當(dāng)氣象遇上大數(shù)據(jù)

1、科學(xué)出版社2017.10.6 我要分享孫子兵法寫道，算則勝，不算則不勝；多算勝，少算則不勝?！八恪?，就是如何利用數(shù)據(jù)，來(lái)估計(jì)各種因素。數(shù)據(jù)，自古有之，人口普查、農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)、兵力計(jì)算、政治權(quán)衡，數(shù)據(jù)雖小，卻有助于治國(guó)安邦。隨著信息爆炸、互聯(lián)互通、智慧城市時(shí)代的到來(lái)，大數(shù)據(jù)以排山倒海之勢(shì)席卷全球，成為當(dāng)前信息技術(shù)最受關(guān)注的概念之一，并躍升為國(guó)家戰(zhàn)略的前沿，以及產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和商業(yè)模式創(chuàng)新的源泉。數(shù)據(jù)之“大”，蘊(yùn)含全新的能量，怎樣來(lái)“算”，挑戰(zhàn)人類的智慧。 氣象學(xué)科的出現(xiàn)與發(fā)展始終伴隨著數(shù)據(jù)理念和算法研究，氣象業(yè)務(wù)的運(yùn)行始終伴隨著數(shù)據(jù)獲取處理和分析決策。大數(shù)據(jù)產(chǎn)生之后，眾多行業(yè)受到不同程度的沖擊，有的甚至

2、是顛覆性的。氣象與數(shù)據(jù)相因相生、相輔相成，這股由信息技術(shù)掀起的新浪潮將對(duì)氣象行業(yè)產(chǎn)生何種影響？在科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)體系下產(chǎn)生的氣象數(shù)據(jù)是大數(shù)據(jù)嗎？大數(shù)據(jù)強(qiáng)調(diào)的預(yù)測(cè)能力跟氣象行業(yè)百年來(lái)所追求的對(duì)天氣的精準(zhǔn)預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)有什么區(qū)別與聯(lián)系？爭(zhēng)論的聲音從一開(kāi)始就存在，但氣象行業(yè)從來(lái)沒(méi)有停下行動(dòng)的步伐。技術(shù)的發(fā)展給我們帶來(lái)了難題，同時(shí)又給我們開(kāi)出了處方，大數(shù)據(jù)給氣象帶來(lái)了挑戰(zhàn)，也帶來(lái)了新時(shí)代的曙光。當(dāng)我們撥開(kāi)浮云察看本質(zhì)時(shí)就能夠發(fā)現(xiàn)，大數(shù)據(jù)并非點(diǎn)石成金的神秘?zé)捫g(shù)，而是工程師和科學(xué)家手頭的新工具。我們既不能因?yàn)椴皇煜ば鹿ぞ叩氖褂梅椒ň桶阉唛w，也不能因?yàn)槭掷锬弥祁^就看什么都像釘子。正確理解并掌握大數(shù)據(jù)理念、技術(shù)、方

3、法，合理運(yùn)用在從觀測(cè)數(shù)據(jù)采集到專業(yè)化氣象預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)和服務(wù)保障的各個(gè)環(huán)節(jié)，提升氣象行業(yè)的數(shù)據(jù)管理能力和價(jià)值挖掘能力，才是正確的氣象大數(shù)據(jù)觀。氣象數(shù)據(jù)采集和處理的目的，是在對(duì)資料數(shù)據(jù)整理、分析和挖掘的過(guò)程中，得到對(duì)數(shù)據(jù)變化規(guī)律的認(rèn)識(shí)，并將規(guī)律性的結(jié)論以數(shù)據(jù)模型的方式來(lái)加以描述，通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)人類生存環(huán)境未來(lái)狀態(tài)的預(yù)報(bào)和預(yù)估。氣象學(xué)在多年的發(fā)展歷程中，先后形成了三種主要的數(shù)據(jù)分析與計(jì)算方法，即天氣學(xué)分析與診斷方法（天氣學(xué)方法）、氣象統(tǒng)計(jì)分析與計(jì)算方法（統(tǒng)計(jì)學(xué)方法）、動(dòng)力氣象學(xué)分析與數(shù)值計(jì)算方法（動(dòng)力數(shù)值方法）。本期，小編為讀者選取了天氣學(xué)分析與診斷方法。天氣學(xué)方法主要描述和刻畫氣象數(shù)據(jù)的分布特征

