中長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)課件

中長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)課程概況從課程名稱(chēng)可知，本書(shū)主要介紹兩部分內(nèi)容，中期天氣預(yù)報(bào)和長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)。第一章為概述，第二到第四章為中期預(yù)報(bào)內(nèi)容，（重點(diǎn)）第五到第八章為長(zhǎng)期預(yù)報(bào)內(nèi)容，（重點(diǎn)）第九章介紹自動(dòng)化系統(tǒng)。我們主要學(xué)習(xí)前八章。第一章緒論一、重要性：國(guó)計(jì)民生的需要

◆多行業(yè)和學(xué)科的需要：農(nóng)業(yè)，水利，環(huán)保，經(jīng)濟(jì)建設(shè)等?！纛l繁發(fā)生的自然災(zāi)害的預(yù)測(cè)需求。全球變化（變暖、干旱、洪水、生態(tài)環(huán)境變化，第5次生物大滅絕）。氣象人員的驕傲（我們的貢獻(xiàn)）、責(zé)任（提供好的預(yù)報(bào)）、羞愧（預(yù)報(bào)水平不能令人滿(mǎn)意）。二、歷程長(zhǎng)期預(yù)報(bào)的可行嗎？◆1976美國(guó)氣象學(xué)會(huì)聲明：月以上的逐日預(yù)報(bào)無(wú)參考價(jià)值

◆1981英國(guó)停止1963年-1981年的長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)發(fā)布

◆1980s年代受氣候異常影響，中長(zhǎng)期預(yù)報(bào)復(fù)蘇：1986-1991WMO召開(kāi)5次國(guó)際研討會(huì)

制定國(guó)際研究與合作計(jì)劃近40個(gè)國(guó)家發(fā)布預(yù)報(bào)大量的分析和預(yù)報(bào)方法的研究第一節(jié)長(zhǎng)中短期天氣預(yù)報(bào)的區(qū)別1.什么是長(zhǎng)、中、短期天氣預(yù)報(bào)？

1955年，馮.紐曼在美國(guó)普林斯頓召開(kāi)的第一次氣候模擬大會(huì)上關(guān)于這個(gè)問(wèn)題有一個(gè)著名的論述：他認(rèn)為預(yù)報(bào)可以按照時(shí)間尺度很方便的分為3類(lèi)，第1類(lèi)預(yù)報(bào)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)只取決于初始條件（簡(jiǎn)單說(shuō)明）；第2類(lèi)運(yùn)動(dòng)則相反，其變化完全不依賴(lài)于初始條件，而只依賴(lài)于外部強(qiáng)迫（簡(jiǎn)單說(shuō)明）；第3類(lèi)運(yùn)動(dòng)不但依賴(lài)于初始條件還依賴(lài)于外部強(qiáng)迫。這3類(lèi)預(yù)報(bào)問(wèn)題分別就是短期天氣預(yù)報(bào)、長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)（氣候預(yù)報(bào)，這里一般指短期氣候預(yù)報(bào)。

1.什么是長(zhǎng)、中、短期天氣預(yù)報(bào)？

定義：短期天氣過(guò)程僅和初始條件有關(guān)，預(yù)報(bào)短期天氣過(guò)程的天氣預(yù)報(bào)，就稱(chēng)為短期天氣預(yù)報(bào)。中期天氣過(guò)程和初始條件、外力強(qiáng)迫均有關(guān)，預(yù)報(bào)中期天氣過(guò)程的天氣預(yù)報(bào)，就稱(chēng)為中期天氣預(yù)報(bào)。長(zhǎng)期天氣過(guò)程僅和外力強(qiáng)迫有關(guān)，預(yù)報(bào)長(zhǎng)期天氣過(guò)程的天氣預(yù)報(bào)，就稱(chēng)為長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)。（根據(jù)上述論述認(rèn)為，短期預(yù)報(bào)最簡(jiǎn)單，長(zhǎng)期預(yù)報(bào)也相對(duì)較簡(jiǎn)單，最難得是中期預(yù)報(bào)）（現(xiàn)在的研究和預(yù)報(bào)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期預(yù)報(bào)最難）2.時(shí)間尺度

