天气形势的天气学预报方法
天气预报的科学原理
天气预报的科学原理天气预报是指根据气象学原理和气象观测数据，通过分析和推算，预测未来一段时间内的天气情况。
它是现代社会中非常重要的一项服务，对于人们的生活、农业、交通、航空等方面都有着重要的影响。
那么，天气预报的科学原理是什么呢？一、气象学原理天气预报的科学基础是气象学，它研究大气的物理、化学和动力学过程，以及大气与地球其他部分的相互作用。
气象学的发展使得我们能够更好地理解和预测天气现象。
1. 大气的组成和结构大气主要由氮气、氧气、水蒸气、二氧化碳等组成，其中水蒸气是天气变化的重要因素。
大气分为对流层和平流层两个主要部分，对流层是天气活动最为剧烈的区域。
2. 大气的运动和循环大气中存在着各种尺度的运动，从微观的涡旋到宏观的风系统。
这些运动形成了大气的循环，如地转风、季风、锋面等。
通过研究大气的运动和循环，可以预测天气的变化趋势。
3. 大气中的能量交换太阳辐射是地球上大气和地表能量的主要来源，它通过辐射、传导和对流等方式与大气和地表相互作用。
这种能量交换影响着大气的温度、湿度和压强等参数，从而影响天气的形成和变化。
二、气象观测数据天气预报需要依靠大量的气象观测数据，包括气温、湿度、气压、风向、风速、降水量等。
这些数据通过气象观测站、卫星、雷达等设备进行采集和传输。
1. 气象观测站气象观测站是进行气象观测的基本单位，它们分布在全球各地，通过测量仪器记录气象要素的数值。
观测站的数据是天气预报的重要数据来源。
2. 卫星观测气象卫星可以提供全球范围内的气象观测数据，包括云图、水汽图、温度图等。
这些数据对于预测大范围天气系统的移动和发展非常重要。
3. 雷达观测气象雷达可以探测降水、风暴等天气现象，提供高时空分辨率的观测数据。
这些数据对于短时降水和强对流天气的预报非常有帮助。
三、天气预报方法天气预报的方法主要包括经验预报、数值模式预报和统计预报。
1. 经验预报经验预报是基于气象学家的经验和观察，结合历史气象数据进行预测。
科学天气预报是怎么制作出来的知识点
科学天气预报是怎么制作出来的知识点
天气预报的制作是一个复杂的过程，它涉及到气象资料的收集、分析和计算，以及预报员会商等多个步骤。
以下是对这些步骤的详细解释：
1. 气象资料收集：气象资料的收集是制作天气预报的基础。
这些资料主要通过地面和高空观测站、气象卫星和雷达等设备来收集。
这些设备会收集大量的气象数据，包括温度、湿度、气压、风速、风向、降水等。
2. 气象资料的分析与计算：在收集到气象数据后，气象学家会使用各种技术和算法对这些数据进行处理和分析。
这包括对数据的筛选、质量控制、插值、融合等。
通过对数据的分析和计算，气象学家可以识别出天气系统的发展和演变趋势，以及预测未来的天气状况。
3. 预报员会商：在分析和计算出数据后，预报员们会进行会商，讨论未来的天气趋势。
他们将根据数据和自己的经验，对未来的天气做出预测。
这个过程需要群策群力，因为不同的预报员可能有不同的观点和经验，通过讨论和交流，可以得出更加准确和可靠的预报结论。
4. 得到预报结论并对外发布：在经过上述步骤后，预报员们会得出比较可靠的预报意见。
这些意见会被制作成各种预报产品，如天气图、气象预报图等，并通过电视、广播、互联网等渠道对外发布。
这些预报产品可以帮助人们了解未来的天气状况，并做出相应的计划和决策。
总之，科学天气预报的制作是一个复杂而精细的过程，它需要多方面的技术和专业知识。
通过气象资料的收集、分析和计算，以及预报员会商和对外发布等步骤，我们可以得出比较准确和可靠的天气预报结论。
天气变化教案——如何进行长期天气趋势预测
天气变化教案——如何进行长期天气趋势预测。
天气趋势预测的技术从过去就一直在发展。