4、，統(tǒng)計(jì)學(xué)方法是深入挖掘各氣象數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性，動(dòng)力數(shù)值方法則在前兩者成果集成基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出準(zhǔn)確描述大氣運(yùn)動(dòng)規(guī)律的復(fù)雜數(shù)值模型，依托高性能計(jì)算技術(shù)預(yù)報(bào)大氣運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。三種方法在互相結(jié)合、互相滲透和相互促進(jìn)中不斷向前發(fā)展。天氣學(xué)方法天氣學(xué)是研究天氣系統(tǒng)和天氣現(xiàn)象發(fā)生、發(fā)展及變化的基本規(guī)律，并利用這些規(guī)律預(yù)測(cè)未來(lái)天氣的一門科學(xué)。天氣學(xué)方法是最早出現(xiàn)的氣象數(shù)據(jù)分析計(jì)算方法，其以天氣圖的出現(xiàn)為主要標(biāo)志，以至于目前的氣象數(shù)據(jù)分析在業(yè)務(wù)領(lǐng)域有一個(gè)專門的名稱 天氣分析。在天氣分析基礎(chǔ)上，歸納總結(jié)出相應(yīng)的天氣學(xué)概念模型，利用模型工具開(kāi)展具體的氣象要素預(yù)報(bào)。天氣分析 天氣分析是根據(jù)天氣學(xué)和動(dòng)力氣象學(xué)原理，對(duì)天氣圖和其

5、他大氣探測(cè)資料所做的用于揭示天氣性狀的分析，是一種對(duì)氣象觀測(cè)記錄進(jìn)行描述、操作、推斷和建模的過(guò)程，是利用天氣學(xué)方法開(kāi)展氣象預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)的基本立足點(diǎn)和主要依據(jù)。天氣分析內(nèi)容主要包括：天氣圖分析、氣象診斷分析、數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品分析、氣象數(shù)據(jù)再分析等。隨著大氣探測(cè)和計(jì)算機(jī)等技術(shù)的發(fā)展，天氣分析的內(nèi)容和方法日益豐富，并逐步實(shí)現(xiàn)客觀化、定量化和自動(dòng)化。1 天氣圖分析天氣圖分析是對(duì)天氣圖上各種氣象要素的分布狀況及其演變進(jìn)行分析研究的過(guò)程。主要內(nèi)容包括：氣壓場(chǎng)分析、溫度場(chǎng)分析、濕度場(chǎng)分析和風(fēng)場(chǎng)分析。氣壓場(chǎng)分析主要指利用地面天氣圖的等壓線、變壓線、鋒線、天氣區(qū)等，高空天氣圖的等位勢(shì)高度線、槽線、脊線等內(nèi)容，獲取地面和

6、空中氣壓場(chǎng)的水平分布及其空間結(jié)構(gòu)，了解各種重要天氣系統(tǒng)的位置、強(qiáng)度、移動(dòng)、變化及其相互關(guān)系。溫度場(chǎng)分析主要指用等溫線、變溫線等，分析大氣溫度場(chǎng)的分布和變化，與氣壓場(chǎng)的相互配置和各種天氣系統(tǒng)的熱力結(jié)構(gòu)。濕度場(chǎng)分析主要指用等露點(diǎn)線、等溫度-露點(diǎn)差線等，分析大氣中水汽的分布和變化情況。風(fēng)場(chǎng)分析主要指用流線、等風(fēng)速線和大風(fēng)區(qū)等，分析大氣的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和變化，以及天氣系統(tǒng)的強(qiáng)度、移動(dòng)速度和各種物理量的輸送情況等。根據(jù)天氣分析和預(yù)報(bào)的需要，有時(shí)還繪制和分析溫度-對(duì)數(shù)壓力圖、雨量圖、 時(shí)間演變圖、空間剖面圖、時(shí)間變化值圖和物理量場(chǎng)分布圖等輔助圖。圖 1 給出的是天氣圖分析中常規(guī)的地面天氣圖和高空天氣圖。客觀分析