短期天氣過(guò)程：<72小時(shí)較公認(rèn)，可外推我國(guó)實(shí)際0-3天中期天氣過(guò)程：3天以上—2-3周上限有爭(zhēng)議我國(guó)實(shí)際3-10天長(zhǎng)期天氣過(guò)程：1月以上月、季、年預(yù)報(bào)我國(guó)實(shí)際月均預(yù)報(bào)（超常期預(yù)報(bào)或氣候預(yù)報(bào)：1年以上）第二節(jié)歷史回顧1、長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)歷史回顧：（1）1873年在維也納召開(kāi)了第一次國(guó)際氣象會(huì)議，天氣觀測(cè)網(wǎng)、情報(bào)交換、促進(jìn)氣象事業(yè)發(fā)展的機(jī)構(gòu)等方面開(kāi)始國(guó)際合作；（2）四大學(xué)派：Walker學(xué)派：1883年T.D.Bort提出了大氣活動(dòng)中心的概念，指出大范圍天氣異常和周期與大氣活動(dòng)中心的位置和強(qiáng)度異常有關(guān)。1924－1937年，Walker提出三大濤動(dòng)概念：北大西洋濤動(dòng)（NAO）、北太平洋濤動(dòng)（NPO）、南方濤動(dòng)（SO）。至今仍有重要意義（比如SO—ENSO）；1912年，穆?tīng)柼怪Z夫斯基學(xué)派：以追蹤冷空氣路徑開(kāi)始制作長(zhǎng)期預(yù)報(bào)；貢獻(xiàn)是第一次用天氣學(xué)方法做長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)。第一次提出了長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)的階段性和周期性；1935年，王根蓋姆學(xué)派：以大氣環(huán)流季節(jié)轉(zhuǎn)換規(guī)律制作長(zhǎng)期預(yù)報(bào)。貢獻(xiàn)是為大型環(huán)流長(zhǎng)期預(yù)報(bào)方法奠定了基礎(chǔ)；1936年，鮑爾學(xué)派：用回歸方程和復(fù)相關(guān)系數(shù)制作長(zhǎng)期預(yù)報(bào)。貢獻(xiàn)是提出了統(tǒng)計(jì)學(xué)和天氣方法相結(jié)合作天氣預(yù)報(bào)的方法；第二節(jié)歷史回顧（3）納米阿斯：認(rèn)為長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)的對(duì)象應(yīng)該是月平均溫度和月總降水量，而這兩個(gè)要素取決于月平均環(huán)流，因此應(yīng)該先做平均環(huán)流預(yù)報(bào)。（4）其它重要發(fā)展：20世紀(jì)50年代，Phillips用大氣環(huán)流進(jìn)行數(shù)值實(shí)驗(yàn)并制作長(zhǎng)期預(yù)報(bào)。20世紀(jì)70年代，馬爾丘克采用海氣耦合方案作長(zhǎng)期預(yù)報(bào)。近些年來(lái)又有一些重要進(jìn)展，比如指出了歐亞大陸積雪、青藏高原積雪的影響，北極地區(qū)、高緯度積雪和極冰的影響，南極大陸的冰蓋作用，海氣相互作用（ENSO、黑潮SST）。2、中期天氣預(yù)報(bào)回顧：

