数值预报及其产品
天气原理第5章 -06-数值预报产品释用(ppt文档)
1. 数值预报产品的定性应用方法 2 数值预报产品的定量应用方法
1 数值预报产品的定性应用方法
定性应用数值预报产品制作天气预报，实际上就是把天 气学理论和天气图预报方法进行移植和扩展。不同于传统天气 预报方法的是，将对前期和现时实况天气图的时间、空间分析 延伸到了未来(利用了数值预报结果)，并把传统天气图方法中 对气压场、高度场(风场)及温度场、湿度场的分析和预报扩展 到对物理量场的分析和预报，我们把这种分析预报过程称之为 “纵横分析”。在形势分析、预报的基础上，与天气学方法相 应的一些具体预报方法也可用于数值预报产品的应用。
PP法由于应用了数值预报结果，其预报精度一般可高于由前 期因子报后期状态的经典统计预报法(Classic Statistics，简 称CS)。又因它可利用大量的历史资料进行统计，因此得出的 统计规律一般比较稳定可靠。它可以利用不同的数值模式的 输出产品进行预报，且随着数值模式的改进，PP法会自动地 随之提高预报准确率。且由于数值模式改动时，事先建立的 统计关系不会受到影响，因而不会影响业务工作的连续进行。
目前用得最多、效果较好的统计动力预报法主要以完全预报 (Perfect Prediction，简称PP)法和模式输出统计(Model Output Statistics，简称MOS)预报法为代表。后来，人们在实践中发现， 把预报员的经验、诊断量与模式输出产品相结合(称为MED方 法)，预报的效果可更好，从而以此为思路产生了相应的一些综 合预报方法。
用传统的相似形势法作气象要素预报，要在事先用历史资 料把各种天气出现时的地面或空中形势归纳成若干型天气－气 候模型，并统计各型的相似天气过程与预报区天气的关系。作 预报时；只要根据当时的天气形势及其演变特点，找到历史相 似天气型，即可作出相应的天气预报。
格点气象数值预报在电网防灾减灾中的应用
格点气象数值预报在电网防灾减灾中的应用周海松;陈佩琳;张建伟【摘要】This article points out the increasingly significant impact of meteorological disasters on the safe production and stable operation of the electric power grid. Many of the electric power grid enterprises are deepening the application of meteorological information to reduce the losses resulted from meteorological disasters. The grid-based numerical weather prediction is a field forecast which is continuous in time,dense in record and easy to realize. Starting from the realistic needs of the electric power grid production and operation,this article proposes a method to predict the ampacity of transmission lines based on the primary application of the grid-based numerical weather prediction information collected from the meteorological information system of Shanxi electric power grid.% 气象灾害对电网安全生产和稳定运行的影响越来越大，电网企业正在深化应用气象信息，减少气象灾害带来的损失。
不同数值预报产品对比分析及其效果检验
2021.08科学技术创新随着数值与预报产品的快速发展,数值预报产品不断完善,预报精度也越来越高,但各种数值预报产品都有各自的优缺点,并且在预报时还要考虑地形、边界条件、初始场、物理过程及模式自身的影响,尤其是对定量降水预报无论是从量级大小,还是从空间分布来看都不可避免的会存在一些误差[1]。
因此,对数值预报产品的对比检验和分析,需要选择更好的数值预报产品来提高预报的准确率。
预报员应用数值预报产品时,对数值模式预报的形势场、要素场在时效、移动、强弱等方面,时常感到有定性的预报偏差,这给天气预报带来了一定的困难,并且随着预报时间的增加,预报误差也逐渐增大,准确率随之减弱[2-4]。
除此之外,预报员应该在预报的过程中要对预报误差检验并且分析,了解预报产品性能,从而得出结论,提高对数值预报产品的利用率[5]。
1资料与研究方法本文采取四川省2015年8月1日-30日20时的24h 累计降水量资料、ECM W F 、T639模式20时24h 和48h 的网格点降水资料,把当天20时ECM W F 和T63924h 、48h 传真降水预报资料分别插值到四个(温江站,西昌站,甘孜站,红原站)站点上,获得两种预报产品,其中西昌站实况降水观测资料中8月2日和7日缺测,在统计过程中降水以0.0m m 处理。
