数值预报方法.ppt
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天气原理第5章 -06-数值预报产品释用(ppt文档)
第6节 数值预报产品释用
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。
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。
教科(2023秋)版科学三年级上册3.8 天气预报是怎样制作出来的 课件( 30张ppt+视频)
教科（2023秋）版科学三年级上册3.8 天气预报是怎样制作出来的课件（30张ppt+视频)(共30张PPT)科学概念目标1.天气预报主要由分布在全球各地的气象部门制作并发布。
2.制作天气预报，大致有以下五个步骤：数据收集、数值天气预报、气象员做出预报、天气会商、发布天气预报。
科学探究目标1.通过观察天气预报，了解天气预报所包含的信息。
2.能够根据资料了解天气预报的制作过程。
科学态度目标1.意识到天气预报的制作是一个非常复杂的过程，气象员们要付出大量艰苦的劳动。
2.天气预报和我们的生活息息相关。
科学、技术、社会与环境目标1.意识到随着科学技术的发展，天气预报包含的信息越来越多，制作过程越来越精密。
2.随着社会的进步，气象学的研究在不断深入和发展，人们对天气的预测将会越来越准确。
教学重难点重点：了解天气预报的制作流程，体会科技的发展。
难点：了解天气预报的制作流程。
8.天气预报是怎样制作出来的教科版三上《天气》单元3000多年前，商周时期我国早期医学经典十分重视疾病与气候的关系。
西汉时期张衡相风铜鸟晋代相风木鸟轻便灵活唐代世界上第一个给风定级的科学家。
宋朝《梦溪笔谈》《数书九章》元代现存最早的观象台明朝清朝郑和钦天监一、聚焦天气预报是怎样制作的？我们可以根据不同的天气特征进行推测，还可以借助科学的、精确的方法准确的预测未来的天气情况。
这就是我们所说的天气预报。
1了解天气预报包含的信息了解我们所知道的天气预报中所包含的信息，将获得的信息填写在班级记录表中。
我们所知道的天气预报信息（班级记录表）明天后天1.天气状况2.温度3.风向4.风速5.降水量……晴21~30℃25~35℃西南西1~2级2~3级3毫米0毫米日期：6月19~20日温度、降水量、风向、风速等信息都是基本的信息，是天气预报的必要内容。
有些天气预报还会加入空气质量、穿衣建议等项目。
一、聚焦天气预报是怎样制作的？天气预报主要由分布在全球各地的气象部门制作并发布。
09-天气预报和应用-PPT课件
动力学预报方 法
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近年来，随着大气科学理论研究的深入，大气探测技术、通信技术、计算机 技术、信息技术的发展，数值预报得到了快速发展，国内外动力数值预报已 在气象业务上得到广泛使用，从而使天气预报从主观、定性向客观、定量发 展。 目前，利用数值预报方法预报短期大势的准确率已明显高于人工主观预报， 4～10天的中期形势预报及部分要素预报也已具有相当的参考价值。
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。
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1．
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。
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
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。