最主要進(jìn)展是中期數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的成功。主要是70年代后得到大力發(fā)展。目前水平最高的是ECMWF，其次是日本。中期數(shù)值天氣預(yù)報(bào)對(duì)于1星期左右的大氣環(huán)流形勢(shì)的預(yù)報(bào)是比較可靠的，但對(duì)于物理量（氣溫、降水）的預(yù)報(bào)就比較差，因此中期天氣預(yù)報(bào)工作一個(gè)很重要的內(nèi)容就是中期數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的釋、用。第三節(jié)我國(guó)中長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)的發(fā)展1、我國(guó)長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)的發(fā)展：（我國(guó)長(zhǎng)期預(yù)報(bào)的水平還可以，主要是全球都差）（1）我國(guó)最早進(jìn)行長(zhǎng)期預(yù)報(bào)研究的是涂長(zhǎng)望，根據(jù)沃克理論和方法研究了我國(guó)冷暖旱澇與世界各地的關(guān)系，并建立了回歸方程；（2）建國(guó)后，楊鑒初研究出一種運(yùn)用氣象要素歷史演變的規(guī)律制作一年以上的長(zhǎng)期預(yù)報(bào)的方法；（周期）（3）50年代中期以來(lái)對(duì)國(guó)際上幾大學(xué)派的理論和方法給予了較多的注意，并開(kāi)始結(jié)合東亞天氣氣候特點(diǎn)和我國(guó)實(shí)際情況做長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)。自1958年以后中央氣象臺(tái)每年10~11月組織第二年度預(yù)報(bào)，自60年代初每年3月就組織當(dāng)年的汛期（6-9月）天氣預(yù)報(bào)匯商。1973年以來(lái)每年4月組織進(jìn)行長(zhǎng)江流域預(yù)報(bào)；（4）80年代以來(lái)，得到大力發(fā)展：加強(qiáng)對(duì)大氣環(huán)流異常的三維結(jié)構(gòu)和低頻變化的研究。副高與我國(guó)雨帶的關(guān)系研究。極渦與我國(guó)低溫冷害的關(guān)系研究。ENSO與我的長(zhǎng)期天氣的關(guān)系研究。（5）長(zhǎng)期數(shù)值天氣預(yù)報(bào)方面也取得了很大的進(jìn)展。物理過(guò)程越來(lái)越全面、合理。2、我國(guó)中期天氣預(yù)報(bào)的發(fā)展：我國(guó)中期天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)是在50年代初開(kāi)始的，主要依據(jù)天氣分析并結(jié)合預(yù)報(bào)員的經(jīng)驗(yàn)，50年代中期試用了蘇聯(lián)的帕加瓦中期預(yù)報(bào)方法和美國(guó)的一些方法，但效果不好。1958年在蘭州召開(kāi)了第一次中期預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)，1960年中央氣象局推廣了四川的汛期中期預(yù)報(bào)方法；這些對(duì)我國(guó)中期天氣預(yù)報(bào)有重要的意義；1991年1月開(kāi)始，中期數(shù)值預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)入業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)階段?，F(xiàn)在：一方面以氣象部門(mén)為主，從本地區(qū)的實(shí)際需要出發(fā)，著重于災(zāi)害性和關(guān)鍵性天氣的中期預(yù)報(bào)。