天气预报的方法

天气预报的方法

2017-01-12 作者: xuzhiping 浏览: 4825 次

摘要: 目前气象台站使用的天气预报方法大体分为三类: 即天气图法、数值预报法和数理统计法等。但天气图预报方法仍是主要的预报方法。天气图法和数值预报法主要用于短期预报,近年来也在向中期预报方向延伸。数理统计预报法主要用于长期预报,近年来也向短期预报方面发展。在实际预报工...

目前气象台站使用的天气预报方法大体分为三类: 即天气图法、数值预报法和数理统计法等。但天气图预报方法仍是主要的预报方法。天气图法和数值预报法主要用于短期预报,近年来也在向中期预报方向延伸。数理统计预报法主要用于长期预报,近年来也向短期预报方面发展。在实际预报工作中三种方法是相互结合、相互补充使用的。

(一)天气图预报法

天气图预报方法是以天气图以及其他辅助图表为工具,根据天气学原理合理推断未来天气形势和有关气象要素变化,预报未来某时段天气状况的方法。其工作程序包括气象观测、资料传递、填绘天气图、天气图分析及推断、制作出天气预报等。

1.气象观测

气象观测包括地面气象观测、高空气象观测、大气遥感探测和气象卫星探测等,统称为大气探测。由各种手段组成的气象观测系统,能监测从地面到高空,从局地到全球的大气状态及其变化。

2.资料的传递和填绘天气图

我国各观测站把同一时间观测到的气象资料编成电码用电报传递到国家气象中心。气象中心把各地的气象资料按规定的格式填入空白地图上。这张填有各地同时间的气象记录,能反映一定区域天气情况的特制地图就是天气图。天气图主要分地面天气图和高空天气图,此外还有一些辅助图。

3.天气分析和预报

预报人员根据地面天气图上各站的气压值绘等压线,分析高、低气压系统的分布,并根据温度、露点温度和天气分布,确定锋的位置,这张地面天气图就综合表示某一时刻地面锋、气旋、反气旋等天气系统和降水、大风、雷暴、冰雹等天气所在位置及其影响范围。同时在高空天气图上分析等高线和等温线并标注各类天气系统。等高线反映了高空槽脊等天气系统的位置和影响范围。根据先后几张天气图,分析天气系统的连续变化,判断它们的强度、位置、 移动速度和方向等。

(二)数值天气预报

数值天气预报是实现天气预报客观化、定量化和自动化的重要途径之一,也是衡量一个国家气象科学发展水平的重要标志。

数值天气预报是在一定的初值和边界条件下,通过数值计算,求解描述天气演变过程的大气动力学方程组,预报未来天气的方法。大气动力学方程组是根据流体力学和热力学原理组成。

数值预报业务是由资料收集、译码、客观分析、预报模式计算、统计检验、产品图形输出、资料存档到传真广播等一系列环节所构成的自动化工程系统。

1.资料收集和译码国家气象中心用高速巨型计算机进行实时气象资料的收集和传输,将近百条国际、国内线路收集的全部气象资料经初步加工后存储起来,用于进一步分析。一般从观测时间开始算起,在60min内可以收集到国内地面观测资料的90%以上,在240min中内可收集到北半球绝大部分高空资料。此外,对收集到的非常规资料,如卫星遥测的温、湿、压、晴空辐射率等均进行了处理。

2.客观分析 客观分析是用数值计算方法,将分布不规则的观测资料分析整理成规则分布的、适用于数值预报模式计算机需要的网络点资料的过程。它和人工分析不同,一旦给定方案,分析结果就不因人而异,故称为客观分析。

3.预报模式随着数值预报模式不断更新换代、新型高速巨型计算机的投入使用,国家气象中心的数值预报业务有了高速发展。目前,短期环流形势预报采用先进的模式,使预报时效由60h增加到72h,预报范围由欧亚地区扩展到北半球,并增加了高空物理量预报。中期环流形势预报模式的更新,使预报范围由北半球扩展到全球,预报时效由5d提高到7d,且增加了降水量预报。1992年更新的有限区降水预报模式可预报中国及领近地区未来48h降水量和有关物理量。此外,新建立的暴雨预报模式可预报未来72h降水量和有关物理量,台风模式预报48h台风路径、海平面气压和850hPa的高度场、风场。

4.产品及其输出国家气象中心每月约有70多种数值预报产品用于气象传真广播。其中,40多种通过一级线路向全国各台站发送,其余的则通过二级线路向我国北方大部分台站传送,这些产品不仅为全国各地方台站提供了实时天气服务,而且也可供天气分析和研究使用。

全国各地方台站使用情况表明,北半球500hPa形势预报对中、高纬度天气系统,特别是对长波槽脊的移动、发展以及转折性的演变都具有一定的预报能力。对华北、东北及江淮地区的降水预报也有一定的参考价值。

(三)概率统计预报法

天气现象的发生,存在着必然性和随机性。概率统计方法是从天气现象具有随机性的一面出发,通过大量历史资料去探索其内部隐藏着的必然性,从而制作天气预报。换言之,用概率统计方法分析天气演变的统计规律以及预报因子和预报量之间的数量关系,建立数学模式,预报未来天气,这就是概率统计预报。

概率统计预报的数学模式很多,既有适应具有先进计算工具的中央、省气象台使用的统计预报方法,如线性(非线性)多元回归、平衡时间序列、判别分析、马尔可夫链、正交函数展开等;又有适于缺少先进计算工具的广大台站应用的简易统计预报方法,如列联表、多因子相关和简易回归等。近几十年来,我国广大气象台站采用概率统计预报方法,与数值预报、天气图预报方法相结合,对提高天气预报准确率起到了一定作用。但是,由于作为概率统计预报的基础即大气随机现象的物理机制还不清楚,加之我国气象资料序列较短,使单纯的概率统计预报多少带有一些盲目性。

目前广大气象台站推广应用的动力统计预报仍属于概率统计预报的范畴,例如模式输出统计预报方法(简称MOS方法)即为该法。随着数值天气预报业务的开展和微机的普及使用,人们把较长时间积累的数值预报输出的资料(如形势场和各种物理量场) 以及要素资料分别作为预报因子和对象,用统计方法建立其间的数学关系式。制作日常预报时,只需把当时的数值预报产品代入关系式,即可求得未来气象要素的预报值。

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