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实际上，对于气象要素预报，除了 二是定量计算。定量计算是以数值 运用如上所述的天气学概念模式作 预报产品为基础，利用客观预报的 预报外，还可有两条途径：一是应 两大分支—数值预报和统计预报结 用数值预报的结果。数值预报的内 合起来的动力—统计预报方法制作 容已从过去单一的形势预报发展到 要素预报。目前最常用的方法有完 包括气压、温度、湿度、风、云和 全 预 报 方 法 (Perfect Prognostic 降水等气象要素在内的预报，因此 Method ，简称 PP 法 ) 和模式输出统 预报员可以数值预报的结论为基础， 计 方 法 （ Model Output Statistic 再综合分析数值预报给出的形势及 Method ,简称MOS法）。 其它资料作出最终判断；
天气预报是怎样制作出来的ppt-课件
来不同时间段的具体天气预报 。 辅助设备：基测箱、水电解制氢设备
2014年宣城24小时晴雨预报准确率88. 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。 广播、报纸、96121、电子显示屏、大喇叭、手机短信、微信…… 观测数据迅速通过高速计算机通信网络传递，并输入到大型计算机进行运算，求解描写天气演变的方程组，未来天气很快就被“算” 出来（数值天气预报）。 大风：风力6级(平均风速为10. 大风：风力6级(平均风速为10. 最低气温预报准确率84. 预报员通过分析天气图和国内外数值预报产品，研究各类天气图表、运用气象卫星、雷达、自动站资料，了解大气的未来状态，综合 分析判断后，做出未来不同时间段的具体天气预报 。 高空气象观测：测量近地面层以上大气的物理、化学特性的方法和技术，又称高空观测或高空探测。 最高气温预报准确率80. 5米高的百叶箱中的温度表上测得的，由于温度表保持了良好的通风性并避免了阳关直接照射，因而具有较好的代表性。 8米/秒)或以上的风。 广播、报纸、96121、电子显示屏、大喇叭、手机短信、微信…… 风的本质：空气的流动
••••••• 2最 最 台 2最 最00高 低 风 高 低1144气气路气气年年温温径温温全宣2预预预预国城4报报报报小2244准 准 准 准时小 小确 确 确 确预时 时率 率 率 率报晴 晴8888误雨 雨4700差....预 预4622%%%%7报 报8公准 准里确确率率8878..59%% 探观出预分《观出观出最高 大目已资宣 地预分2自预2预分龙2风广辅地辅风 5公气广观出55将大风国风辅5将 观出风国探预分将辅龙大国高龙大地预分2大地辅最最广地风从广目2辅预分《气《 大目已资最自探目已资宣从龙2气预分预分将国 最大5广预分000米米米米000米测测来报析风测来测来高空风前建料城球报析1动报1报析卷1云播助球助的众象播测来数风云家的助数测来云家测报析数助卷风家空卷风面报析1风球助高低播球云地播前1助报析风象风风前建料低动测前建料城地卷1象报析报析数家高风播报析444高 高高 高 444高仪 数 （ 员 判 云 数 （ 数 （ 气 气： 全 成 可 市上 员 判 年 气 员 年 员 判 ： 年 二 、 设 上 设 本天 部 、 数 （ 据 ： 一 本 设 据数 （ 二 气 仪 员 判 据 设 ： ： 气 气 ： ： 设 员 判 年 ： 上 设 气 气 、 上 二 面 、 我 年 设 员 判 云 部 云： 全 成 可 气 气 仪 全 成 可 市 面 ： 年部 员 判 员 判 据 气气 ： 、 员 判的的 的的的器据数通断一据数据数温象 风国3用区 最通断宣象通宣通断雷宣号报备最备质 气门报据数进风号质备进 据数号象器通断进备雷风象象雷风备通断宣风最备温温报最号到报国宣备通断一门一 风国3用温象器国3用区到雷宣 门通断通断进象 温风报通断4百百 百百44百：迅值过后号迅值迅值预观 力共4性域 高过后城站过城过后暴城D纸：高：： 预现纸迅值行力D观：：行 迅值D观：过后行：暴力观观暴力：过后城力高：预预纸高D高纸已城：过后号现号 力共4性预站共4性域暴城 现过后过后行观 预力纸过后2叶叶 叶叶22叶星 星 星 星7速天分，》速天速天报测 6有7达自 的分，23分2分，云2、基的基空 报有、速天处6测空基处 速天测7分，处基云6测测云6L分，26的基报报、的空、初2基分，》有》 6有7达报37有7达自空云2有分，分，处测 报6、分，54444箱箱 箱箱54454箱级个级级级级级个个级波第多第第0通气析做通气通气准： 