另一方面以科學(xué)院和院校為主，利用近代數(shù)學(xué)和力學(xué)的理論方法并以數(shù)值分析和數(shù)值實(shí)驗(yàn)為重要手段，結(jié)合氣象學(xué)的問(wèn)題創(chuàng)立新的理論和方法，現(xiàn)在我國(guó)的中期數(shù)值預(yù)報(bào)已經(jīng)初具規(guī)模。我國(guó)中期數(shù)值天氣預(yù)報(bào)開(kāi)展較晚，現(xiàn)在業(yè)務(wù)部門(mén)運(yùn)行的數(shù)值預(yù)報(bào)模式是歐洲中心淘汰的預(yù)報(bào)模式，預(yù)報(bào)水平也不高。購(gòu)買(mǎi)歐洲中心的預(yù)報(bào)結(jié)果。3、中長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)的幾個(gè)問(wèn)題（1）長(zhǎng)期預(yù)報(bào)的幾個(gè)問(wèn)題1.一般認(rèn)為，大氣環(huán)流持續(xù)異常是造成大范圍天氣異常的直接原因。因此持續(xù)對(duì)大氣環(huán)流異常狀態(tài)及其演變規(guī)律進(jìn)行天氣氣候?qū)W和大氣統(tǒng)計(jì)學(xué)的分析研究，對(duì)提高長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)有效性很有必要；2.對(duì)長(zhǎng)期天氣變化過(guò)程物理原因的研究是長(zhǎng)期預(yù)報(bào)基礎(chǔ)理論研究的重要方面：外源強(qiáng)迫的研究。3.目前的長(zhǎng)期預(yù)報(bào)方法：天氣氣候?qū)W方法，概率統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，流體力學(xué)熱力學(xué)方法三類(lèi)（也就是天氣學(xué)方法（思想的延伸）、統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和動(dòng)力學(xué)方法）。（2）中期預(yù)報(bào)的幾個(gè)問(wèn)題1.機(jī)理的研究。2.完善中期數(shù)值預(yù)報(bào)模式。3.大力改進(jìn)和建立中期預(yù)報(bào)工具和方法。4.目前中期天氣預(yù)報(bào)的方法：天氣學(xué)方法（第二章），數(shù)值預(yù)報(bào)方法（第三章，最主要的方法），統(tǒng)計(jì)學(xué)方法（第四章）。第二章中期天氣過(guò)程特征和中期天氣過(guò)程模式（內(nèi)容）第一節(jié)中期天氣過(guò)程特征與中期天氣預(yù)報(bào)的一般思路中期天氣過(guò)程的特點(diǎn)中期天氣預(yù)報(bào)的圖表工具中期天氣預(yù)報(bào)的一般思路第二節(jié)中期天氣過(guò)程模式建立中期天氣過(guò)程模式的一般方法天氣過(guò)程模式在中期天氣預(yù)報(bào)中的應(yīng)用第一節(jié)中期天氣過(guò)程特征與中期天氣預(yù)報(bào)的一般思路一、基本概念：中期：時(shí)間尺度3-15天-一個(gè)月？（我國(guó)3－10天）天氣過(guò)程：天氣系統(tǒng)發(fā)生、發(fā)展和移動(dòng)、演變的規(guī)律。中期天氣過(guò)程：與中期天氣預(yù)報(bào)的時(shí)間尺度相適應(yīng)的天氣過(guò)程，比如：大尺度和行星尺度的天氣過(guò)程，如長(zhǎng)波、超長(zhǎng)波、阻塞系統(tǒng)、極渦等。二、中期天氣過(guò)程的特點(diǎn)1、時(shí)間尺度：一個(gè)中期天氣過(guò)程，往往包含若干短期天氣過(guò)程，包含若干天氣系統(tǒng)的生消、發(fā)展。2、空間尺度：中期天氣過(guò)程比短期更明顯地受制于大型環(huán)流的演變調(diào)整。（1）系統(tǒng)尚未產(chǎn)生，需預(yù)報(bào)系統(tǒng)的產(chǎn)生；（2）需考慮更大范圍內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)天氣系統(tǒng)的調(diào)整變化。3、非絕熱加熱：中期天氣過(guò)程既受大氣初始狀態(tài)的控制，又受外界能源的影響。