7、正逐步取代手工分析，成為天氣圖的主要分析方法。依托計(jì)算機(jī)，客觀分析首先對(duì)觀測(cè)資料進(jìn)行校正，將呈不規(guī)則分布的氣象站點(diǎn)的觀測(cè)資料，內(nèi)插到規(guī)則分布的網(wǎng)格點(diǎn)上，然后按技術(shù)規(guī)范自動(dòng)進(jìn)行天氣分析。常用的客觀分析方法有逐步訂正法、多項(xiàng)式法和有限元法等。在進(jìn)行天氣圖分析時(shí)，首先需正確判斷和運(yùn)用觀測(cè)記錄，參考有關(guān)分析預(yù)報(bào)判據(jù)和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，推斷各種天氣現(xiàn)象和天氣形勢(shì)的演變過(guò)程，考慮其前后歷史連貫性，重視各有關(guān)圖表的有機(jī)結(jié)合，從實(shí)際出發(fā)，抓住關(guān)鍵，為天氣預(yù)報(bào)提供科學(xué)依據(jù)。2氣象診斷分析氣象診斷分析技術(shù)是利用大氣探測(cè)資料或者經(jīng)過(guò)加工整理的資料，計(jì)算各種大氣物理量，并通過(guò)大氣動(dòng)力方程和物理方程對(duì)大氣環(huán)流和天氣系統(tǒng)進(jìn)行定量

8、的物理分析。通過(guò)診斷分析可以進(jìn)一步了解天氣系統(tǒng)發(fā)生和發(fā)展的物理機(jī)制，為天氣預(yù)報(bào)提供客觀定量的物理依據(jù)，該分析方法比天氣圖的定性分析方法更具優(yōu)勢(shì)。診斷分析包括氣象要素場(chǎng)診斷分析、衛(wèi)星云圖分析和天氣雷達(dá)回波圖分析等。氣象要素場(chǎng)診斷分析是用 不含有時(shí)間變量的大氣動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)方程，對(duì)某一時(shí)刻的 非直接觀測(cè)的各種大氣物理量作出定量計(jì)算，以尋求這些物理量的空間分布特征及其與天氣系統(tǒng)發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系，從而客觀定量地分析、解釋天氣過(guò)程，其結(jié)果也可為天氣預(yù)報(bào)提供依據(jù)。常用的診斷分析物理量有能量、垂直速度、渦度、散度、水汽輸送等。例如，能量診斷分析，就是從能量方程出發(fā)，計(jì)算引起能量變化的各種因子，分析它們的維持

9、、平衡和轉(zhuǎn)換等問(wèn)題。一般說(shuō)來(lái)，動(dòng)能的增加意味著天氣系統(tǒng)的發(fā)展，動(dòng)能的減少常使天氣系統(tǒng)趨于衰亡。對(duì)成熟氣旋系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)果表明，動(dòng)能主要在對(duì)流層上部和下部產(chǎn)生。由于下部氣流明顯地由高壓穿越等壓線流向低壓，這表明氣壓場(chǎng)對(duì)空氣塊做功而產(chǎn)生動(dòng)能。當(dāng)這個(gè)動(dòng)能大于能量向系統(tǒng)外的輸出和摩擦消耗時(shí)，氣旋就得以維持和加強(qiáng)。高速計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，使診斷分析從歷史資料的分析研究手段發(fā)展成為日常天氣分析業(yè)務(wù)的一種重要技術(shù)。衛(wèi)星云圖分析，是應(yīng)用衛(wèi)星云圖、 衛(wèi)星測(cè)風(fēng)、衛(wèi)星探空等資料，分析全球大氣中的云、風(fēng)、氣溫、濕度等分布情況。主要技術(shù)途徑是通過(guò)對(duì)氣象衛(wèi)星云圖上的各種云系的形狀、分布和某些特征云型的分析，識(shí)別各類天氣系統(tǒng)，判斷

