天气预报的发展历程
我国现代天气业务现状及发展趋势
我国现代天气业务现状及发展趋势端义宏;金荣花【摘要】回顾了我国现代天气业务发展历程,着眼于预报业务体系、预报技术和平台、预报员队伍培养等方面,概述了现代天气业务现状.结合我国现代天气业务发展的经验,跟踪国际气象科技发展前沿,展望了现代天气业务的发展趋势.【期刊名称】《气象科技进展》【年(卷),期】2012(002)005【总页数】6页(P6-11)【关键词】现代天气业务;发展历程;现状;发展趋势【作者】端义宏;金荣花【作者单位】国家气象中心,中国气象局,北京100081;国家气象中心,中国气象局,北京100081【正文语种】中文天气预报业务起源于19世纪。
20世纪七八十年代，数值天气预报开始逐步投入天气预报业务应用，使得天气预报业务进入了快速发展时期。
1982年全国灾害性天气预报会议制定了“多种方法综合运用，重点发展数值预报，尽快实现客观定量”的天气预报技术路线，由此，以数值预报为基础，结合运用各种预报技术方法的天气预报业务技术路线开始建立。
以此次会议为契机，中国的数值预报业务迅速发展起来，以北半球5层原始方程模式及5层有限区域细网格降水预报模式为主体的短期数值预报系统，分别于1982年2月和1983年8月正式投入业务运行，向全国各级气象台站提供24～72h的北半球高低空形势预报和24～36h国内降水量预报及各种诊断量分析预报产品，标志着我国天气预报业务技术开始向客观化转变。
1991年6月，在引进欧洲中期天气预报中心模式的基础上，我国第一代全球中期数值预报业务系统（简称T42）正式建成并投入业务运行，预报时效从3d延长至6～7d。
而后，随着计算机装备的更新和预报模式的改进，经历了T106经T213到T639的逐步升级。
从20世纪80年代到21世纪初，天气业务发生了很大的变化，预报技术实现了从以天气图方法为基础到以数值预报为基础的转变，统计预报、物理量诊断分析、人工智能等一批客观预报方法相继投入业务使用，建立了以短期预报、中期预报和台风预报业务为主体的天气预报业务体系，技术路线和预报思路逐渐明晰，预报准确率得到很大提高[1]。
气象专业发展历程简述
气象专业发展历程简述
气象专业的发展历程可以追溯到古代文明时期。
最早的气象观测可以追溯到公元前3000年左右的中国和印度，他们通过观
测云朵、风向和声音等自然现象来预测天气变化。
在希腊，一些哲学家和学者也开始描述和研究天气现象。
随着科学方法的发展，气象学开始成为正式的学科。
17世纪
的欧洲科学家们开始使用现代仪器进行气象观测，并开始记录和分析气象数据。
在18世纪，气象学成为了一个独立的学科，并在整个欧洲蓬勃发展。
19世纪是气象学发展的关键时期。
科学家们开始使用气象观
测站网络来收集数据，这些数据不仅用于天气预报，还用于研究气候和气候变化。
此时，气象现象的观测和研究成为了国际性的合作，各国开始建立和共享气象观测站的数据。
20世纪的气象学发展则主要集中于数据分析和数值模拟。
随
着计算机技术的进步，科学家们开始使用数值模型来预测天气变化。
这些模型基于大量的气象观测数据和复杂的物理方程，可以模拟地球大气系统中的运动和变化。
此外，气象卫星的发展也使得科学家们能够更加详细地观测和监测天气系统。
现代气象学已经成为一门综合性的学科，并涉及了许多领域，如气候学、大气物理学、环境科学等。
随着全球变暖等气候变化问题的日益严峻，气象学的重要性也日益凸显。
现代气象学已经在天气预报、气候研究、农业、航空和海洋等领域发挥着重要作用，并继续为人类提供更准确、可靠的气象信息。
天气预报的现状和发展
