大气科学概论-第七讲.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,大气科学概论,第一讲,概述,第二讲,大气的基本知识,第三讲,大气运动,的基本,规律,第四讲,关于气团和锋,的介绍,第五讲,气旋与反气旋（,热带气旋,）,第六讲,海气相互作用的产物,厄尔尼诺,第,七,讲,天气预报简介,第,八,讲,气候变化与全球变暖,课程内容,第七讲,天气预报简介,Weather Forecast,第一节 天气预报概述,第二节 天气预报的基本步骤,第三节 天气预报的方法和技术,第四节 当前我国天气预报业务简介,新的预报业务平台,需要精准的天气预报和及时的气象服务,第一节 天气预报概述,我们在观看电视台天气预报节目的时候，看着节目主持人三言两语就把未来两天的天气娓娓道出，显得轻松自如。其实，这短短几分钟的节目，凝聚了我国,6,万多气象工作者、甚至包括全球气象工作者的劳动和心血。,天气预报是根据,大气科学,的,基本理论,和,技术,对某一地区未来的天气作出分析和预测,。,天气预报分类,天气预报按其,预测时间,的长短，可分为,6,种：,临近预报（,0-3,小时）；,短时天气预报（,3-12,小时）；,短期天气预报（,12-72,小时）,；,中期天气预报（,72-240,小时）；,延伸期预报（,10-30,天）；,短期,气候预测,（长期天气预报）（,30,天以上）,Climate Prediction,目前预报业务服务,现在,预报范围,未来全方位、一体化预报业务产品,未来,预报范围,无缝隙预报服务,天气预报产品,“,精细化、无缝隙,”,天,气预报依据,基本,准则,持续,性,气候重现率,经验法则,天,气学（概念）,模式,物理模式,数值运算,经验法则,天,气预报,事例,自古以来，人类就对,天气现象,和,物候,进行观测，并在此基础上总结,出,大量天气谚语，人们据此开始制作纯经验性的天气预报。,“,蜻蜓,低飞,，,不风即雨,”,；,“,山雨欲,来风满楼,”,；,“,朝霞不出门，晚霞行千里,”,；,“,八月十五云遮月，正月十五雪打灯,”,；,“,发尽桃花水，必有旱黄梅,”,等等,。,近代天气预报的发展,地面观测初始期,极地锋面学说应用时期,探空发展时期,斜压理论发展时期,卫星观测初,始時期,气象雷达推广应用,時期,动力数值天气预报应用时期,西边先有雨，随后东边也可能会有雨,“天气（系统）”是由西向东移动的。,随着科学技术的进步，从,16,世纪末到,20,世纪初逐渐出现了利用气象仪器进行地面观测。,如,1643,年,托里拆利,(E.Torricelli),发明气压表，,1667,年,胡克,(R.Hooker),制成压板式风速器等。,1820,年,德国气象学家,布兰底斯,(H.W.Brands),以通信方式收集了,1783,年,3,月,6,日欧洲,39,个地面观测站资料,(,包括天气、气压、温度、风等,),，在莱比锡把它们一一填在地图上，用,洪堡,(A.Humboldt),画等温线的方法,(1817),绘制等压线，,制作成,现代天气图的雏形，即世界上第一张,天气图,诞生。,1835,年,，引入,科里奥利力,的概念和,1857,年,白贝罗,提出的,风压,关系，成为地球大气动力学和天气分析与预报的基石。,1854,年,，法国巴黎天文台台长，发现海王星的著名天文学家,勒费里埃,利用天气图追索克里米亚战争时出现的风暴（,1854,年,11,月,12,16,日），并在学术会议上宣布“,若组织观测网，迅速将观测资料集中一地，分析绘制天气图，便可推知未来风暴的行径,”。,此后，气象台站和气象观测网开始建立，初步形成了地面气象观测体系，即,天气学,萌生。,近代天气预报的发展,地面观测初始期,极地锋面学说应用时期,探空发展时期,斜压理论发展时期,卫星观测初,始時期,气象雷达推广应用,時期,动力数值天气预报应用时期,1920,年前后，气象学家,J.,皮耶,克尼斯,、,H.,索尔贝格,和,T.H.P.,伯杰龙,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,学说以及,斜压概念,和,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、锋面和气旋的未来位置；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。