本文对四川盆地的降水量级进行检验,从而了解降水模式的预报性能。
2模式预报对降水量的检验降水过程是由各种天气尺度系统相互作用产生的,而这种相互作用是复杂多变的,因此,主观分析无法对各种降水预报时效的预报效果作长时间的尺度分析,本节资料选择8月的降水预报24h 、48h 预报时效的24h 预报值与其对应时间段的24h 实况值进行检验分析,检验的客观方法选择TS 评分检验和预报偏差B 值检验,另有空报率和漏报率辅助检验。
降水检验时,定义24小时降水量为8月每日20时到次日20时的累计降水量,相对应模式预报为24h 降水量。
成都市一次大暴雨天气过程分析与降水数值预报产品的MODE评估
成都市一次大暴雨天气过程分析与降水数值预报产品的MODE评估发布时间：2021-09-07T10:07:43.203Z 来源：《探索科学》2021年7月下14期作者：何莎1 房玉洁1 陈思济1吉璐莹2.3[导读] 利用四川省成都市郫都区国家站和区域站实况降雨量资料、探空资料、数值预报产品、多普勒天气雷达资料对2020年8月10日20时-12日20时发生在成都市郫都区的一次大暴雨天气过程进行分析。
1.成都市郫都区气象局，何莎1 ，房玉洁1 ，陈思济1 成都 610000；2.南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心吉璐莹2，南京 210044；3.天气在线气象应用研究所，吉璐莹3 无锡 214000摘要：利用四川省成都市郫都区国家站和区域站实况降雨量资料、探空资料、数值预报产品、多普勒天气雷达资料对2020年8月10日20时-12日20时发生在成都市郫都区的一次大暴雨天气过程进行分析。
结果表明：（1）此次大暴雨天气过程高层主要受高原低值系统影响，同时副热带高压西进，中低层不断有偏南暖湿气流向盆地内输送水汽。
与此同时，在降雨过程发生前连续2天出现高温天气，郫都区最高气温超过35℃，大气层结处于不稳定状态，有利于强对流天气发生。
降雨过程中郫都区具有明显的强上升运动。
（2）多普勒雷达资料显示此次降水过程主要分为两个时段：11日06时-16时、12日02时-14时，对流云团均自西向东移动发展。
（3）利用基于对象的空间检验方法MODE对SWC数值预报进行评估，表明SWC数值预报对此次过程的降水量级和落区预报相对比较准确，ECMWF和GRAPES数值预报降水预报与郫都区实况存在较大差异。
关键词：大暴雨; 多普勒雷达; 降水检验; 基于对象的检验评估方法MODE引言暴雨洪涝是四川发生频率最高、危害最重的气象灾害之一。
随着社会经济不断发展，暴雨引发的洪涝灾害不仅对农业、工业、交通运输等行业有严重的影响，容易造成极大的经济损失，还会严重危害人民的生命财产。
数值预报方法
v v v v 1 P u v w fu Fry t x y z y
w w w w 1 P u v w g Frz t x y z z
u v w V t x y z
t
为局地变化项
w z
u v , x y
分别为水平输送项（平流项）和 垂直输送项。
直到目前为止，这套大气动力方程组 还没有解析解，只能求它的数值解。 于是发展了数值天气预报方法。
把大气动力方程组写成如下形式：
u u u u 1 P u v w fv Frx t x y z x
§5. 卫星、雷达探测资料的应用
一．气象卫星探测资料的应用 卫星自上而下观测地球大气，所拍 摄的云图直观、形象，加深了预报人员 对天气系统的理解，特别是在资料稀少 的高原、沙漠、海洋上，卫星资料起着 更为重要的作用。
卫星图像提供了在空间上连续的 资料， 从而提高了预报员解释常规观测 报告的能力。 因而卫星资料的应用促进 了天气预报准确率的提高。 在实际工作 中，可以应用卫星探测资料估计降水， 分析和预报热带气旋、 对流尺度天气和 天气尺度系统。
1959 年 Klein 等人首先提出了应用数 值预报产品制作局地天气预报的方法， 从而开创了把客观预报的两大分支— —数值预报和统计预报结合起来的动 力一统计预报方法。 目前在数值预报产 品释用中， 最常用的方法有完全预报方 法和模式输出统计方法。
1．完全预报方法 (1) 利用历史观测资料和统计方法来确 定局地气象要素的预报方程， (2) 把数值预报模式的输出结果代入统 计预报方程中制作预报。 这个方法是假定模式输出值与实测值 完全一致的， 即它认为数值预报是完全对 的，所以称为完全预报方法。
简答题总结
简答题总结第一章1、试分析比较梯度风和地转风的特点。
答案：1）梯度风平衡是水平气压梯度力、地转偏向力和惯性离心力平衡的运动。
2）地转风平衡是水平气压梯度力和地转偏向力平衡的运动。
3）地转风为直线运动，梯度风为曲线运动。
4）地转风风速与水平气压梯度成正比，与纬度成反比。
梯度风有惯性离心力的参与，风速大小比较复杂，有气旋和反气旋运动。
5）气旋式运动中梯度风比地转风小，在反气旋式运动中梯度风比地转风大。
2、热成风的概念。
答案：热成风与两层等压面之间的平均温度（厚度）线平行，热成风与平均温度梯度或厚度梯度成正比，与纬度成反比。