到动 气析做4析析做底测测气 中国通气理站气测理 通气站0析做理测底站：底析做气测准准气，步测析做国到准40到动，底国析做析做理站 准析做华2小小小99小99小华华 22小 9g2中中 中中g2g中(5自66((((66(5自5自(6段一轨一一平平平平平平平气气气过预天出过预过预确测 气 象天出7天天出伸箱象箱的 所家过预，的箱， 过预天出，箱伸测伸天出象箱确确象从建箱天出家确7气从伸家天出天出，确天出北19时时时11222时11时北北 1919时 21的的 的的的3动2个22555223动2个3动252二套道套套均均均均均均均球球球高报气未高报高报率量 象 探气未气气未展、探、流 说气高报得流、得 高报气未得、展量展气未探、率率探陆成、未气率象陆展气气未气未得率气未个个个区%晴晴晴11000晴11晴区区 %%晴 01温温 温温温、、、、、气000气气0次高拼高高风风风风风风风携携携速）图来速）速）近 站 测图来图图来到水测水动 的候速）到动水到 速）图来到水到近到图来测水测地天水图来候站地到候图来图来到图来8国多多多88国8国多 8域雨雨雨雨雨域域 雨度度度度度0电电04电电40电象象象测分图分分速速速速速速速带带带计。和不计。计。地站和不和和不地电站电气观计。天电天计。和不天电地地地和不站电站到基电和不观到地观和不和不天和不.家2个个个..家.家2个 .地预预预预预地地预表表 表表表6子子子子6子站站站风辨辨辨为为为为为为为LLL算国同算算面 国同国国同面解解温象算气解气 算国同气解面面面国同解海、解国同象海面象国同国同气国同级3————级级3貌报报报报报貌貌 报上上 上上上个 显显显显个显，，，波波波雷率率率1111111机内时机机层 内时内内时的制制，台机图制图 机内时图制的层的内时制洋地制内时台洋的台内时内时图内时地气气气气地地遥准准准准准遥遥 准0000000测测 测测测示示示示示覆覆覆段段段达图图图.......通外间通通以 外间外外间漏氢氢是通等氢等 通外间等氢漏以漏外间氢，基氢外间，漏外间外间等外间面象象2象象2面面2感确确确确确感感 确得得 得得得屏6屏屏屏66屏盖盖盖电电电像像像信数段信信上 数段数数段斗设设在信各设各 信数段各设斗上斗数段设全、设数段全斗数段数段各数段观卫卫0卫卫0观观0图率率率率率图图 率的的 的的的、个、、、个个、全全全子子子网值的网网大 值的值值的状备备植网科备科 网值的科备状大状值的备方空备值的方状值的值的科值的测星888星8星星8测测8，， ，，，888大大8大大88大国国国探探探络预具络络气 预具预预具云有络类类 络预具类云气云预具位基预具位云预具预具类预具站.....站站. 由由 由由由8喇喇喇喇88喇空空空传报体传传的 报体报报体，草传图图 传报体图，的，报体、相报体、，报体报体图报体，5，5，5于于 于于于%叭叭叭叭%%叭仪仪仪递产天递递物 产天产产天是皮递表表 递产天表是物是产天多结产天多是产天产天表产天全全全的的的温温 温温温、、、、、，品气，，理 品气品品气大的，，， ，品气，大理大品气层合品气层大品气品气，品气部部部乡乡乡度度 度度度手手手手手并，预并并、 ，预，，预气观并供供 并，预供气、气，预次的，预次气，预，预供，预实 实 实镇镇镇表表 表表表机 机 机 机 机输研报输输化 研报研研报中测输预预 输研报预中化中研报地气研报地中研报研报预研报现现现，，，保保 保保保短短短短短入究入入学 究究究最场入报报 入究报最学最究观象究观最究究报究基基基。。。。。。。。。持持 持持持信信信信信到各到到特 各各各强中到员员 到各员强特强各测立各测强各各员各本本本了了 了了了、、、、、大类大大性 类类类烈离大进进 大类进烈性烈类体类大烈类类进类气气气良良 良良良微微微微微型天型型的 天天天的地型行行 型天行的的的天气观天气的天天行天象象象好好 好好好信信信信信计气计计方 气气气涡面计分分 计气分涡方涡气变测气变涡气气分气要要要的的 的的的……………算图算算法 图图图旋算析析 算图析旋法旋图化系图化旋图图析图素素素1通通 通通通….…………机表机机和 表表表现机使使 机表使现和现表。统表。