,近代天气预报的发展,地面观测初始期,极地锋面学说应用时期,探空发展时期,斜压理论发展时期,卫星观测初,始時期,气象雷达推广应用,時期,动力数值天气预报应用时期,20,世纪,20,年代至,60,年代初，大气探测由地面观测发展到高空探测阶段，实现了对大气的三维探测，出现,了高空天气图,。,1939,年气象学家,罗斯贝,揭示出行星波并提出著名的,大气长波理论,，不但为后来出现的大气环流数值模拟和数值天气预报开辟了道路，而且使当时的预报工具成为,地面图,与,高空图,并重，天气预报的水平达到了新的高度。,近代天气预报的发展,地面观测初始期,极地锋面学说应用时期,探空发展时期,斜压理论发展时期,卫星观测初,始時期,气象雷达推广应用,時期,动力数值天气预报应用时期,以,1960,年,4,月,1,日第一颗气象卫星（美国泰罗斯,1,号）,发射成功为主要标志，大气探测进入了遥感、遥测阶段。这不但促进了中尺度气象学、卫星气象学、雷达气象学等学科的发展，也为数值预报的发展提供了条件。,卫星云图：人造气象卫星在,距地球几百到,3,万多公里的高空拍摄地球大气的风云图像并通过无线电波传送到地面，气象科技人员从卫星云图接收机的云图图像上，可分析出各地天气系统、气象要素的各种变化情况。,卫星资料在天气预报中的应用,用,来判断云层厚度,用,来判断云层高度,越白温度越低，云越高,白天反射太阳 越白越厚,风云卫星,“,桑美,”,登陆时的云图,近代天气预报的发展,地面观测初始期,极地锋面学说应用时期,探空发展时期,斜压理论发展时期,卫星观测初,始時期,气象雷达推广应用,時期,动力数值天气预报应用时期,雷达回波图：一般天气雷达可探测,50-500,公里半径范围内的降水、台风等天气,回波的强度、范围、移向、移速,及,径向风场,等演变情况。,预报员把,气象卫星云图,和,雷达回波图,与,天气图表,相结合分析预报未来的天气变化。,雷达资料在天气预报中的应用,强对流天气监测及预警,显示多部雷达回波的拼图，强对流回波标出风暴编号，并用箭头表示未来的移动方向。,近代天气预报的发展,地面观测初始期,极地锋面学说应用时期,探空发展时期,斜压理论发展时期,卫星观测初,始時期,气象雷达推广应用,時期,动力,数值天气预报,应用时期,数值天气预报概说,数值天气预报始于上世纪,50,年代，而至,80,年代初展现其绝对的适用价值；,目前它是,中期,（,1-7,天,）天气预报,最主要的依据，也是未来进行更量化、更精细天气预报最有可能的客观指导；,数值天气预报的应用是科技发展的结果，其未来的发展尚无可限,量,。,气象资料收集,气象信息中心,气象站,观测的数据,是天气预报的基础，气象站越多，预报越准确。为此，,全世界建立了成千上万个气象站，配置了各种天气雷达，并在太空布设了多颗气象卫星，组成全球大气监测网,。,这个监测网每天在规定的时间里同时进行观测，从地面到高空，从陆地到海洋，全方位、多层次地观测大气变化，并将,观测数据迅速汇集,到各国国家气象中心，然后转发世界各地。气象台的计算机将收集到的,数据进行处理和运算,，得到,天气图、数值预报图,等,，为预报员提供预报依据。,第二节 天气预报的基本步骤,现代气象观测业务,利用先进的技术，建立适应预报业务需求的一体化综合观测系统,以低轨和高轨卫星为观测平台的,天基,遥感探测系统,以气球、飞机、火箭等为观测平台的,空基,遥感探测系统,以地球表面为观测平台的,地基,遥测探测系统,全球综合观测系统,天气图表,天气图,是指在一张特制的地图上填有许多地方同一时刻的气象记录，经过绘制和分析，能够反映一定地区范围内的天气情况的图。天气图分为,基本天气图,和,辅助天气图,两种。基本天气图有主要反映地面天气系统的地面图和反映高空天气系统的等压面图等；垂直剖面图、单站高空风图等都是辅助天气图。