从人类历史上最初的观察和经验，到现代大数据技术的应用，我们的预测能力已经有了质的飞跃。
在过去，天气预报主要基于经验和物理模型。
它们是基于地理和气象数据，通过使用简单的计算模型来预测天气的。
现代天气趋势预测通过使用更高级的技术，可以更好地预测天气变化。
以下是目前主要的天气趋势预测技术：1.基于物理模型的天气预测基于物理模型的天气预测是我们最早的天气预测方式。
它使用数学模型来模拟大气的物理过程，以及气温、风速、湿度、雨量等现象的演化。
这种方法需要进行大量数据的收集和长时间的计算，因此它需要一些强大的计算能力。
2.基于统计学的天气预测基于统计学的天气预测是一个更加简单的方法。
它利用历史天气数据来研究不同的天气模式，并假设这些模式会继续下去，因此可以将数据中的规律进行拟合，从而进行预测。
它是一个相对简单的方法，但由于缺少一些重要的气象因素，它的准确性可能不如其他方法。
3.基于人工神经网络的天气预测基于人工神经网络的天气预测，也称为基于机器学习的天气预测。
它使用技术来识别不同的变量之间的关系和模式。
它使用这些模式来预测未来的天气。
这种方法可以自适应地将新数据集合成已知数据集，从而提高预测结果的准确性。
现代的长期天气预测使用的是一种新型的，称为同化的方法。
同化是一种整合不同类型的气象数据的处理方法。
使用同化消除不确定性，提高气象数据的准确性，从而使天气预测更加精确。
在进行长期天气预测时，需要考虑诸如地理、气象、农业、环境等因素。
因此，这个过程需要大量的数据收集、整理和处理。
随着技术的不断发展，我们可以获得越来越多的数据。
这些数据包括气象信息、卫星图像、遥感数据、氧同位素数据、地质学数据等等。
同时还需要明确预测的时间范围，从这个层面来考虑预测结果的精确度，因为一旦超出了几个月的时间周期，预测准确度将会急剧下降，同时还存在诸如异常天气、补偿下雨量等因素可能会对预测造成影响。
天气形势的天气学预报方法
天气形势的天气学预报方法天气学预报方法是一种定性的、经验性的传统预报方法。
虽然，目前天气形势与气象要素预报已愈来愈依靠数值预报方法，但在很多情况下，特别是局地天气、航线天气等的预报中，天气学方法仍然是十分重要的方法。
下面简单介绍几种应用天气图进行天气形势预报的基本方法。
一、外推法根据最近一段时间内天气系统的移动速度和强度变化的规律，顺时外延，预报出系统未来的移动速度和强度变化，这种方法叫做外推法。
外推法又可分为两种情况：一种是等速外推。
等速外推就是假定系统的移动速度或强度变化基本上不随时间而改变，即与时间成直线关系，外推按这种规律进行，故等速外推又叫做直线外推；另一种是变速外推。
变速外推假定系统的移动速度或强度变化接近“匀变速”状态，即与时间成曲线关系，这时外推时要考虑它们的“变速”情况，故变速外推又叫做曲线外推。
直线外推只需要根据当时和上一时次的两张天气图即可进行，而曲线外推需要利用三张（或以上）天气图进行比较才能进行。
显然，曲线外推要比直线外推更全面些，但是由于实际天气过程的复杂性，曲线外推并不一定比直线外推更准确，因此，使用外推法时必须结合其他预报方法。
应用外推法可以对高、低压系统和槽、脊的移动和强度作出预报。
下面以闭合系统为例说明外推法的应用。
直线外推。
设12 h前低压中心位于点“1”(图11.2 (a))，其中心气压为1008 hPa，作预报时的低压中心位于点“2”，其中心气压为1006 hPa，加深了2 hPa，移动距离为S1。
按直线外推可以预报，12 h后该低压中心将移至点“3”，移动的距离S2=S1；中心气压将继续降低2 hPa，达1004 hPa。
曲线外推。