3、涡度、水汽通量、水汽通量散度的定义及它们的单位。
答案：涡度是衡量空气质块旋转运动强度的物理量，单位为1/秒，逆时针旋转时为正，顺时针旋转时为负。
水汽通量表示水汽输送强度的物理量。
是指在单位时间内流经某一单位面积的水汽质量，以克/秒为单位。
水汽通量散度表示输送来的水汽集中程度的物理量。
是指在单位时间，单位体积（底面积1厘米2，高1百帕）内汇合进来或辐散出去的水汽质量。
单位为克/（秒·厘米2·百帕）。
第二章2、请描述我国境内的气团活动及气团的天气。
答案：我国境内的气团多为变性气团；冬半年，极地大陆性气团影响――西伯利亚气团，冷性反气旋，伴随有干冷天气，与热带暖气团相遇时交界处多雨；热带海洋气团可影响华南、华东和云南；北极气团也可南下影响我国，造成寒潮天气；夏半年，西伯利亚气团影响长城以北地区，它与热带海洋气团交汇，是构成盛夏南北区域性降水的主要原因。
热带大陆性气团影响西部时被它持久控制的地区，就会造成严重干旱和酷暑；来自印度洋的赤道气团（季风气团），可造成长江流域以南地区的大量降水。
春季，西伯利亚气团和热带海洋气团二者势力相当，互有进退，是锋面和气旋活动最盛的时期；秋季，变性西伯利亚气团占主要地位，热带海洋气团在东南海上，我国大部地区在单一的气团控制下，出现去年最宜人的秋高气爽天气。
数值天气预报应用问题
数值天气预报——天气预报水平持续提高的最根本的科学途径李泽椿陈德辉王建捷1引言数值预报以其能够反映大气物理规律的优势，已成为当今气象工作者进行天气分析和预报的基础。
尤其是最近10多年来，气象科学以及地球科学的研究进展，高速度、高容量的巨型计算机及其网络系统的快速发展，有效地推动了数值预报的发展。
在这一发展过程中，一方面，数值预报水平和可用性在大大提高，有参考意义的天气形势预报目前达到5—7.5天，我国全球预报模式的可用天数大约是6天，24—48小时预报的相关系数可达90％以上；另一方面，也使制作有意义的时间、空间上更精细的数值预报成为可能。
然而，我们仍然要看到，观测误差、模式误差和大气系统的非线性特性，使得数值预报结果的不确定性和预报误差的存在是不可避免的。
因此，如何应用数值预报产品，即能否科学、合理地从大量的数值预报结果中提取出有价值的信息，是在天气预报中能否真正以数值预报为基础和有效发挥预报员作用的关键问题，直接影响预报效果和精度。
在回顾我国数值天气预报发展历程和展望未来的时候，我们更在思考数值预报应用问题，期望通过探讨适合我国预报业务特点和适应不断拓展的预报服务需求的科学预报途径，为我国数值预报的开发与业务应用向健康、协调方向发展和推进提供一些有益的思路。
5对我国数值预报开发与应用问题的若干看法5.1数值预报应用中存在的问题从80年代初期接收ECMWF数值形势预报产品开始、到90年代以后有了产品较为丰富的我国自己的全球和区域数值预报，数值预报产品的应用问题始终挑战着广大气象工作者、特别是在预报服务第一线的预报人员。
我们可喜地看到，经过多年的不懈努力和实践，伴随着数值预报水平的提高，数值预报产品的应用也积累了不少经验并在各级台站的实际预报中取得了一定成效。
但是也需认识到，当数值预报技术和业务深入发展的今天，面对新的和日益丰富的数值预报产品，数值预报的应用现状并不理想，存在的问题日见明显；在预报业务中，数值预报应用工作的进展缓慢和难以深入。
气象数据的大数据应用浅析
气象数据的“大数据应用”浅析2014-03-24 17:03:19 作者：国家气象总局沈文海来源：CIO时代网摘要：气象数据在“大数据应用”浪潮中亟待解决的信息技术问题，是海量气象结构化数据的高效应用。
这是气象数据能否参与“大数据应用”的技术基础和前提。
关键词：气象数据大数据1、引言据统计，2011年全球的数据规模为1.8ZB,这些信息将填满575亿个32GB的ipad,以这些ipad做砖石，足可以垒建起两座中国的万里长城。
而到2013 年，仅中国当年产生的数据总量就已超过0.8ZB,2倍于2012年，相当于2009年全球的数据总量。
预计到2020年，中国产生的数据总量将是2013年的10倍，超过8.5ZB.【1】而届时全球的数据总量预计将达到40ZB,如果将这些数据全部刻录成蓝光光盘，则这些光盘的总重量相当于424艘满载荷的尼米兹航空母舰。
数据量暴增的速度令人瞠目结舌，我们的确已进入“大数据时代”.很快地，“地理大数据”、“水利大数据”、“环境大数据”、“金融大数据”、“互联网大数据”乃至“气象大数据”等名词陆续出现在有关媒体上。
“大数据”逐渐成为近来人们谈论最多、思考最多的技术话题之一。
一些人憧憬于“大数据”可能带来的十分珍稀的高价值信息和珍贵商机，也有许多人困惑于目前所知“大数据”的应用范式，以此研判着可能给本行业带来的变化和新的业务契机--气象部门也是如此。
做为抛砖引玉，笔者拟就如下问题提出自己的看法：（1）气象数据是否具备“大数据”的核心特征？（2）业界公认的“大数据应用”的主要形态是什么？（3）“大数据时代”背景下气象数据应用中新的价值领域在何处？需要首先具备哪些必要条件？（4）气象信息技术领域当务之急需要解决的关键技术问题。
2、大数据的现实以及气象数据的体量构成2.1 大数据的行业分布就数据量而言，中国的大数据近期具有如下行业分布特征：（1）互联网公司目前国内的互联网公司，拥有总计约2EB的数据，而其中的互联网三巨头BAT（百度、阿里巴巴、腾讯）占有了其中的3/4（约1.5EB）。