,天气图上的气象要素：,全球大气在不停地运动着，而且是一个整体。为掌握大气运动,变化快、范围广、形式多,的特征，就必须对大气进行,连续的、高频率的、全球性,的观测。,风速表示符号,1knot=0.514m/s,8knot,4,.08m/s,地面天气图常用的符号,天气系统,1982,年,9,月,25,日,00,时（世界时）地面天气图,等压面上的等高线,高空图填图格式,高空图常用的符号,TTT,DD,HHH,dd,ff,填图格式及其符号意义,HHH,：等压面绝对位势高度。,500hPa,填千、百、十位，,700hPa,、,850hPa,填百、十、个位,TTT,：等压面图上的气温,填十、个、小数一位，零度以下数值前加“,-,”,DD,：等压面图上的气温露点差,5,以下填个位和小数一位，以上填十、个位,dd,、,ff,：风向、风速，填写方法与地面图相同,850hPa,单站高空风图,辅助图表,天气预报的基本步骤,天气形势掌握：,是某一时刻或某一时段内环流形势（各种天气系统）的空间态势。,天气形势预报：,是指应用理论和经验的原理与方法对本地区的各种高空、地面天气系统未来的移动及强度变化作出预报。,天气要素预报：,是指天空状况、天气现象、气象要素和未来趋势的预报。,第一步天,气形势的掌握,找出引,致当时各种天气情况的天气系统,外,推法,第二步：天,气形势预报,统计方法,数值天气预报,数值天气预报,(Numerical Weather Prediction),天,气预报图,Weather forecast chart,第三步：,气象要素预报,降水及云量（,Precipitation and,cloudiness,）,温度（,Temperature,）,风,（,Wind direction;Wind,velocity,）,等等,主要包括,第三节 短期天气预报方法和技术,气象资料分析处理常用的有两种。,一种天气图分析预报方法,，经过对天气图上的各种气象要素进行分析，预报员就可以了解当前天气系统（台风、锋等）的分布和结构，判断天气系统与具体天气,(,雨、风、雾等,),的联系及其未来演变情况，从而做出各地的天气预报。,另一种是为数值预报模式,的预报场和物理量场提供未来天气形势和气象要素预报及物理量分布场。,天气图预报方法,天气图预报方法已有百余年历史，自从有电报后，各地同时间观测的气象资料能及时集中到各国的气象中心，分析出天气图。从天气图上看到一个个高、低压系统在移动着，这类天气系统在移动过程中给各地带来了天气变化。从天气图上分析出天气系统，预报它们在未来的移动和强度变化,(,包括生成和消亡,),，就能推论各地区未来天气的变化，这就是天气图预报方法的主要依据。,数值模式预报方法,20,世纪,80,年代以来，随着遥感、计算技术和气象卫星资料的广泛应用，天气预报技术出现了新的飞跃，,传统天气图已被数值天气预报部分取代,。,数值天气预报,以计算机为工具，通过求解控制大气运动方程组（流体力学，热力学，动力气象学组成的预报方程），来制作天气形势和要素的预报方法。,数值模式预报方法,数值天气预报应用,6,个流体力学、热力学微分方程来描述大气运动规律，,6,个方程中含有,6,个未知数,温度、湿度、气压、降水量、风向、风速，通过大型高速计算机求解方程组，获得未来,6,个未知数的时空分布，即未来天气形势场和要素场的分布。,数值天气预报的原理,大气运动遵循一定的物理规律，这些物理法则可以由一组数学微分方程表示。,利用,超级计算机求,微分方程之,近似解，如此可知大气由一初始状态启始的可能后续变化。,数值天气预报的实用性取决于,以下三要件,：,准确的,初始,场,改,进观测技术及加强资料收集,改,进资料的四维同化技术,合理的,数值天气预报模式,足够,的解析度,合理,模拟及参数化大气的物理过程,具代表性的背景,场,超,级计算机快速的运算,数值天气预报的要件,计算机的使用,计算机的使用使大气科学研究进入了定量和试验研究的新阶段。电子计算机是现代大气科学发展的一个支柱。可以预期，下一代甚至再下一代最大的电子计算机将首先用于大气科学。