设24 h前低压中心的位置在点“1”(图11.2 (b))，中心气压为1 011 hPa；1 2 h前中心位置在点“2”，移动距离为S1，中心气压为1002 hPa，加深了9 hPa；作预报时的中心位置在点“3”，中心气压为995 hPa，过去12 h移向向左偏了一个角度，移动距离为S2，加深了7 hPa。
天气学原理：第5章 天气形势及天气要素的预报1
第五章 天气形势及天气要素 的预报
§5.1 天气系统及天气形势的天气学预报方法 §5.2 气象要素和天气现象的天气学预报方法 §5.3 数值预报产品的释用
§5.1 天气系统及天气形势的天气学预报方法
NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SCIENCE & TECHNOLOGY
4.应用外推法应注意的问题
（1）大气运动处于相对稳定状态时，天气系
统的运动速度和强度变化通常是渐进的，且具
有连续性－－外推法比较有效。
（2）当大气处于显著变动时，或者大气运动
由相对地稳定的状态转为显著地变动的状态时
局地变化
平流变化
大气科学学院 王黎娟
NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SCIENCE & TECHNOLOGY
3. 用运动学方法预报气压系统的移动
在运动系统上，选取一些特定点或特定线，使得在这些点或线
上某要素在运动坐标系中的局地变化为零，即 则
δ δt
=
，
0
δ
=
∂
槽上： ∂ 2 H
∂x 2
>0
∂ (∂H )
∂2H
C
=
−
∂t ∂
∂x ( ∂H
)
=
−
∂x∂t ∂2H
∂x ∂x
∂x 2
若
∂ ∂x
( ∂H ∂t
)
<
0
，变高（压）沿X方向减小，则C>0，槽前进，
沿变高（压）梯度方向移动。
天气预报的科学原理与技术手段
天气预报的科学原理与技术手段天气预报对于我们的生产、生活和出行都有着重要的影响。
而现在，随着科技的不断进步，我们的天气预报也变得越来越准确。
那么，天气预报的科学原理和技术手段是什么呢？一、气象学原理天气预报的基础在于气象学，它是一门涉及大自然的气体和水的物理、化学、生物学及地球物理学等相关内容的科学。
气象学主要研究大气物理学、大气化学、大气动力学、云物理学、天气学等。
大气物理学是研究大气的基本物理过程的科学，涉及的内容包括气压、气温、风力、云、降水等。
大气化学是研究大气中各种物质和它们的相互作用的科学，如空气中水蒸气的含量、臭氧层的形成和破坏等。
大气动力学是研究大气中的运动、能量传输和物质输送等的科学，比如风的形成和变化等。
云物理学主要研究云的性质、形成和发展等。
天气学则是教我们如何判断未来的天气变化。
二、天气预报技术手段天气预报的准确性与其技术手段有着很大的关系，下面就来简单了解一下它的几个主要技术手段。
1.卫星遥感探测技术卫星遥感探测技术是通过高空卫星对近地球的大气进行探测，以了解大气运动、云团位置、云量、温度、湿度、大气环流等信息。
卫星遥感探测技术可以实现不同高度、不同位置、不同方向、不同天气的大规模、多时相的观测，具有实时性、高精度及避免人力干扰等优点。
2.雷达探测技术雷达探测技术是利用微波雷达对大气参数进行探测无线电技术。
雷达探测技术可以测量气象物理量如降雨、风暴、气压、温度等，能够提供气调资料。
相对于卫星遥感技术，雷达探测技术的空间分辨率更高，能够实现多个向径的观测和高精度立体测量。
3.数值预报技术数值预报技术是将大气运动的动力方程通过计算机求解得到大气状态的变化，从而预测未来的天气变化。
数值预报技术能够分析和估计气象要素的数值，包括温度、湿度、压力及风场等。
数值预报技术能够覆盖世界各地，并能够模拟地球系统中各个不同的元素。
4.地面气象观测技术它是通过在地面布置气象观测仪器，实时测量气象参数，例如温度、湿度、大气压力、风速、降水量等气象要素的现场测量数据。