（1）內(nèi)部過(guò)程：如云（短波輻射、凝結(jié)潛熱、長(zhǎng)波輻射等）??（2）外部過(guò)程：下墊面（冰雪、海洋、植被等）??三、中期天氣預(yù)報(bào)的圖表工具圖表工具1、各種氣候資料圖表：了解氣候背景。（1）要素氣候圖：多年平均的各旬降水量圖、雨季始迄時(shí)間、多雨少雨時(shí)段分布、氣溫圖、冷空氣活動(dòng)表等。（2）環(huán)流氣候圖：旬或月的多年平均環(huán)流場(chǎng)、槽脊活動(dòng)頻率圖、副高位置和強(qiáng)度資料等。用于了解槽脊易于在什么位置發(fā)展等。（3）物理量氣候圖：平均基本氣流分布圖、急流分布圖、低緯合成風(fēng)資料等。（4）影響系統(tǒng)氣候圖：臺(tái)風(fēng)路徑頻率圖、臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度分布圖、臺(tái)風(fēng)生成源地分布圖、氣旋活動(dòng)頻率圖、西南渦活動(dòng)頻率圖、冷高壓活動(dòng)頻率圖等。三、中期天氣預(yù)報(bào)的圖表工具2、各種時(shí)間、空間平均圖（中期：超長(zhǎng)波）：（1）時(shí)間平均圖：500hPa旬平均、侯平均、3天滑動(dòng)平均圖，以及它們的距平圖等。獲得超長(zhǎng)波。（2）空間平均圖：5點(diǎn)和9點(diǎn)平均。三、中期天氣預(yù)報(bào)的圖表工具3、各種濾波合成圖和高層天氣圖（超長(zhǎng)波）：（1）合成波高度圖：諧波分析（傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)），1、2、3波為超長(zhǎng)波，4、5、6波為長(zhǎng)波。（2）高層圖：50hPa、25hPa、10hPa天氣圖。利用的是大氣本身隨高度增高產(chǎn)生的阻尼濾波作用。4、各種環(huán)流指數(shù)和特征量的時(shí)間演變曲線圖及時(shí)空剖面圖：西風(fēng)環(huán)流指數(shù)曲線、低緯環(huán)流振動(dòng)曲線等，急流時(shí)間剖面曲線、槽脊活動(dòng)時(shí)間剖面曲線等。四、中期天氣預(yù)報(bào)的一般思路1、預(yù)報(bào)對(duì)象：不象短期天氣預(yù)報(bào)那樣具體，也不象長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)那樣籠統(tǒng)。主要預(yù)報(bào)的是旬總降水量、旬平均溫度、旬雨日，還有旬內(nèi)天氣過(guò)程的出現(xiàn)時(shí)段，比如冷空氣過(guò)程、降水過(guò)程、和一些危險(xiǎn)天氣等。四、中期天氣預(yù)報(bào)的一般思路2、一般思路：（1）了解天氣、氣候背景。（2）建立天氣模式。（3）將當(dāng)前天氣過(guò)程與各類(lèi)天氣過(guò)程模式作比較，分析其異同點(diǎn)，作預(yù)報(bào)。并訂正。（4）參考數(shù)值預(yù)報(bào)結(jié)果。四、中期天氣預(yù)報(bào)的一般思路3、具體預(yù)報(bào)工作思路：（1）掌握天氣、氣候特點(diǎn)（剛到臺(tái)站）；（2）建立天氣過(guò)程模式（剛到臺(tái)站）；（3）分析大型環(huán)流形勢(shì)（具體預(yù)報(bào)時(shí)）；（4）結(jié)合應(yīng)用中期數(shù)值預(yù)報(bào)結(jié)果（釋用）；（5）應(yīng)用單站氣象要素實(shí)況演變曲線進(jìn)行訂正。第二節(jié)中期天氣過(guò)程模式什么是天氣過(guò)程模式如何建立中期天氣過(guò)程模式（方法和舉例）