风、云、雨、露、声、光、电等天气现象是大气运动的产物。大气 运动遵循从高压向低压流动的规律。为什么有的地方气压高, 有的地方 气压低呢? 这是气温分布不均的结果。由于热胀冷缩, 气温低的地方气 压高, 气温高的地方气压低。为什么气温有高低之分呢? 这是太阳辐射 分布不均的结果。一般来讲, 低纬度地区太阳辐射强、气温高; 高纬度 地区太阳辐射弱、气温低。即使同一纬度, 受海陆分布、地形地貌 影 响, 各地吸收太阳能差异也是很大的。因此, 同一时间、同一高度、不 同地点的气温是不同的。气温差造成气压差, 在气压梯度力作用下, 空 气从高压流向低压, 空气的运动就产生了天气。
1 世界天气预报的发展 天气的寒热阴晴对人类的衣食住行有着直接的影响, 无论你爱它、 恨它或是祈求它、诅咒它, 天气总是客观存在的。世界各国人民在与大 自然的斗争中对天气的变化进行观测, 并摸索出一定的规律。天气谚语 是以成语或歌谣形式在民间流传的有关天气变化的经验。 从世界范围内 看, 大气探测是在物理 学基础上逐 渐发展起来 的。 19 世纪中期电报以及正规的气象台站网的出现, 有助于大量气 象资料 的积累, 加快了天气预报理论的发展。 20 世纪初, 以皮叶克尼斯父子为代表的挪威学派提出锋面理论和 气旋波理论, 使人们预报 3 天之内的短期天气状况成为可能。这些理论 成为现代天气预报理论的基础之一, 它不仅丰富了分析天气图的内容, 而且使连续的天气图变成了一张反映气团、气旋等天气系统变化、移动 的“连环画”, 只要跟踪观测和分析这些天气系统的移动和变化, 就可 以进行天气预报了。这时的各种气象数值都是在地面测得的, 而对天气 影响巨大的空中, 各种气象数值还没法测得到, 因此, 天气预报仍然不 很准确。当时的气象预报人员只能依靠气象站观测到的资料和天气图, 来分析其变化的趋势, 进而预报未来的天气。 19 2 7 年, 高空无线电探空仪被发明, 这种电子仪器被悬挂在氢气 球下升入空中, 一路上将测得的气象资料用无线电信号发回到地面接收 站。现在气球探空的方法全世界仍在沿用, 气球的上升高度一般可 达 30 公里以上。通过气球探空可以获得 空中各个高度上的 气压、气温、 湿度以及风向、风速等数值, 并积累了大量高空气象资料。 在此基础上, 气象学家 罗斯 贝提出大气长波理论, 延 长了天气预 报的时效, 开创了三维空间的天气分析, 使制作 3 天至 5 天的中期预报 成为了可能。更重要的是, 它表明高空长波的活动规律可以根据流体运 动的物理定理, 用数学的方法推导出来, 使气象学走上了正确的轨道。
天气预报的发展历程
MMDD2表示当天日期
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冻雨
健康与卫生
山体滑坡 泥石流 龙卷 台风 沙尘 雾 冰雹
与国土 资、风、降水等）
洪水 渍涝 流域面雨量
城市生态 绿色生产率 粮食安全、生态
农业气象与生态
空气污染 气溶胶组分 核/有害污染物 污染气体
与国家环保 总局联合
与水利 部联合
已经开展的预报业务
未来可以开展的预报业务
fcMMDD20.0721
目的：中央台制作的客 目的：中央台制作的客观 观要素城市预报，生成 要素城市预报，生成ci和 ci和fc文件； fc文件；
目的：上面的程序检查 目的：上面的程序检查客 客观要素预报有无漏报 观要素预报有无漏报或温 或温度差异过大；右边 度差异过大；右边的程序 的程序检查地方台的城 市预报 检查地方台的城市预报
国外天气预报流程
A:预报和服务内容
拟写国外天气预报电视稿 制作世界80城市24、48小时天气预报 决策服务、日常用户服务及临时任务
一
B:预报参考工具及资料
11、 欧洲中心南、北半球：地面气压场、500HPA高度场、850HPA温
度预报场的00、24、48、72小时预报图。 22、全球地面各时次实况资料。 33、日本、德国24、48、72小时降水预报资料。 44、覆盖全球五大洲的静止气象卫星云图 (1) 西太平洋、亚洲东部、澳大利亚地区云图 (2) 印度洋、欧洲东部、亚洲西部地区云图 (3) 欧洲、非洲地区云图 (4) 大西洋、北美洲东部、南美洲地区云图 (5) 东太平洋、北美洲西部的云图
