天氣預(yù)報(bào)的原理和方法

1、 第六章第六章 天氣預(yù)報(bào)的原理和方法天氣預(yù)報(bào)的原理和方法 天氣變化與人們的生產(chǎn)活動(dòng)、 社會(huì)活動(dòng)、 軍事活動(dòng)以及日常生活都有著十分密切的關(guān)系。 自古以來(lái)， 人們總是想方設(shè)法去預(yù)測(cè)未來(lái)的天氣變化， 利用有利的天氣，避開不利的天氣，以減少不必要的損失。 天氣預(yù)報(bào)是根據(jù)氣象觀(探)測(cè)資料，應(yīng)用天氣學(xué)、動(dòng)力學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)的原理和方法，對(duì)某區(qū)域或某地點(diǎn)未來(lái)一定時(shí)段的天氣狀況作出定性或定量的預(yù)測(cè)。準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)天氣一直是大氣科學(xué)研究的一個(gè)重要目標(biāo)。 天氣預(yù)報(bào)的歷史沿革 看云識(shí)天氣根據(jù)物像來(lái)推測(cè)天氣 單站預(yù)報(bào)天氣圖預(yù)報(bào)應(yīng)用氣象衛(wèi)星、 天氣雷達(dá)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行天氣預(yù)報(bào)。 伴隨著科技的不斷進(jìn)步， 天氣預(yù)報(bào)得到了快速的發(fā)展。

2、天氣預(yù)報(bào)的種類: 按預(yù)報(bào)時(shí)效可大致分為： 臨近預(yù)報(bào)(12 小時(shí)) 甚短期預(yù)報(bào)(212 小時(shí)) 短期預(yù)報(bào)(1248 小時(shí)) 中期預(yù)報(bào)(310 天) 長(zhǎng)期預(yù)報(bào)(10 天以上)等； 目前制作天氣預(yù)報(bào)的方法： 天氣學(xué)預(yù)報(bào)方法 統(tǒng)計(jì)學(xué)預(yù)報(bào)方法 動(dòng)力學(xué)預(yù)報(bào)方法 及這三種基本預(yù)報(bào)方法的結(jié)合： 天氣統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方法 動(dòng)力統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方法 天氣動(dòng)力預(yù)報(bào)方法等。 天氣學(xué)預(yù)報(bào)方法天氣學(xué)預(yù)報(bào)方法 （或稱天氣圖方法）（或稱天氣圖方法） ： 以天氣圖為主要工具，配合衛(wèi)星云圖、雷達(dá)圖等，用天氣學(xué)的原理來(lái)分析和研究天氣的變化規(guī)律，從而制作天氣預(yù)報(bào)的方法。這種方法主要用于制作短期預(yù)報(bào)。 數(shù)值預(yù)報(bào)方法數(shù)值預(yù)報(bào)方法 （又稱動(dòng)力學(xué)預(yù)報(bào)方法）

3、（又稱動(dòng)力學(xué)預(yù)報(bào)方法） ： 利用大型、快速的電子計(jì)算機(jī)求解描述大氣運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程組來(lái)制作天氣預(yù)報(bào)的方法。這種方法可用于制作短期預(yù)報(bào)，也可做中、長(zhǎng)期預(yù)報(bào)。近幾年還開始用來(lái)做氣候預(yù)報(bào)。 統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方法統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方法： 采用大量的、長(zhǎng)期的氣象觀測(cè)資料，根據(jù)概率統(tǒng)計(jì)學(xué)的原理，尋找出天氣變化的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，建立天氣變化的統(tǒng)計(jì)學(xué)模型來(lái)制作天氣預(yù)報(bào)的方法。這種方法主要用于制作中、長(zhǎng)期預(yù)報(bào)和氣象要素預(yù)報(bào)。 三種天氣預(yù)報(bào)方法的主導(dǎo)思想: 統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方法的主導(dǎo)思想: 從天氣現(xiàn)象（或天氣過(guò)程）具有偶然性出發(fā)， 認(rèn)為天氣變化是一種隨機(jī)過(guò)程， 在相同條件下不一定出現(xiàn)同樣的天氣變化， 只能求出某種天氣出現(xiàn)的可能性或概率。 天氣學(xué)