10、其位置、強(qiáng)度，推斷其發(fā)展趨勢(shì)，估計(jì)降水和風(fēng)，進(jìn)而預(yù)報(bào)未來(lái)天氣。天氣雷達(dá)回波圖分析是使用常規(guī)天氣雷達(dá)、氣象多普勒雷達(dá)、激光雷達(dá)、聲雷達(dá)、風(fēng)廓線雷達(dá)等探測(cè)資料，分析一定范圍內(nèi)的大氣物理狀態(tài)和大氣運(yùn)動(dòng)情況。主要通過(guò)對(duì)雷達(dá)回波形態(tài)、強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)、分布和變化特征等的分析，了解云體和降水的性質(zhì)、演變，測(cè)定降水強(qiáng)度和云中含水量，推斷天氣系統(tǒng)特別是中小尺度天氣系統(tǒng)的未來(lái)變化，為監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)天氣提供依據(jù)。3數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品分析數(shù)值預(yù)報(bào)是現(xiàn)代天氣預(yù)報(bào)的重要方法，其原理和技術(shù)將在“動(dòng)力氣象學(xué)分析與數(shù)值計(jì)算方法”一節(jié)中介紹。這里主要介紹數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品分析及其相關(guān)應(yīng)用，也是天氣分析的組成部分。數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品多以網(wǎng)格點(diǎn)資料的形式給出

11、，產(chǎn)品要素內(nèi)容與天氣圖分析的站點(diǎn)觀測(cè)資料類似，故其分析方法與天氣圖分析基本相同。如果把數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品視為未來(lái)某時(shí)刻的實(shí)況，則兩者的分析方法完全一致。但是，由于數(shù)值預(yù)報(bào)模式對(duì)大氣物理過(guò)程描述的局限性，以及分辨率、模式初始場(chǎng)誤差等原因，數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品只能是對(duì)未來(lái)大氣狀態(tài)的一種近似，不可避免地存在預(yù)報(bào)誤差。對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的分析首先是識(shí)別其誤差情況，并開(kāi)展針對(duì)性的人工或者客觀訂正，然后運(yùn)用該產(chǎn)品進(jìn)行定性和定量分析，最終得出需要的預(yù)報(bào)結(jié)論。數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的誤差主要表現(xiàn)為：對(duì)天氣系統(tǒng)移動(dòng)速度描述的偏快或者偏慢、強(qiáng)度偏強(qiáng)或者偏弱；對(duì)氣象要素如降水量預(yù)報(bào)偏大、偏小以及落區(qū)位置偏移等；時(shí)效方面，如5 天以上的中期天氣

12、預(yù)報(bào)結(jié)果明顯不及3 天以內(nèi)的短期預(yù)報(bào)結(jié)果可靠。誤差分析主要通過(guò)將數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品與實(shí)況來(lái)做比對(duì)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行整體判斷，得出相應(yīng)的誤差分布。有時(shí)也著眼于數(shù)值模式的整體性能，針對(duì)天氣系統(tǒng)或者具體天氣進(jìn)行。主要統(tǒng)計(jì)指標(biāo)包括：偏差、平均誤差、均方根誤差、標(biāo)準(zhǔn)差、相關(guān)系數(shù)、預(yù)報(bào)評(píng)分等。根據(jù)天氣學(xué)原理，在數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，進(jìn)行人工訂正，從而對(duì)天氣形勢(shì)作出診斷和預(yù)報(bào)，進(jìn)而作出具體的天氣預(yù)報(bào)，是數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品定性化應(yīng)用的一個(gè)思路，實(shí)際上是把天氣學(xué)理論和天氣圖分析預(yù)報(bào)方法進(jìn)行移植和拓展。不同于天氣圖分析方法的是，其將對(duì)前期和當(dāng)前實(shí)況天氣圖的時(shí)間、空間分析延伸到了未來(lái)，并把傳統(tǒng)天氣圖方法中對(duì)氣壓場(chǎng)、高度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)