现表表使表的的的风风 风风风进、进进技 、、、象进用用 进、用象技象、。、象、、用、观观观性性 性性性行运行行术 运运运；行。。 行运。；术；运运；运运。运测测测并并 并并并运用运运， 用用用运运用，用用用用用自自自避避 避避避算气算算又 气气气算算气又气气气气气动动动免免 免免免，象，，称 象象象，，象称象象象象象化化化了了 了了了求卫求求高 卫卫卫求求卫高卫卫卫卫卫，，，阳阳 阳阳阳解星解解空 星星星解解星空星星星星星观观观关关 关关关描、描描观 、、、描描、观、、、、、测测测直直 直直直写雷写写测 雷雷雷写写雷测雷雷雷雷雷频频频接接 接接接天达天天或 达达达天天达或达达达达达次次次照照 照照照气、气气高 、、、气气、高、、、、、达达达射射 射射射演自演演空 自自自演演自空自自自自自到到到，， ，，，变动变变探 动动动变变动探动动动动动分分分因 因因 因 因的 站 的 的 测站 站 站 的 的 站 测 站 站 站 站 站钟钟钟而而 而而而方资方方。 资资资方方资。资资资资资级级级具具 具具具程料程程料料料程程料料料料料料,,, 有有 有有有稳稳稳组，组组，，，组组，，，，，，较较 较较较定定定，了，，了了了，，了了了了了了好好 好好好运运运未解未未解解解未未解解解解解解的的 的的的行行行来大来来大大大来来大大大大大大代代 代代代率率率天气天天气气气天天气气气气气气表表 表表表超超超气的气气的的的气气的的的的的的性性 性性性过过过很未很很未未未很很未未未未未未。。 。。。999快来快快来来来快快来来来来来来999%%%就状就就状状状就就状状状状状状被态被被态态态被被态态态态态态，，，，，，，，，，“““““综综综综综综综综综综算算算算算合合合合合合合合合合”””””
2014年宣城24小时晴雨预报准确率88. 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。 广播、报纸、96121、电子显示屏、大喇叭、手机短信、微信…… 观测数据迅速通过高速计算机通信网络传递，并输入到大型计算机进行运算，求解描写天气演变的方程组，未来天气很快就被“算” 出来（数值天气预报）。 大风：风力6级(平均风速为10. 大风：风力6级(平均风速为10. 最低气温预报准确率84. 预报员通过分析天气图和国内外数值预报产品，研究各类天气图表、运用气象卫星、雷达、自动站资料，了解大气的未来状态，综合 分析判断后，做出未来不同时间段的具体天气预报 。 高空气象观测：测量近地面层以上大气的物理、化学特性的方法和技术，又称高空观测或高空探测。 最高气温预报准确率80. 5米高的百叶箱中的温度表上测得的，由于温度表保持了良好的通风性并避免了阳关直接照射，因而具有较好的代表性。 8米/秒)或以上的风。 广播、报纸、96121、电子显示屏、大喇叭、手机短信、微信…… 风的本质：空气的流动
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ECMWF 数值预报模式简介PPT课件
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
min MSLP (hPa)
950
900
Typhoon Haiyan at
Black: estimated from observations
peak intensity on
Red: old operational Ensemble resolution (32 km) November 7, 2013
models, but it creates new challenges in determining what physical parameters need to be exchanged.
• Furthermore, model parameterisations might need
revisiting.
.
13
* Calling sequence of the single executable
Simplified flow chart of the coupled model, here two time steps are
shown.