4、方法和數(shù)值預(yù)報(bào)方法 的主導(dǎo)思想: 從天氣現(xiàn)象（或天氣過(guò)程）具有必然性出發(fā)，認(rèn)為天氣變化不是隨機(jī)的，它滿足一定的規(guī)律（如動(dòng)量守衡、能量守衡、質(zhì)量守衡等等） ，在相同的條件下應(yīng)該發(fā)生相同的變化，根據(jù)大氣某一時(shí)刻的狀態(tài)，可以推算出其下一時(shí)刻的確定的狀態(tài)。 目前制作天氣預(yù)報(bào)常常是將這三種方法配合起來(lái)使用，將天氣圖、衛(wèi)星和雷達(dá)圖像、 動(dòng)力分析和統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品等進(jìn)行綜合分析，最后做出天氣預(yù)報(bào)。 1. 天氣學(xué)預(yù)報(bào)方法 工具：天氣圖、衛(wèi)星云圖、雷達(dá)圖 理論：天氣學(xué)原理 分析和研究天氣的變化規(guī)律，分析和研究天氣的變化規(guī)律， 制作天氣預(yù)報(bào)。制作天氣預(yù)報(bào)。 一. 天氣圖 分為： 地面天氣圖 高空天氣圖 輔助

5、圖表 圖 9.1 地面天氣圖圖 9.2 高空天氣圖高空天氣圖 利用天氣圖并根據(jù)天氣學(xué)原理可以分析這些天氣系統(tǒng)和天氣區(qū)的變化趨勢(shì)，移動(dòng)方向和速度。進(jìn)而預(yù)報(bào)各天氣系統(tǒng)未來(lái)的位置， 強(qiáng)度以及對(duì)各地天氣變化的影響。 過(guò)去天氣圖的填圖、等值線的繪制和分析是由預(yù)報(bào)員手工完成的，現(xiàn)在從資料收集、檢查、填圖直到等值線的繪制和分析已全部由計(jì)算機(jī)完成，實(shí)現(xiàn)了天氣分析的自動(dòng)化。 二.天氣系統(tǒng) 中緯度地區(qū)：鋒面 溫帶氣旋和反氣旋 西風(fēng)帶的長(zhǎng)波槽和脊。 低緯度地區(qū)：熱帶氣旋 西太平洋副熱帶高壓 南亞高壓 熱帶輻合帶和東風(fēng)波 1.鋒面和鋒： 鋒面定義: (1) 在熱力學(xué)場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)具有顯著變化的狹窄傾斜帶。 (2) 冷、暖兩

6、種不同性質(zhì)氣團(tuán)之間的過(guò)渡帶 這種傾斜過(guò)渡帶有時(shí)稱為鋒區(qū)。它具有較大的水平溫度梯度、靜力穩(wěn)定度、絕對(duì)渦度和風(fēng)速切變等特征。 鋒面與地面相交的線，叫鋒線，習(xí)慣上又把鋒面和鋒線統(tǒng)稱為鋒。 圖 9.3 鋒面三維空間結(jié)構(gòu)的概念模型 鋒的分類： 根據(jù)鋒在移動(dòng)過(guò)程中冷、暖氣團(tuán)所占有的主次地位，可將鋒分為： 冷鋒、暖鋒、 準(zhǔn)靜止鋒和錮囚鋒。 (a) (b) (c) )準(zhǔn)圖 9.4 鋒的分類 (a)冷鋒 (b)暖鋒 (c 靜止鋒 圖 9.5 錮囚鋒 在我國(guó)，冷鋒全年都有，尤其在冬半年更為常見(jiàn)。 暖鋒主要分布在我國(guó)東北和長(zhǎng)江中下游地區(qū)， 且大多數(shù)與冷鋒相伴隨。準(zhǔn)靜止鋒大多數(shù)在我國(guó)的華南、云貴、天山和江淮地區(qū)出現(xiàn)，

