数值预报及其产品

概论与资料的预处理

数值预报及其产品应用技术

制作人员：曹宁 劣手：曹刚

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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

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Page 2

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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, 1944Page 4

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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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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

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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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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。

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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。Page 13

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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。

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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 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。

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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

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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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