天气预报的方法
天气预报的3种方法（一）天气预报的内容和时效目前天气预报包括天气形势预报和气象要素预报两部分，前者对天气系统高压、低压、槽脊、锋面等等的移动、强度变化和生成、消亡的预报；后者是对气温、气压、湿度、能见度、风、云江水等等气象要素和天气现象的预报。
两者密其相关，天气形势是预报气象要素的基本依据。
预报时效包括短时预报、短期预报、中期预报和长期预报。
通常称时效在几个小时内的预报为短时预报，时效1~3天的预报为短期预报，时效为3~10天的预报为中期预报，时效10天以上的月、季年预报为长期预报，也有人把一年以上的预报成为超长期预报。
时效越短的预报，要求预报的越准确。
（二）天气预报方法目前气象台使用的天气预报方法，大体分为三类，即天气图法、数值预报法和数理预报法等。
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。
1．天气图预报法天气图预报法是出现最早的一种天气预报方法，目前仍然是大多数气象台采用的主要的方法。
天气图法是以天气图为基本工具的预报方法。
它从同一时刻的各层天气图上分析出天气系统及其结构和天气状况，又从前后连贯的几个时刻天气图上判断出这些天气系统的生成、移动、发展、消亡等等变化，以及各个天气系统之间的相互关系。
根据这些分析，应用天气动力学原理来预测各个天气系统的未来演变，作出天气形势预报。
再依据天气形势的可能演变趋势作出温度、气压、风、云、降水等等气象要素和天气现象的预报。
在天气预报过程中除了遵循天气学的分析原则以外，还与预报员的实践经验有很大关系。
因而天气图预报法带有一定的主观成分，预报的精确度受到一定的限制，它属于半经验性的预报。
在实际工作中经常使用的方法，一般是经验方法，如外推法、引导气流法及历史资料的应用等。
（1）外推法。
天气形势的发展一般都在一定时间内具有一定的持续性。
天气预报的基本思路和步骤(天气
要素预报结论(预报内容)写法示例
18-06时:
8-10Ac
4000-5000m 1h 8-10 Sc 1000-
1500m 4h 8- 10 Sc 600-1000m/ 6-9 Fn 200300m SW 1-3 m/s 22h 0-2m/s >10Km 1h 6-10 Km 下半夜有小雨 Tmin: 18º C
要素预报结论（预报内容）
项 目 ：云 （ 量、 状 、高 ） 、风 （ 风向 、 风
速）、能见度、Tmax、Tmin及天气现象的预 报 结 论 ， 按 规 定 预 报 用 语 书 写 。 时 段 ： 若 作 某 地 24 小 时 预 报 ， 按 规 定 分 18~06 ， 06~18 时或 20~08 ， 08~20 时两个时 段分别填写。
垂直于锋的风分量越大,锋移动越快。
(7)统计规律及指标的应用：
一般随季节、地区不同而异。
(8)高压轴向： (9)卫星云图、天气实况演变： (10)数值预报结果：
要素预报理由
从各气象要素形成的条件和影响因子入手，进行 分析
1、云和降水 (1)垂直运动条件：
a.分析空中槽、切变线、锋、低值系统等影响系 统的情况；
一点说明： 只要能将预报结果按规定准确表达出来，写法 可以是各种各样的，没有统一规定一定要怎样写。 但由于填写预报单的目的、作用不同，在写法 上应有所区别：
日常服务——主要写明要素预报结论，通常不写预报理由。 天气日志——除要素预报结论外，还要有简单的理由（主 要是写结论性理由），便于以后作预报检查、天气小结等。 考核——要素、形势预报的结论和理由均要写，且预报理 由应比较充分，使考核者能从中了解你的预报思路和分析 问题的能力。 考核时，因为一次预报的准确性具有偶然性，故不能单纯 用要素预报准确情况来定成绩。一般具体要素预报得分比 重在50%以下，理由分析占一半或一半以上（即使预报有 出入，但理由分析充分、合理、没有矛盾，也可得分）。 当然理由与要素预报结论有联系，理由充分、合理，一般 预报结论也较准确。