13、、溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)的分析和預(yù)報(bào)擴(kuò)展到對(duì)物理量場(chǎng)的分析和預(yù)報(bào)，有的文獻(xiàn)中稱為“縱橫分析”。橫向分析是指，對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的多物理量場(chǎng)的各類分布圖作時(shí)間演變分析，著重分析影響天氣系統(tǒng)的移動(dòng)和強(qiáng)度變化的物理量?？v向分析是對(duì)同一時(shí)刻的各類分布圖作垂直對(duì)比分析，了解主要天氣系統(tǒng)的垂直結(jié)構(gòu)和有關(guān)物理量的配置關(guān)系。具體的氣象要素預(yù)報(bào)則是在縱橫分析的基礎(chǔ)上，開(kāi)展相似預(yù)報(bào)和落區(qū)預(yù)報(bào)。目前，某些短期要素的客觀預(yù)報(bào)水平已經(jīng)接近甚至超過(guò)預(yù)報(bào)員的主觀預(yù)報(bào)水平，但由于受到大氣探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用和對(duì)某些天氣現(xiàn)象機(jī)理認(rèn)識(shí)的限制，不少天氣要素如降水、風(fēng)等的預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)況有一定差距。隨著自動(dòng)氣象站、雷達(dá)、衛(wèi)星遙感、風(fēng)廓線、GPS 等大氣

14、探測(cè)技術(shù)的發(fā)展以及對(duì)天氣變化機(jī)理認(rèn)識(shí)的加深，數(shù)值預(yù)報(bào)模式的不斷改進(jìn)，常規(guī)與非常規(guī)觀測(cè)資料的充分使用，為數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品解釋應(yīng)用技術(shù)的不斷進(jìn)步創(chuàng)造了更為有利的條件。在對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品檢驗(yàn)評(píng)估和訂正的基礎(chǔ)上，作出精細(xì)化氣象預(yù)報(bào)，已成為氣象業(yè)務(wù)主流趨勢(shì)。4 氣象數(shù)據(jù)再分析觀探測(cè)技術(shù)的發(fā)展和領(lǐng)域的拓展使氣象數(shù)據(jù)量快速增長(zhǎng)，已經(jīng)進(jìn)入了大數(shù)據(jù)時(shí)代。如何利用這些種類繁多的海量數(shù)據(jù)資源，用于天氣氣候研究，是氣象領(lǐng)域的前沿課題之一。大氣資料再分析，是 20 世紀(jì) 80年代以來(lái)，科學(xué)家提出的一種利用數(shù)值預(yù)報(bào)的資料同化技術(shù)來(lái)恢復(fù)歷史氣象記錄的新方法。所謂再分析，就是利用完善的數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)，把各種類型和來(lái)源的觀測(cè)資料與數(shù)值

15、預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行重新融合與最優(yōu)集成的過(guò)程。目前，以觀探測(cè)資料為基礎(chǔ)，通過(guò)多源資料的融合分析以及利用數(shù)值模式進(jìn)行資料同化分析和再分析，獲得質(zhì)量可靠、空間覆蓋完整、高分辨率的氣象數(shù)據(jù)產(chǎn)品，成為世界各國(guó)氣象界大氣資料再分析的普遍做法。基于各種觀探測(cè)資料研制的再分析氣象數(shù)據(jù)產(chǎn)品，已經(jīng)成為全球氣象科研和業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為人們深入了解大氣運(yùn)動(dòng)的方式、認(rèn)識(shí)不同時(shí)空尺度內(nèi)氣候變化和變率提供了強(qiáng)有力的研究工具，在氣象數(shù)據(jù)中占有很高的比例，其使用率和應(yīng)用效益甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了觀測(cè)資料本身。美國(guó)、歐盟和日本等國(guó)家先后組織和實(shí)施了一系列全球大氣再分析計(jì)劃。目前，已經(jīng)完成的全球大氣再分析主要有：NCEP/NCAR 全球大氣再分