In reality, IFS/WAM coupling every IFS time step, but
Currents Sea surface temperature
AtmosphericTCo1279/TCo639 Towards a fully coupled system
数值天气预报
数值天气预报数值天气预报(numerical weather prediction)是指根据大气实际情况，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动状态和天气现象的方法。
内容数值天气预报与经典的以天气学方法作天气预报不同，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、处理和客观分析。
第三，由于数值天气预报的计算数据非常之多，很难用手工或小型计算机去完成，因此，必须要有大型的计算机。
根据大气实际情况，在一定初值和边值条件下，通过数值计算，求解描写天气演变过程的流体力学和热力学方程组，预报未来天气的方法。
和一般用天气学方法、并结合经验制作出来的天气预报不同，这种预报是定量和客观的预报。
预报所用或所根据的方程组和大气动力学中所用的方程组相同，即由连续方程、热力学方程、水汽方程、状态方程和3个运动方程(见大气动力方程)所构成的方程组。
方程组中,含有7个预报量(速度沿x，y，z三个方向的分量u,v,w和温度T,气压p，空气密度ρ以及比湿q)和7个预报方程。
方程组中的粘性力F,非绝热加热量Q 和水汽量S,一般都当作时间、空间和这7个预报量的函数，这样，预报量的数目和方程的数目相同，因而方程组是闭合的。
发展历史国际全世界已有30多个国家和地区把数值天气预报作为制作日常天气预报的主要方法，其中不少国家和地区除制作1~2天的短期数值天气预报外，还制作一个星期左右的中期数值天气预报。
中国中国于1955年开始摸索作数值天气预报，1959年开始在计算机上进行数值天气预报，1969年国家气象局正式发布短期数值天气预报，以后逐步改进数值预报模式并实现了资料输入、填图、分析和预报输出的自动化。
数值预报及其产品 24页PPT文档
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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 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
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
第九章 数理统计预报方法
159.0444 /144.6356 1.0996
a y bx 7.7778 (1.0996 37.0778) 48.5485 （天）
直线回归方程为：
ˆ 48.5485 1.0996 x y
上述回归方程的显著性还有待检验。
（2） 相关系数的显著性检验： 相关系数 r: 自由度为 n – 2， r > r 0.01 或 r > r 0.05 ，两个变量间有极显 著或显著相关性； r < r 0.01 或 r < r 0.05 ，两个变量间没有极 显著或显著相关性。
B 相关系数方法（达到显著水平时） 相关系数（r）为±1，x和y相关性好； 相关系数（r）大于0，x和y正相关； 相关系数（r）小于0，x和y负相关； 相关系数（r）等于0，x和y不相关。
2 相关系数的计算及其显著性检验 （1） 相关系数的计算 LXX = ∑X2 – (∑X)2 ／n LYY = ∑Y2 – (∑Y)2／ n LXY = ∑XY – (∑X∑Y) ／ n r = LXY ／ ( LXX ·LYY)1/2
三 相关分析和回归分析 相关分析和回归分析都是研究变量之间相随 变动的统计关系 相关关系分析特点：研究一个或一组变量与 另一个或一组变量之间的相随变动程度； 无自变量和因变量之分，都是随机变量； 评估两类变量之间的线性联系的强弱。 y = f(x)
回归分析特点：研究一个或一组变量（自变 量）与另一个或一组变量（因变量）之间 的相随变动影响程度；因变量是随机变量 （只有一个），自变量非随机变量（有多 个）；评估两类变量之间的线性联系的强 弱，还可以根据自变量的已知固定值估计 或预测出因变量的条件平均值。 在害虫测报中，常首先对预报量和与之相关 因子进行相关分析，以选取与预报量关系 的预报因子，然后对预报量和选取的预报 进行回归分析，建立回归模型。