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数值预报产品格点资料的接收
1）打印出相应的图形；
2）定量的加工和计算。
目前常用数值预报产品格点资料： 1）欧洲中心数值预报产品；
2）国家气象中心数值预报产品T213
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数值预报产品格点资料的预处理
格点预报处理的主要任务是对报文的翻译核对数 据的定位，具体为：
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。
Pageቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ7
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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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
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
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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, 1944
数值预报及其产品应用技术
制作人员：曹宁 劣手：曹刚
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
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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。
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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。
①判断该格点预报的预报内容、预报时效等；
②对报文中数字迚行按数位分割、放大或缩小还 原、正负号判定； ③错报判定及处理； ④将数据在相应网格点上定位等； ⑤按本单位使用需要，对经处理的数据以一定的 格式重新存盘备用
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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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数值预报图的接收不预处理
数值预报图的接受：一种是传真方式；另一种是文件方式。
传真方式又分有线传真和无线传真。
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数值预报图的预处理
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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。
数值预报
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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
在每张预报图上一红亓星或小红旗标出本站所在的位置，便于了解各 天气系统、物理量分布不本站的相对位置和距离。 对地面、高空的各主要高、低压系统中心及冷暖中心、物理量中心 （正、负涡度中心；上升、下沉运劢中心等），可根据过去、当时和 预报的位置描出移劢路径。各中心（包括热带气旋和台风）可用规定 的颜色和符号标注出来。 根据预报的矢量和等压下，结合历叱和当时实际的锋面情况，参考 850hPa温度场预报结果，用相应的彩色铅笔分析出预报的锋面位置。 根据预报的等高线和风矢，用相应的彩色铅笔分析出预报的槽线、切 变线位置。 为区别对天气影响有明显数值界限的物理量分布情况，对正负涡度区 和上升、下沉运劢区可以分别用红、蓝颜色轻涂；对湿区（TTd≤3cC）、水汽通量大值区（如≥60的区域）、降水区可轻涂绿色； 对降水量≥50mm的区域可图浅红色。
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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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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