,国家气象中心数值预报业务系统,2.,区域模式,3.,精细模式,1.,全球模式,4770km,3500km,3000km,1000km,水平分辨率,60,公里,预报时效 未来十天,区域范围 全球,水平分辨率,20,公里,预报时效 未来,2,天,区域范围,93,123,0,E,20,45,0,N,水平分辨率,5,公里,预报时效 未来,2,天,区域范围,115,120,0,E;37,42,0,N,数值预报模式,天气预报的技术基础,第四节 当前我国天气预报业务介绍,天气预报业务流程,中国气象局国家气象中心业务数值预报模式,Global NWP Model,T213L31 T639L62,Regional Model,025HLAFS,Typhoon NWP Model,MTTP,Ensemble NWP Model,T106L19/32members,Mesoscale NWP Model,MM5,、,WRF,专业气象预报,高速公路预报,：雾、强降雨、降雪、道路结冰,生活指数预报,：健康类指数（疾病发病条件、晨练、蹬山、穿衣、舒适度、紫外线等）、消费活动类指数（洗车、垂钓、旅游等）,行业预报：,海上作业、电网、建筑施工、游船、伧储、运输、供暖等。,天气预报服务,人工影响天气，,研究如何通过影响云和降水的微物理过程使某些大气现象、大气过程发生改变的技术和方法。如人工降水、人工防雹、人工消雾等。,现代天气预报,大气探测信息,天气雷达网,（已投入使用,101,部雷达）,网络信息,雷电监测信息,FY,系列,气象卫星资料,数值预报,公众气象服务,每天为,中央电视台,和广播电台,63,档,节目,提供全国及全球的天气监测和预报产品，,播出,131,次,/,天。,通过凤凰卫视四个频道向全球华人发布中央气象台制作的全球主要城市天气预报。,2006,年,5,月,18,日，中国气象频道正式开播，中央气象台提供,48,档,全天候高频次滚动播出气象信息。,预报时效：,3,小时间隔，每天,8,次；,预报范围：全国,2600,城镇，国外,200,多个,城市。,改进服务产品形式,强化电视媒体宣传,提高网站信息服务能力,防御指南,雾或霾监测和预报,TQ121,网站最高,中文气象网站点击率,公众气象服务,新闻联播、焦点访谈等节目,公共气象,2006,年,6,月,24,日起发布,强对流天气潜势预报,，提供强对流天气预报服务。,2006,年,6,月,30,日起发布,渍涝风险气象预报预警,，提供渍涝风险气象预报预警服务。,决策气象服务为国务院领导组织指挥防灾减灾提供了科学决策依据，发挥了显著的社会效益和经济效益。,2006,年国务院领导在中国气象局上报的,重大气象信息专报,上共批阅,36,次，其中温家宝总理和回良玉副总理分别批阅,15,次。,6,10,月上报国办、中办的信息,352,条，采用,138,条。,决策气象服务,受台风,“,格美,”,及其减弱的低气压、西南季风云团和弱冷空气的所产生的大风和强降雨影响，安徽、福建、江西、湖南、广东、广西等,6,省（区）不同程度受灾。,2006,年,7,月,24,日，国务院办公厅下发,关于进一步做好防御台风等灾害性天气工作的通知,，要求各地、各部门高度重视防御台风等灾害性天气工作；国家防总紧急办公会议在中央气象台召开，回良玉副总理部署台风“桑美”防御工作。,回良玉副总理部署台风“桑美”防御工作,未来功能结构与预报服务流程,决策气象服务,公众气象服务,专业气象服务,业务系统平台,数值预报系统,天气监测,灾害性天气短时临近预报,精细化天气预报,专业气象,应用研究和成果转化,地基探测,天基探测,空基探测,保障气象服务,天气预报业务自动化,气象信息综合分析处理系统（,MICAPS,Meteorological Information Comprehensive Analysis And Process System,）,MICAPS-V3,功能示意图,思考题,1,、天气预报按其预测时间的长短可分为哪几种预报？,2,、短期天气预报的主要方法有哪些？,3,、数值天气预报的基本原理。,