1、天氣過(guò)程模式概念把歷史上已經(jīng)出現(xiàn)過(guò)的一些重要天氣形勢(shì)或天氣過(guò)程，按預(yù)報(bào)需要?jiǎng)澐譃槿舾深?lèi)別，從同類(lèi)若干個(gè)例中總結(jié)歸納出典型形勢(shì)或過(guò)程，并對(duì)其動(dòng)態(tài)過(guò)程特征給以客觀描述。方法提煉主要特征缺陷歸納過(guò)程中帶有主觀性

2、建立中期天氣過(guò)程模式的一般方法典型個(gè)例法（選典型個(gè)例）歸納個(gè)例法（歸納共同特征）平均圖法（所有個(gè)例平均）按預(yù)報(bào)量分類(lèi)法：如按旱、澇、正常按預(yù)報(bào)因子分類(lèi)法：如按氣溫、氣壓、濕度分類(lèi)為增溫、增濕、增壓、降溫、降濕、降壓等類(lèi)型。3、天氣過(guò)程模式在中期天氣預(yù)報(bào)中的應(yīng)用例1：寒潮中期天氣過(guò)程模式寒潮概念：大范圍強(qiáng)冷空氣在一定環(huán)流形勢(shì)下向南爆發(fā)的現(xiàn)象。（大風(fēng)、降溫、降水）（1）寒潮中期天氣過(guò)程的天氣學(xué)模式（2）寒潮中期天氣過(guò)程的能量學(xué)模式（3）寒潮中期天氣過(guò)程模式與數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品結(jié)合（4）寒潮中期天氣過(guò)程模式應(yīng)用的綜合方案（1）寒潮中期天氣過(guò)程的天氣學(xué)模式基本思想：寒潮爆發(fā)與環(huán)流調(diào)整有關(guān)寒潮中期過(guò)程的類(lèi)型倒Ω流型：約占80%極渦偏心型：約占10%倒Ω型寒潮中期過(guò)程的三個(gè)階段：初始階段（爆發(fā)前20天左右）；醞釀階段（爆發(fā)前約7-10天）；爆發(fā)階段。初始階段（爆發(fā)前20天左右）高緯形成倒Ω流型大西洋脊向東向極地發(fā)展阿拉斯加脊向西向極地發(fā)展極渦分裂位于亞洲橋式高壓醞釀階段（爆發(fā)前約7-10天）亞洲形成倒Ω流型極渦大西洋脊阿拉斯加脊烏拉爾山脊加強(qiáng)負(fù)渦度暖平流冷渦南下鄂霍次克海脊發(fā)展亞洲倒Ω流型形成爆發(fā)階段（長(zhǎng)波強(qiáng)擾動(dòng)發(fā)展）長(zhǎng)波急劇發(fā)展。橫槽轉(zhuǎn)豎，東亞大槽加深。（2）寒潮中期天氣過(guò)程的能量學(xué)模式基本思想（一切都是能量轉(zhuǎn)換的結(jié)果）通過(guò)動(dòng)量輸送和感熱輸送，有使平均動(dòng)能和平均有效位能在中緯度聚集的作用，它促使兩大洋脊向極區(qū)發(fā)展，為寒潮爆發(fā)提供能量條件。寒潮中期過(guò)程各個(gè)階段的特征，都可以用平均動(dòng)能、平均有效位能和某些特征波能量參數(shù)來(lái)描述。倒Ω型寒潮中期過(guò)程分波動(dòng)能綜合平均圖特征（14頁(yè)圖2.2）：

1、初始階段特征：寒潮爆發(fā)前21天，高緯度地區(qū)（57.2oN~77.5oN）2波動(dòng)能出現(xiàn)最大值（45m2/s2），3波動(dòng)能也相對(duì)較高，1波動(dòng)能很小。對(duì)應(yīng)高緯度倒Ω流型發(fā)展。2、醞釀階段特征：爆發(fā)前8天左右，高緯度2波動(dòng)能出現(xiàn)第2個(gè)峰值，中緯度（37.5oN~55.5oN）3波動(dòng)能隨時(shí)間演變出現(xiàn)幾個(gè)高值中心；爆發(fā)前5天左右，有一3波或4波動(dòng)能增加過(guò)程。對(duì)應(yīng)烏拉爾山脊發(fā)展或西伯利亞脊發(fā)展。3、爆發(fā)階段特征：寒潮爆發(fā)前1天或當(dāng)天，中緯度有一長(zhǎng)波動(dòng)能發(fā)展。能量學(xué)模式寒潮預(yù)報(bào)的主要步驟：1、根據(jù)上面的分波動(dòng)能綜合平均圖各階段特征，分別作出預(yù)報(bào)。2、結(jié)合數(shù)值預(yù)報(bào)及其他方法。（3）寒潮中期天氣過(guò)程模式的應(yīng)用綜合預(yù)報(bào)方案應(yīng)用能量學(xué)模式：報(bào)10-20天寒潮趨勢(shì)應(yīng)用天氣學(xué)模式：報(bào)5-10天有無(wú)寒潮應(yīng)用天氣過(guò)程模式與數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的結(jié)合：報(bào)3-5天寒潮過(guò)程和寒潮天氣例2暴雨中期天氣過(guò)程模式暴雨的基本定義：日降水量在50~99mm致洪暴雨的定義：大面積長(zhǎng)時(shí)間出現(xiàn)大到暴雨的降水。中國(guó)暴雨的氣候規(guī)律：第一階段：5月至6月上旬，華南前汛期。第二階段：6月上半月左右，在南嶺以北的湘南、贛南以及浙南等地。第三階段：6月中旬至7月中旬，江淮“梅雨期”。第四階段：7月份，淮河流域的暴雨第五階段：7月下半月~8月上半月，華北雨季。暴雨中期天氣過(guò)程模式的建立和應(yīng)用（不介紹）