16、析資料計(jì)劃，以及NCEP 與美(Department of Energy, DOE) 的 NCEP/ DOE 全球大氣再分析資料計(jì)劃；ECMWF 的 15 年 (1979 1993 年 )和 45 年 (1957 2002 年 )全球大氣再分析資料計(jì)劃，以及新一代再分析(ERA-Interim) ； 日本氣廳和電力中央研究所聯(lián)合組織實(shí)施的25 年 (1979 2004 年 )全球大氣再分析資料計(jì)劃 (JRA-25) 等。 2015 年，我國(guó)在加強(qiáng)重大核心關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)以及全球基礎(chǔ)資料的收集整合、質(zhì)量控制、偏差訂正和同化應(yīng)用研究的基礎(chǔ)上，“全球大氣再分析技術(shù)研究與數(shù)據(jù)集研制”進(jìn)入立項(xiàng)實(shí)施階段，相

17、關(guān)研究成果有望填補(bǔ)我國(guó)在大氣再分析領(lǐng)域的空白。Cressman 客觀分析是最早的氣象數(shù)據(jù)再分析技術(shù)，主要是將常規(guī)氣象站點(diǎn)觀測(cè)資料融合到數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品中。隨著氣象領(lǐng)域大量非常規(guī)氣象探測(cè)資料的出現(xiàn)，一些新的客觀分析方法如最優(yōu)(統(tǒng)計(jì))插值、天氣分析與預(yù)報(bào)模式相結(jié)合的“四維同化”分析方案等再分析技術(shù)得以開(kāi)發(fā)利用。隨著衛(wèi)星資料、雷達(dá)資料等大量非常規(guī)探測(cè)資料的不斷積累和使用，客觀分析逐步從分析一個(gè)時(shí)間多層次的資料發(fā)展到分析多個(gè)時(shí)間多層次的資料，從靜態(tài)分析發(fā)展到動(dòng)態(tài)分析，從單純的擬合發(fā)展到四維資料的同化分析，基于整個(gè)場(chǎng)協(xié)調(diào)一致的變分同化技術(shù)在再分析中得以廣泛應(yīng)用。目前，三維變分和四維變分等先進(jìn)資料同化技術(shù)已逐

18、步進(jìn)入業(yè)務(wù)化階段。國(guó)際先進(jìn)業(yè)務(wù)數(shù)值預(yù)報(bào)中心未來(lái)在全球資料同化技術(shù)的發(fā)展方向，也把變分和集合及其兩種方法互相混合的新同化技術(shù)作為主要的發(fā)展方向。某種程度上，現(xiàn)在的再分析技術(shù)所提出的大氣整體系統(tǒng)的分解、協(xié)調(diào)和優(yōu)化的理論模型，把資料分析和天氣預(yù)報(bào)緊密相連，為天氣分析預(yù)報(bào)的系統(tǒng)化、 工程化和自動(dòng)化奠定了基礎(chǔ)，并開(kāi)辟了新的道路。天氣學(xué)概念模型鋒面理論是氣象領(lǐng)域氣團(tuán)學(xué)說(shuō)的重要成果，鋒面分析是運(yùn)用鋒面空間結(jié)構(gòu)及其發(fā)生、發(fā)展的理論，在天氣圖上確定鋒的類型和位置的工作過(guò)程，是天氣分析綜合應(yīng)用的典型實(shí)例，鋒面分析的天氣學(xué)概念模型是天氣學(xué)方法制作天氣預(yù)報(bào)的關(guān)鍵依據(jù)。鋒面是指分隔冷、暖兩種不同性質(zhì)氣團(tuán)之間的狹窄的過(guò)渡