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采用客观分析方法需要先确定联 系格点值与台站值的方程，事先编好程 序放在计算机中。每次做数值预报前将 观测资料输入，为数值预报模式产生初 值。
(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）。
P y
fu
Fry
— y 方向运动方程
dw 1 P
dt
z
g Frz
d
V
0
dt
— z 方向运动方程 — 连续方程
Cv
dT dt
P d
dt
dQ dt
— 热通量方程
其中
d u v w dt t x y z
为局地变化项
t
（5） 选择数值计算方法（如差分法或谱方法）， 把微分方程写成差分方程或谱方程，求解。
（6） 编程，输入计算机，再用天气实例经过多
次试验，最后形成预报模式。
2.资料分析和初始化
对观测资料进行处理形成初值
观测资料与模式不匹配：
来源于每天不同时刻 来自不规则分布的观测站 是标准等压面上的数据，与预报模
建立数值预报模式的各项工作：
（1） 根据不同的预报要求，对方程 组进行必要的简化；
（2） 选择坐标系，包括选择垂直坐 标系和给定上下边界条件；
（3） 确定计算范围和垂直分层（如 果是区域预报模式，则要确定
侧边界条件）；
建立数值预报模式的各项工作：
（4） 对须考虑的影响因子和物理过程（如辐射、 感热交换、地形影响、湍流扩散、凝结过 程等等）设计其计算方案；
A 1 F 1 t
接着可求出第二个时间步长的 A2
A2 A1 F 1t
如此一步一步做下去，就可以求出 我们所需要的某个时刻的解。
这种方法看起来简单，但数值预报的实现却经过了大量 的气象学家、数学家和计算机专家近半个世纪的奋斗。
要解这套方程的必要条件： 从气象学上，要有比较精确的三维的
u v , x y
w z
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 t
u
u x
v u y
w u z
1
P x
fv
Frx
§2. 数值预报方法
20 世纪初，V.Bjerknes 首先把天气 预报问题提成数学上的初值问题:
根据某时刻实测的气象资料，通过 描述大气运动的动力方程组，可以计算 出将来某时刻大气的运动和状态。
大气的动力方程组：
du 1 P
dt
x
fv Frx
— x 方向运动方程
dv dt
1
3.业务数值预报
每天按时将观测资料处理好，输 入模式中运行，计算出以后若干天或 更长时间的各种气象要素值，推知未 来天气的变化, 并对外发布预报。
v t
u
v x
v
v y
w v z
1
P y
fu
Fry
w t
u
w x
v
w y
w
w z
1
P z
g
Frz
u
v
w
V
t
x
y
z
Cv
T t
u T x
v T y
w T z
（4）四维同化：
自从气象卫星升空以后，不定期 的非常规的观测资料大量增加。这些 卫星资料的利用，对弥补洋面和沙漠 地区观测资料的不足以及适时更新预 报值很有帮助。于是在初始资料处理 上出现了四维同化方法。
四维同化就是把不同时刻（t），不同地 区( x, y）,不同高度(z)，不同性质（常 规或非常规）的、具有不同观测误差的 资料源源不断地输入计算机，通过一定 的程序对它们进行分析处理，把它们协 调起来，融合成常规的、定时的资料。 为数值预报提供初值或及时更新预报 值。
观测资料和处理这些资料的方法 从数学上而言，要有求解这套方程组
的数值方法，而且要保证其收敛性和稳 定性 要有高速电子计算机，才能保证每天 能按时做出预报。
数值天气预报包含的几部分工作
1．报模式的建立。 2．资料分析和初始化。 3．业务数值预报。
1. 预报模式的建立
进行数值天气预报首先要有预报模 式。须将大气动力学方程组的各部分用 计算的语言表示出来，存于计算机内， 以便每天做预报用。
式的垂直分层不同 观测数据理包括以下工作：
（1）资料检误 （2）客观分析 （3）资料初始化 （4）四维同化
（1） 资料检误：
在气象观测和资料传递中有可 能出现一些错误，分析判断出这些 错误资料并加以订正或删除的过程 叫做资料检误。
(2)客观分析：