天气预报的发展历史
第三章天气预报发展历程北京大学钱维宏引言天气预报作为一种信息与人们的生产和生活息息相关。
天气预报,从定性描述到逐步定量预测, 经历了几千年的发展历史。
发展的过程也是对自然认识得到提升和预测方法不断完善与建立的过程。
第三章从天气预报要回答的基本问题出发，依次综述了古代天气预报、早期天气预报、近代天气预报和现代天气预报的发展历程，最后提出了未来天气预报中思路更新和方法改进的可能。
3.1 天气预报天气预报要回答两个基本的问题，即什么是天气和天气要预报什么？什么是天气，事关天气的定义。
天气要预报什么，事关天气预报的内容。
3.1.1 天气的定义天气是多气象要素（温度、气压、湿度、风等）随时间的连续变化及其产生的各种现象（如云、雨雪、雷暴、雾霾、沙尘暴等）。
对这些气象要素的变化和出现的现象，人们都是可以感知的，如人们可以感知气温有24小时的日变化（午后热，清晨凉）和不同日之间的变化（寒潮降温和高温热浪）。
天气和气象要素变化是与中尺度—天气尺度（200～2000km）系统的生消和移动相联系的。
因此，天气系统的移动速度和生命期决定了局地天气变化的时间尺度，或天气过程。
图1是气旋天气系统的移动与消亡（锢囚）过程[1]，云雨区和冷暖风向变化是随天气系统的移动而变化的。
图1 气旋天气系统的移动与消亡（锢囚）过程。
上图为地面图，阴影部分为云雨区，箭头为地面风向，红色箭头为暖风，蓝色为冷风，实线为等压线，带三角和半圆的线分别为冷暖锋。
下图为沿A-B的垂直剖面。
天气的一些要素，特别是气温、降水、能见度和风，在量值变率上不超过一定的限度，对人们的生产和生活不构成威胁，这样的天气属于正常的范围，即正常的天气。
它们的变化量值超过了一定的限度（阈值）会给人们的生产和生活造成危害，对应的异常天气称为极端天气。
不同的极端天气事件要比较它们的持续时间、强度差异和影响的区域范围。
持续时间越长、影响范围越大，和越强的极端天气事件形成的危害会越大。
国家气象中心数值模式及其产品
计算机 CRAY-C92 CRAY-C92 DEC-ALPHA
SP-2 神威-1
CRAY-C92 IBM-SP 神威-1 神威-1
DEC-ALPHA IBM-SP IBM-SP IBM-1S0P
集合数值天气预报系统
• 建立了多套集合数值天气预报系统：
业务模式系统 区域台风路径预报系统（MTTP）
核污染扩散传输模式系统 核污染扩散传输模式系统(HYSPLIT4)
北京地区中尺度模式系统 华北地区中尺度模式系统（HB-MM5）
NMC中尺度模式系统 森林火险气象条件预报(模型)
森林火险气象等级预报系统 中期集合预报系统 T106L19/32成员 城市空气质量预报系统(47个城市)
5
国内80-90年代的数值模式发展
中期数值预报模式（李泽椿、 纪立人等）
2层全球格点模式（曾庆存、梁信忠等） 4层海洋环流模式（张学洪等） HLAFS 模式（张玉玲、郭肖容等） p-混合坐标模式（钱永甫等） YH模式（颜宏等） TL系列模式（薛纪善等） REM -坐标（宇如聪、曾庆存等） 海气耦合模式（曾庆存、张学洪等）
短期气候预测动力模式系统（BCC，IAP等）
不完全！ 耦合气候系统模式（IAP等）
2020/8/16 ••••••
6
中国数值预报业务的进步
2000以后
90年代 (全球、区域)
1991 1992 1995 1996 1997 1998
80年代(A\B模式)
T42L9 LAFS T63L1 HLA T106 HLA 6 FS L19 FS05
时间
1980
1982
天气预报发展史
甲骨文中大量内容是占卜预报天气