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天气形势的天气学预报方法
天气学预报方法是一种定性的、经验性的传统预报方法。
虽然，目前天气形势与气象要素预报已愈来愈依靠数值预报方法，但在很多情况下，特别是局地天气、航线天气等的预报中，天气学方法仍然是十分重要的方法。
下面简单介绍几种应用天气图进行天气形势预报的基本方法。
一、外推法
根据最近一段时间内天气系统的移动速度和强度变化的规律，顺时外延，预报出系统未来的移动速度和强度变化，这种方法叫做外推法。
外推法又可分为两种情况：一种是等速外推。
等速外推就是假定系统的移动速度或强度变化基本上不随时间而改变，即与时间成直线关系，外推按这种规律进行，故等速外推又叫做直线外推；另一种是变速外推。
变速外推假定系统的移动速度或强度变化接近“匀变速”状态，即与时间成曲线关系，这时外推时要考虑它们的“变速”情况，故变速外推又叫做曲线外推。
直线外推只需要根据当时和上一时次的两张天气图即可进行，而曲线外推需要利用三张（或以上）天气图进行比较才能进行。
显然，曲线外推要比直线外推更全面些，但是由于实际天气过程的复杂性，曲线外推并不一定比直线外推更准确，因此，使用外推法时必须结合其他预报方法。
应用外推法可以对高、低压系统和槽、脊的移动和强度作出预报。
下面以闭合系统为例说明外推法的应用。
直线外推。
设12 h前低压中心位于点“1”(图11.2 (a))，其中心气压为1008 hPa，作预报时的低压中心位于点“2”，其中心气压为1006 hPa，加深了2 hPa，移动距离为S1。
按直线外推可以预报，12 h后该低压中心将移至点“3”，移动的距离S2=S1；中心气压将继续降低2 hPa，达1004 hPa。
曲线外推。
设24 h前低压中心的位置在点“1”(图11.2 (b))，中心气压为1 011 hPa；1 2 h前中心位置在点“2”，移动距离为S1，中心气压为1002 hPa，加深了9 hPa；作预报时的中心位置在点“3”，中心气压为995 hPa，过去12 h移向向左偏了一个角度，移动距离为S2，加深了7 hPa。
由图可见，低压中心的移动是减速的，中心气压的降低也是减速的。
这种情况可按曲线外推，预报未来12 h，低压中心的移动距离S3=S2-(S1-S2)=2S2-S1，移动
方向也将继续向左偏一个角度，12h后中心位置将到达“4”，中心气压为995-7+(9-7)=99 0(hPa)。
图11.2 闭合系统的外推
外推法不仅可以用于天气形势预报，还可用于天气区（如大风、雾区和降水区等）的预报。
但使用外推法时，必需注意：①外推时间不能过长，预报时效以6～12小时为宜，最好不超过36小时。
②天气系统是否会发生突变。
当天气系统处于显著变动状态时，天气系统的运动速度和强度就会发生剧烈变化，这时就不能简单地用外推法进行预报。
二、引导气流法
观测表明，地面高、低压中心的移动方向与系统中心上空平均层上的气流方向基本一致，移速与高空风成一定比例。
实际工作中可利用700hPa或 500hPa等压面上的地转风加以适当订正以预报地面系统中心的移动，这就是所谓的“引导气流法”（如图11.3所示）。
根据统计，地面气压系统中心的移动速度为其上空500hPa风速的0.5～0.7倍，700hPa风速的0. 8～1.0倍。
通常夏季引导层较高，常用500hPa等压面作引导层，冬季引导层较低，常用7
00hPa等压面作引导层。
应用引导气流法时应注意：①要考虑引导气流本身