19、帶，通俗地講，就是冷暖氣團(tuán)的交界面。由于兩側(cè)氣團(tuán)性質(zhì)上的差異，存在著較大的溫度和氣壓梯度，空氣垂直對(duì)流活躍，水平氣流也極不穩(wěn)定，多伴隨著大片云系、大風(fēng)和降水現(xiàn)象，常造成劇烈的天氣變化。鋒面的長(zhǎng)度與氣團(tuán)的水平距離大致相當(dāng)，由幾百千米到幾千千米，寬度比氣團(tuán)小得多，只有幾十千米，最寬的也不過(guò)幾百千米，垂直高度與氣團(tuán)相當(dāng)，為幾千米到十幾千米。鋒面分析的基本方法主要有四步。第一步，由歷史演變外推框定鋒面范圍。由于地形影響、記錄代表性差及鋒面結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因，鋒面分析有一定的困難性。確定鋒面位置首先按照歷史連續(xù)性的原則，將前6 小時(shí)或 12 小時(shí)鋒面的位置（過(guò)去位置）標(biāo)在待分析的天氣圖上，運(yùn)用歷史演變外推法

20、，大致劃定鋒面位置。第二步，應(yīng)用衛(wèi)星云圖分析鋒面。由于鋒面 伴隨著大片云系，從衛(wèi)星云圖上能較為直觀地確定鋒面的區(qū) 域范圍。鋒面在云圖上往往表現(xiàn)為帶狀云系，一般長(zhǎng)達(dá)數(shù)千千米，寬度差異較大，平均為4 5 個(gè)緯距 (400 500km)鋒面云帶常常為多層云系，最上面是卷云，下面是中低云。當(dāng)鋒面的暖氣團(tuán)主動(dòng)沿鋒面上升，此時(shí)鋒面的云帶較寬，具有完整的云帶，鋒面的位置要定在云帶的前邊界上。而當(dāng)冷氣團(tuán)主動(dòng)下沉，迫使前面的暖氣團(tuán)抬升，云圖上表現(xiàn)為云帶窄，甚至斷裂，也可能不能形成云帶，如果云帶后邊界很清楚，則鋒面要定在其后邊界上。如果存在冷暖鋒共同作用的氣旋，云區(qū)在暖區(qū)頂端向冷區(qū)一側(cè)凸起，冷鋒定在云帶中間部分，

21、 暖鋒定在云區(qū)凸起部分的某個(gè)區(qū)域。當(dāng)氣旋發(fā)展成熟，鋒面錮囚以后，鋒面要定在云帶后邊界附近，靜止鋒則定在云帶的前邊界附近。在高緯度地區(qū)，還可以利用云區(qū)中的紋線來(lái)確定鋒面，此時(shí)鋒面與紋線互相平行。第三步，結(jié)合高空天氣圖判斷鋒的位置和類型。除了垂直伸展高度很低(1.5km 以下)的地面鋒，所有對(duì)流層區(qū)域的鋒都在高空等壓面圖上有所反應(yīng)。平原地區(qū)分析850hPa 、 700hPa 等壓面，高原地區(qū)分析500hPa 等壓面。根據(jù)鋒面向冷區(qū)傾斜原理，地面的鋒線應(yīng)位于高空等壓面圖上等溫線相對(duì)密集區(qū)的偏暖空氣一側(cè)，而且地面鋒線要與等溫線大致平行，高度越高鋒區(qū)向冷區(qū)方向偏離越遠(yuǎn)。高空鋒區(qū)有冷平流時(shí)，它所對(duì)應(yīng)的是冷鋒。高空鋒區(qū)有暖平流時(shí)，所對(duì)應(yīng)的是暖鋒。根據(jù)鋒的連續(xù)演變，如果有冷鋒趕上暖鋒高空又有暖舌，則所對(duì)應(yīng)的是錮囚鋒，高空鋒區(qū)中冷暖平流均不明顯時(shí)，所對(duì)應(yīng)的是靜止鋒。最后，根