• 我国商代后期（公元前13丐纪至前11丐 纪），人们用占卜预测气象、天象、疾 病、生育和戓争等等。帝王帯用甲骨占 卜吉凶，卜毕将所问之事戒所得结果刻 在龟甲戒兽骨上，称作商代甲骨文，大 量出土亍河南安阳殷墟。占卜中关亍风 、雨、水等斱面的卜辞可以看作是原始 的天气预报。 有人仍317片甲骨文中迚行统计，发现 有107片是不气象有关的。其中，卜雨 的有93片，卜晴的有4片，卜暴雨的有5 片，卜雪、卜雹的各1片。这是已知的 丐界上最早的天气预报。这种法子，我 们的祖先大概用了几千年之久。 在殷周时期，我国劳劢人民就已经总结 出许多预测天气变化的经验。如，《昡 秋》记载称，在冬天，当天空中出现满 天一色的阴于——即“天上同于”时， 则未来要“雨雪雰雰”；当在夏天看到 乌于发展，即“有渰萋萋”时，则将大 雨瓢泼，即“兴雨祁祁”了。唐朝的《 相雨书》中，有更通俗形象的记载：“ 于逆风而行者，即雨也。”这类的经验 预报，已具有科学内容。
戓争催生现代意义的天气预报
• 丐界上第一张天气图诞生亍1820年。丌过，仍丐界范围内看 ，现代意义上的天气预报业务不1854年黑海的一场强烈风暴 有密切的关联。 1854年11月，英法联合舰队在黑海上和俄军决戓，可是还未 开戓，英法联合舰队就遭到了一场强风暴的袭击，一下子沉 没了30多艘舰船，元气大伤。事后，巳黎天文台台长勒弗里 埃受命调查这次风暴的来龙去脉。 勒弗里埃发信给各国天文、气象学家，收集1854年11月12日 至16日这5天的气象资料。这一行劢得到诸多科学家的鼎力支 持和帮劣。他依次把同一时间的各地气象情况填写在一张图 上，经分析发现，这次风暴是自西向东南秱劢的。当它经过 欧洲，在到达联军舰队所在地的前一两天，西班牙和法国西 部已受其影响。那时电报业已发明，如果当时欧洲沿大西洋 一带设有气象站，风暴情报就可以及时电告英法舰队，就可 能避克这次风暴的袭击了。
NCEP、ECMWF及CMC全球集合预报业务系统发展综述
NCEP、ECMWF及CMC全球集合预报业务系统发展综述NCEP、ECMWF及CMC全球集合预报业务系统发展综述随着气候变化的不断加剧和对气象预测精度的不断提升需求，全球集合预报业务系统（Ensemble Prediction System，简称EPS）逐渐受到关注。
NCEP（美国国家环境预报中心）、ECMWF（欧洲中期天气预报中心）以及CMC（加拿大气象中心）作为全球领先的气象预测机构，其开发和应用的EPS系统在全球范围内起到了重要的作用。
本文将综述NCEP、ECMWF及CMC全球集合预报业务系统的发展历程和进展。
自20世纪50年代起，NCEP、ECMWF和CMC三个机构陆续开始研发EPS系统。
NCEP是全球集合预报系统的先驱，于1963年开发出了世界上第一个EPS系统，名为GEFS（Global Ensemble Forecast System）。
GEFS以多模式集合预报方法为基础，通过向初始条件和模型参数引入一定的随机扰动，产生多个初始场和模拟结果，以得到多个可能的未来演变路径。
GEFS系统在气象预测中具有重要意义，为气象预报领域的集合预报技术的发展奠定了基础。
ECMWF在NCEP后紧随其后，于1970年代也开始研发EPS系统。
ECMWF的EPS系统名为ECMWF-ENS（European Centrefor Medium-Range Weather Forecasts Ensemble Prediction System）。
ECMWF-ENS在集合预报方法上与GEFS类似，但在技术和数值模型上有其独特的优势。
ECMWF系统采用了先进的集合预报方法，通过在初始条件和模型参数上引入随机扰动，产生多个初始场和模拟结果，为气象预测提供了多个可能的结果，并通过统计方法将这些结果融合、加权得到最终的预报结果。
CMC则是在1980年代开始研发EPS系统的，其系统名为CMC-GEPS（Canadian Meteorological Centre Global Ensemble Prediction System）。