如何变化，就
可以作出天气形势预报，基本方程即气压倾
向方程，但这个方程中气压变化是大项的差，
有较大的误差，不能用于预报。
气压系统的强度用中心气压值表示
数量级分 析
涡度观点 z
v x
u y
V Rs
V n
K sV
V n
涡度观点既把天气系统看做大气中的各种涡旋运动 ， 用涡度和涡度方程分析预测
抽象思维 客观手段丰富、主观能力的培养
中小尺度概念
“天气系统”的定义
天气（反应） 天气系统 天（气变过化程）
•天气系统不是由固定不变的空气块所 组成。流体
•天气系统是指运动大气的某种复杂结 构(动力学、热力学、斜压性、地域性、季节性）
•它是多种变量场型式的三度空间综合 配置 。 (天气图上是瞬时的综合图像）
这是大气科学历史上的重大里程碑，并由此引起一系列 的理论研究，相继提出了大气运动的地转适应理论 （Rossby，叶笃正1943）；行星波的斜压不稳定理论 （Charney,1947）、能量频散理论（Rossby、叶笃正， 1949）和正压不稳定理论（郭晓岚，1949），以及大气 运动的尺度分析理论（Charney，1949数值预报）等。