数值预报及其产品共24页文档
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。
数值预报及其产品
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。
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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
数值预报及其产品 24页PPT文档
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 史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与未来天气的 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进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。
地作气象资料的调整
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2.数值预报的发展历史
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，五天预报） 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） 2019 HLAFS（亚洲范围15层显式原始方程非绝热模式，48小时预报） 2019 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） 2019 T106（全球19层半隐式原始方程非绝热谱模式，十天预报） 2019 核污染源扩散轨迹预报 2019 中尺度数值天气预报系统
定量计算
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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
《数值预报产品释用》教学大纲
数值预报产品释用Interpretation of Numerical forecasting Products一、课程基本情况教学周数：1周学分：1学分开课学期：第6学期课程性质：选修先修课程：天气学原理、中国天气、天气学分析基础、典型天气过程分析、天气预报综合实习、临近和短时天气预报实习、数值天气预报等适用专业：大气环境教材：开课单位：大气科学学院气象台二、实习目标目前，制作天气预报时的重要手段就是依托数值预报产品。
定时、定点、定量的精细化天气预报，更是依赖于数值预报产品，由于各地域天气的特殊性，使得数值预报产品必须本地化和精细化。
而数值预报产品的解释应用,是解决数值预报产品本地化的一项技术，也是提高本地区预报准确率的一种有效手段。
数值预报产品释用目标就是为了提高数值天气预报的准确率而对数值预报产品的进一步解释和应用，具体来说就是利用统计、动力、人工智能等方法，并结合实际预报经验，对数值预报的结果进行分析、订正，最终给出更为精确的客观要素预报结果或者特殊服务需求的预报产品。
通过该课程使学生对数值预报概况、各种数值预报业务系统、数值预报产品释用技术与方法以及数值预报产品的检验与释用技术的改进等有所了解，对当前业务的需求有所了解，重点使学生掌握当前数值预报产品释用的主要技术和方法。
三、实习基本要求要求学生遵守各项规章制度，认真听取教师讲解和辅导，服从教师安排，按照《实习流程》，细心操作，独立完成，课后广泛阅读相关文献，对数值预报产品释用技术和方法有深刻了解，认真书写实习报告。
要求学生爱护设备，保持卫生，不做与实习内容无关的事。
教师可根据先行课程的实际情况安排、调整实习内容&进度。
下面所列仅供参考。
四、实习内容及时间安排五、课程考核（1）实习报告的撰写要求：根据每堂课的学习内容和课程要求写出相应的实习报告。
报告内容要求字迹清楚，表述完整，思路清晰。
（2）实习报告： 2 次课程设计论文： 1篇；（3）考核及成绩评定：平时成绩10%、作业成绩20%、课程论文70%六、参考书目1、矫梅燕主编，《现代数值预报业务》（第一版），气象出版社，2010年出版2、廖洞贤等，《数值天气预报原理及其应用》，气象出版社，19863、苗春生等，《现代天气预报教程》，气象出版社，2013。
数值预报方法.ppt
(3)资料初始化：
不同的仪器测得的气象要素有不同的系 统误差。如果把仪器的观测误差引入方 程组，就等于引入了虚假的作用力。这 些虚假的力往往会激发出一些快波，不 但使预报结果不正确，还可能使计算出 现不稳定。因此对经过客观分析的数据 还要做进一步处理，使初始数据与预报 模式协调。这工作称为资料的初始化。
第一步我们用初始时刻的 u, v, w, ρ ,T 和 p（通常记作 u0, v0, w0, ρ 0,T0 和 p0）计算出初始时刻的 F0, 这时应有：
A 0 F 0 t
经过第一个时间步长t 后
变量值 A1 为：
A1 A0 F 0t
由计算出的 A1（即 u1, v1, w1, ρ 1,T1 和 p1）的空间分布又可以计算一个时 间步长t 以后的局地变化值：
RT V
dQ dt
上述方程组的方程右边各项只与各气 象要素值的空间分布有关，可以从某 时刻的观测资料计算出来。也就可以 计算出方程左边的各个气象要素的局 地变化率，进一步计算出未来各个气 象要素值的大小。
数值天气预报的两种方法
(1) 差分法—用差分代替微分求解大气动 力方程组，制作天气预报。
(2) 谱方法—把变量展开成球面调和函 数，取有限项，通过积分运算，把偏 微分方程变成以展开系数及其对时间 的微商的常微分方程组，再求解。
差分法制作数值预报的原理：
我们把上面各方程记作
A F t
其中 A 代表 u, v, w, ρ ,T 等变量，F 代表等式右边算出来的值（用空间差 分代替微分来计算）。