速度和方向可能发生的变化；②对于暖高压和冷低
压之类的准静止性的深厚系统，不能应用引导气流
法；3）引导气流越强，效果越好。
三、经验预报法
1.相似形势法
一般来说，在不同时间的天气图上的天气形势和天气过程是不完全相同的。
但是，如果只考虑其主要方面，忽略次要方面，在大量的历史天气图中，总可以归纳出若干具有代表性的天气形势和天气过程，以此作为预报模式。
在预报天气形势时，如果当时的天气形势和过程与
某一模式的前期情况相似，我们就可以参考该模式的后期形势进行预报，这种方法称为相似形势法或模式法。
例如我国的寒潮天气过程就可以基本上归纳为小槽发展型、横槽转竖型、低槽东移型和纬向环流型等几种模式。
我国东部沿海的偏南大风和平流雾也总结出几种天气型。
但实际天气过程不会与典型过程完全一致，所以在用相似形势法进行预报时，还必须着重分析影响当时天气系统运动发展的其他因素，预报模式只能作为一种参考。
2.统计资料法
所谓统计资料法就是用统计的方法，从大量的历史资料中统计出各种天气系统的移动路径、速度和中心强度等的平均数据，以供预报时参考。
例如，统计表明，在冬季，我国北方（3 5o以北）高空槽移速多在40 km/h以上，而在夏季，高空槽移速只有25 km/h左右。
类似地还可以统计出气旋移速和锋面移速等等。
这些统计数据都可以作为预报时的参考资料。
在航海气候资料中可以查到这些统计数据，海员在航海实践中也应不断积累这方面的资料，这些资料对做好航线天气分析和预测是很有帮助的。
四、物理分析方法
天气形势预报中主要是气压场形势的预报。
引起气压变化的主要因素是动力因子与热力因子，物理分析法就是主要考虑了影响气压变化的温度平流(热力因子)和涡度平流(动力因子)的作用来进行高空形势预报的方法。
1．冷暖平流法
冷暖平流是引起气压变化的一个重要因素。
在对流层中、上层，冷平流引起减压，暖平流引起加压；在对流层低层，其作用相反。
据此总结出在700 hPa或500 hPa等压面图上应用冷暖平流的三条重要规则：
①当温度槽落后于高度槽，高度槽线附近及槽后有明显的冷平流时，则该槽将加深，如图1
1.4 (a)；反之，当温度槽超前于高度槽，高度槽线附近及槽后出现暖平流时，则该槽将迅速减弱，如图11.4(b)。
②当温度脊落后于高度脊，脊线附近及脊后有明显的暖平流时，则该脊将加强，如图11.4
(c)；反之，当温度脊超前于高度脊，脊线附近和脊后有冷平流时，则该脊将迅速减弱，如
图11.4(d) 。
③当温度槽与高度槽重合，或者温度脊与高度
脊重合时，冷暖平流微弱，则槽或脊未来强度
变化不大，并且位置稳定少动。
应用冷暖平流法应注意以下几点：①在等温线
密集的区域(锋区)预报效果好，在等温线稀疏
的区域，预报效果较差；②冷暖平流法不能用
于预报气压系统中心强度的变化；③应考虑
冷、暖平流本身强度的变化。
2．涡度平流法
涡度是度量空气元量(无限小的空气块)旋转程度和旋转方向的物理量。
气象学上规定：空气元量绕垂直轴逆时针旋转时，具有正涡度；空气元量绕垂直轴顺时针旋转时，具有负涡度。
因此，在北半球，低压槽(或低压)中空气具有正涡度，高压脊(或高压)中空气具有负涡度。
当空气从涡度高值区流向低值区使局地涡度增大时，为正涡度平流；当空气从涡度低值区流向涡度高值区使局地涡度减少时，为负涡度平流。
正涡度平流引起减压，负涡度平流引起加压。
根据涡度平流规则，得到预报气压系统的移动和强度变化的定性规则如下：
①疏散槽（疏散脊）是发展的；汇合槽（汇合脊）是减弱的（如图11.5所示）。
②对称性的槽（脊）没有发展，当槽（脊）前疏散，槽（脊）后汇合时，槽（脊）移动迅速；当槽（脊）前汇合，槽（脊）后疏散时，槽（脊）移动缓慢（如图11.6所示）。
图11.5 非对称槽脊的强度变化
图11.6对称槽脊的移动快慢。