7、它們的出現(xiàn)大多數(shù)與地形有關(guān)。 2鋒面和氣旋： 在實(shí)際大氣中， 鋒面和溫帶氣旋常常在一起出現(xiàn)。 早在20世紀(jì)20年代初，卑爾根(Bergen)學(xué)派的氣象學(xué)家就提出了中緯度天氣尺度氣旋結(jié)構(gòu)和演變的概念模型， 其中最著名的模型就是氣旋鋒面模型。(Bjerknes(1919)等提出) 溫帶氣旋形成于一條鋒面上。 圖 9.6 氣旋理想模型 圖 9.7 1970 年 11 月 11 日 08 時(shí)地面天氣圖 3鋒面和天氣： 在鋒面附近，大氣的溫度、濕度和風(fēng)的變化都很激烈，暖濕空氣沿著鋒面的斜坡爬升到較冷空氣的上方，使氣層的穩(wěn)定度變小，容易生成各種云和降水。 圖 9.8 暖鋒附近的云系 圖 9.9 冷鋒附近的

8、云系圖 9.10 靜止鋒附近的云系圖 9.11 鋒面附近的云圖 三.天氣形勢(shì)預(yù)報(bào)和氣象要素預(yù)報(bào) 在天氣學(xué)方法的預(yù)報(bào)中，只有對(duì)未來(lái)天氣形勢(shì)變化作出正確的判斷，才能對(duì)一地的天氣(氣象要素和天氣現(xiàn)象)變化作出正確的預(yù)報(bào)。 天氣形勢(shì)預(yù)報(bào)是天氣預(yù)報(bào)的基礎(chǔ) 1.天氣形勢(shì)預(yù)報(bào)： 大范圍環(huán)流，高低氣壓系統(tǒng)（高大范圍環(huán)流，高低氣壓系統(tǒng)（高空的長(zhǎng)波槽、脊和地面氣旋、反氣旋）空的長(zhǎng)波槽、脊和地面氣旋、反氣旋）和鋒面等的預(yù)報(bào)和鋒面等的預(yù)報(bào)。 在中緯度，天氣形勢(shì)預(yù)報(bào)包括： 西風(fēng)帶的強(qiáng)弱，位置的變化； 長(zhǎng)波槽脊的強(qiáng)度和移動(dòng)方向、速 度； 地面氣旋、反氣旋強(qiáng)度的變化和移 動(dòng)方向、速度； 鋒的強(qiáng)度，鋒生鋒消和鋒的移動(dòng)。 做天

9、氣形勢(shì)預(yù)報(bào)的重要理論依據(jù)： 診斷分析各種物理量場(chǎng) 羅斯貝波的移速公式 渦度方程 鋒生動(dòng)力學(xué) 診斷分析 診斷分析是天氣學(xué)與動(dòng)力氣象學(xué)逐步結(jié)合的產(chǎn)物，其主要任務(wù)是利用實(shí)測(cè)氣象資料計(jì)算出散度、渦度、垂直速度、水汽通量、熱量和能量等物理量場(chǎng)，分析其空間分布和時(shí)間演變特征，分析它們與天氣系統(tǒng)發(fā)生演變的關(guān)系。 渦度方程: yfvyvxufdtd)( 是由運(yùn)動(dòng)方程演化出來(lái)的一個(gè)描述渦旋運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度變化的方程，在大氣動(dòng)力學(xué)和天氣學(xué)中用途非常廣泛。 2氣象要素預(yù)報(bào)： 主要包括溫度、風(fēng)、云、霧和降水的預(yù)報(bào)。 根據(jù)天氣形勢(shì)預(yù)報(bào)的結(jié)果和各種天氣系統(tǒng)中天氣分布的特點(diǎn)，結(jié)合各地特殊的自然地理?xiàng)l件，氣象要素的統(tǒng)計(jì)規(guī)律來(lái)做出未來(lái)氣象要素的變化情況的推斷。 風(fēng)的預(yù)報(bào)：風(fēng)的預(yù)報(bào)： 考慮風(fēng)的變化與氣壓系統(tǒng)及鋒面的關(guān)系、地形對(duì)風(fēng)的影響、熱力環(huán)流的作用（如海陸風(fēng)、山谷風(fēng)等） 。 一般將平均風(fēng)速達(dá)到 6 級(jí)（10.813.8 米/秒）以上的風(fēng)稱為大風(fēng)。它對(duì)航運(yùn)、漁業(yè)生產(chǎn)和軍事活動(dòng)影響很大，所以大風(fēng)預(yù)報(bào)是風(fēng)的預(yù)報(bào)的重點(diǎn)。 溫度的預(yù)報(bào)溫度的預(yù)報(bào) 特別注意災(zāi)害性的氣溫（霜凍、持續(xù)性的高溫或低溫）的預(yù)