客 观 分 析 -- 直 接 将 观 测 资 料 输 入 计 算 机，由计算机将空间分布不均匀的测站 观测资料插值到规则分布的格点上。
(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）。
P y
fu
Fry
— y 方向运动方程
dw 1 P
dt
z
g Frz
d
V
0
dt
— z 方向运动方程 — 连续方程
Cv
dT dt
P d
dt
dQ dt
— 热通量方程
其中
d u v w dt t x y z
为局地变化项
t
（5） 选择数值计算方法（如差分法或谱方法）， 把微分方程写成差分方程或谱方程，求解。
（6） 编程，输入计算机，再用天气实例经过多
次试验，最后形成预报模式。
2.资料分析和初始化
对观测资料进行处理形成初值
观测资料与模式不匹配：
来源于每天不同时刻 来自不规则分布的观测站 是标准等压面上的数据，与预报模
建立数值预报模式的各项工作：
（1） 根据不同的预报要求，对方程 组进行必要的简化；
（2） 选择坐标系，包括选择垂直坐 标系和给定上下边界条件；
（3） 确定计算范围和垂直分层（如 果是区域预报模式，则要确定
侧边界条件）；
建立数值预报模式的各项工作：
（4） 对须考虑的影响因子和物理过程（如辐射、 感热交换、地形影响、湍流扩散、凝结过 程等等）设计其计算方案；
A 1 F 1 t
接着可求出第二个时间步长的 A2
A2 A1 F 1t
如此一步一步做下去，就可以求出 我们所需要的某个时刻的解。
这种方法看起来简单，但数值预报的实现却经过了大量 的气象学家、数学家和计算机专家近半个世纪的奋斗。
要解这套方程的必要条件： 从气象学上，要有比较精确的三维的
u v , x y
w z
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 t
u
u x
v u y
w u z
1
P x
fv
Frx
§2. 数值预报方法
20 世纪初，V.Bjerknes 首先把天气 预报问题提成数学上的初值问题:
根据某时刻实测的气象资料，通过 描述大气运动的动力方程组，可以计算 出将来某时刻大气的运动和状态。
大气的动力方程组：
du 1 P
dt
x
fv Frx
— x 方向运动方程
dv dt
1
3.业务数值预报
每天按时将观测资料处理好，输 入模式中运行，计算出以后若干天或 更长时间的各种气象要素值，推知未 来天气的变化, 并对外发布预报。
v t
u
v x
v
v y
w v z
1
P y
fu
Fry
w t
u
w x
v
w y
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w z
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P z
g
Frz
u
v
w
V
t
x
y
z
Cv
T t
u T x
v T y
w T z
（4）四维同化：
自从气象卫星升空以后，不定期 的非常规的观测资料大量增加。这些 卫星资料的利用，对弥补洋面和沙漠 地区观测资料的不足以及适时更新预 报值很有帮助。于是在初始资料处理 上出现了四维同化方法。
四维同化就是把不同时刻（t），不同地 区( x, y）,不同高度(z)，不同性质（常 规或非常规）的、具有不同观测误差的 资料源源不断地输入计算机，通过一定 的程序对它们进行分析处理，把它们协 调起来，融合成常规的、定时的资料。 为数值预报提供初值或及时更新预报 值。
观测资料和处理这些资料的方法 从数学上而言，要有求解这套方程组
的数值方法，而且要保证其收敛性和稳 定性 要有高速电子计算机，才能保证每天 能按时做出预报。
数值天气预报包含的几部分工作
1．报模式的建立。 2．资料分析和初始化。 3．业务数值预报。
1. 预报模式的建立
进行数值天气预报首先要有预报模 式。须将大气动力学方程组的各部分用 计算的语言表示出来，存于计算机内， 以便每天做预报用。
式的垂直分层不同 观测数据理包括以下工作：
（1）资料检误 （2）客观分析 （3）资料初始化 （4）四维同化
（1） 资料检误：
在气象观测和资料传递中有可 能出现一些错误，分析判断出这些 错误资料并加以订正或删除的过程 叫做资料检误。
(2)客观分析：
客 观 分 析 -- 直 接 将 观 测 资 料 输 入 计 算 机，由计算机将空间分布不均匀的测站 观测资料插值到规则分布的格点上。