数值预报
１第一章、1 什么是数值天气预报？ 根据大气的运动方程组，在一定初始条件和边界条件下，即从现在时刻的天气状况或大气运动状态(边界条件和初始条件)，通过数值计算，用计算机求解描写天气演变过程的大气运动(流体力学和热力学)方程组，得到(预报出)未来天气状况和大气运动变化状态的方法。
不同于传统的天气学方法的定性的和主观的预报，数值天气预报是定量的和客观的预报。
2 大气运动遵守的基本定律和大气运动的基本方程组。
运动方程(牛二定律):连续方程(质量守衡定律):状态方程(理想气体实验定律):一般干空气 未饱和湿空气热力学方程(能量守衡定律):一般,绝热,考虑水汽相变,假绝热过程,水汽方程(水汽质量守恒定律):水汽质量守恒定律,水汽质量守恒方程,饱和假绝热过程,凝结函数. 3 模式大气和大气模式的概念。
模式大气：在不失去大气主要特征的情况下，把非常复杂的实际大气理想化、简单化的大气。
大气模式：为了预报某种天气（如短期或中期预报），在一定的客观条件下，设计出的合适的描述模式大气的动力学和热力学方程组。
4 数值天气预报模式及其分类：什么是过滤模式，什么是原始方程模式。
过滤模式：采用准地转近似或准无辐散近似（非地转）虑掉了模式中的重力惯性波、声波。
原始方程模式：模式中包含有重力惯性波，根据模式大气的垂直结构的不同假设，又分为正压原始方程模式和斜压原始方程模式。
第二章、1 地图投影的一般概念，正形投影的概念和性质。
地图投影的概念:按照一定的数学条件,把球形的地球表面绘于平面图上,,或者说把地球表面投影到一个简单的曲面上.正形投影的概念和性质:又称等角投影,在等角投影面上角度不发生变异,即经过投影后地球表面上任意两条交线的夹角保持不变,从而使地球表面上无限小的图形以相似的形式展绘于投影面上,并且在投影面上任意一点的各个方向上长度的放大或缩小倍数均相等.这种地图投影没有角度误差,但有面积误差. 2 地图放大系数的概念，三种基本正形投影及其适用范围和参数。
ECMWF 数值预报模式简介-文档资料
Ocean model (NEMO)
ORCA1_Z42
11
Solar and non solar fluxes, E-P
Atmospheric TCo1279/TCo639 model (IFS) 9km/18km
Towards
a
coupled
system
Roughness Air density
ECMWF 数值预报 模式简介
1
气象预报的四个方面问题
*当前的天气或气候信息—完备的综合观测系统
完善的观测系统；资料信息识别；资料的综合处理（同化）
*天气或气候的演变规律—从资料得到新认识
从资料得到新认识；反映大气运动数学物理规律的微分方程 组。
*外力和强迫的变化—地形和边界强迫；太阳常数；引力等 *从已知预报未来的手段—完备的数值模
GSM T213 (60km)
6
MSM(10km)
RSM(20km)
ECMWF 致力于2016-2025 数值预报发展战略： 利用集合预报方法提前2周预报高影响天气事件 提前4周，无缝隙地预报大尺度系统形势和系统移动 提前1年预测全球范围的异常状况
7
研究和更丰富的知识 基于集合预报的分析和预报技术
All configurations Ensemble FC
Singleห้องสมุดไป่ตู้executable
Wave model (ECWAM) 14km/28km
Every coupling time step (1 or 3 hours)
Ensemble systems only: - Medium range forecast - Monthly forecast - Seasonal forecast
应用24h变量相关系数检验数值预报产品
ｔ日实 际 的 ２ 量为 △Ａ ， ４ ｈ变 预报 时 效 为 Ｋ， 针
对 ｔ日 的 ２ 变 量 预 报 为 △Ｆ ４ｈ ） ，△Ａ 与
△Ｆ ： 、 逐一相匹配， 得到最终的有效样本， 代入
（） ７ 式可 计算 出各要 素场 实 际 ２ ４ｈ变量 与不 同 时效 ２ ４ｈ变量 预报 之 间的相关 系数 。
△Ｆ ＝Ｆ 一Ｆ 一
各要 素场 在 预报 时效 为 Ｋ时刻 的 ２ 量 预 ４ｈ变 报可 由下 式计算 ：
（ ｔ＝２ ３ … … ，０ １ ｋ＝２ ，８ ，， ２１； ４ ４ ，…… ，４ ） ２ ０
（） ６
式 中 为 日序 ， 有 Ｆ 只 和 Ｆ 齐 全 时 ， 能 计 算 才 △Ｆ ， 否则 不计入 样本 。利 用 （ ） 计 算 出高 度 场 、 ６可 温度 场 、 场 、 直 速 度 场 和 湿 度 场 等 各 要 素 场 风 垂 ２０ ０６年 １月 １日到 ２ １ ０ １年 ｌ ２月 ３ １日的有 效 ２ ４ｈ
第３ ０卷
第 ３期
干 旱 气 象
Ｊｕ ｎ ｌｏ ｉ ｔｏｏｏ ｙ ｏ ｒａ ｆ Ａｒｄ Ｍｅｅ ｒｌｇ
２１ ０ ２年 ９月
文 章 编 号 ：０ ６— ６ ９ ２ １ ）一０ ０ ６ ０ １ｏ ７ ３ （０ ２ ３— ４ ５— ７
Ｖ １ ３ Ｎｏ ３ ｏ． Ｏ ． Ｓ ｐ ，０ ２ ｅ ｔ２ １
行 了检验。结果表明 ： ） １ 高度场预报 ， 通过相关 显著 性水平 ＝０ ０ １检验 的时效为 １ ， ．０ ０ ｄ 高可信度
（ ４ｈ变量相 关系数 ＞ ． ） ２ ０ ４ 的时效 ， 对流层 中上部 ６～ ， ７ｄ 对流层 中下部 ５ｄ ２ 温度场 预报 ， ；） 通过 ０＝ 【 ０ ０ １水平相关显著性检验 的时效 为 ９ｄ 高可信度 的时效 ， ．０ ， 对流层 中上部 ４ｄ 对 流层 中下部 ５ｄ ３ ， ；） 风场预报 ， 通过 ０＝ ．０ 水平相关显著性 检验 的时效为 ８ｄ 高可信度 的时效 ， ／ ００ １ ． ， 对流层上部 、 中部 和下 部 分别 为 ５ｄ ４ｄ和 ３ｄ ４ 垂直速度场 预报 ， 、 ；） 通过 ＝ ． ０ 水平相关显 著性 检验的时效为 ５ｄ 高 可 ００ １ ，