上海中心暴雨中期模式一上海中心暴雨中期模式二

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z!j_?vsAm?te gsQ????NetworkBlitz?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????第三章中期數(shù)值天氣預(yù)報(bào)一、數(shù)值天氣預(yù)報(bào)概念：根據(jù)大氣動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)定律，建立基本方程組，應(yīng)用數(shù)學(xué)物理方程的數(shù)值積分方案，對(duì)未來(lái)的天氣形勢(shì)和氣象要素作出預(yù)報(bào)的方法。二、中期數(shù)值天氣預(yù)報(bào)歷史1、國(guó)外：（1）世界上第一位企圖做數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的是英國(guó)的科學(xué)家Richardson，但由于只有一臺(tái)手搖式小計(jì)算機(jī)，另外他的模式中包含了大量的物理過(guò)程，因而影響了他的工作，所得結(jié)果與實(shí)際不符。（2）20世紀(jì)40年代，世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)的問(wèn)世，數(shù)學(xué)家JohnvonNeumann解決的第一個(gè)問(wèn)題是預(yù)報(bào)天氣形勢(shì)。以Charney為首的一批科學(xué)家在其第一次數(shù)值天氣預(yù)報(bào)中是用濾去聲波和重力波的簡(jiǎn)化方程組，因過(guò)于簡(jiǎn)單未成功。（3）1956年，Phillips在這個(gè)簡(jiǎn)化方程組中加了幾個(gè)強(qiáng)迫作用項(xiàng)，進(jìn)行長(zhǎng)期積分，給出了大氣環(huán)流的許多特征。（4）此后，數(shù)值天氣預(yù)報(bào)迅猛發(fā)展。到20世紀(jì)70年代中期以來(lái)，由于波譜技術(shù)的應(yīng)用，所以目前許多國(guó)家都采用譜模式制作全球或半球的中期數(shù)值天氣預(yù)報(bào)，并取得了較大的成功，其中，以ECWMF的中期數(shù)值天氣預(yù)報(bào)水平最高。2、國(guó)內(nèi)：（1）我國(guó)中期數(shù)值天氣預(yù)報(bào)起步較晚，發(fā)展較快

。（2）1976年中國(guó)科學(xué)院大氣所發(fā)展了我國(guó)第一個(gè)原始方程組數(shù)值預(yù)報(bào)模式，為我國(guó)開(kāi)展中期數(shù)值天氣預(yù)報(bào)奠定了基礎(chǔ)，（3）國(guó)家計(jì)委于1984年5月正式批準(zhǔn)了國(guó)家氣象中心以建立中期為主的數(shù)值預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的擴(kuò)建工程項(xiàng)目，國(guó)家科委也把發(fā)展中期數(shù)值天氣預(yù)報(bào)定為“七五”期間重點(diǎn)科研攻關(guān)項(xiàng)目。經(jīng)多方面專(zhuān)家的反復(fù)研究和科學(xué)論證，國(guó)家氣象中心決定引進(jìn)ECMWF的波譜模式預(yù)報(bào)系統(tǒng)。（4）1990年1月，國(guó)家氣象中心在ECMWF的波譜模式的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)的中期數(shù)值天氣預(yù)報(bào)T42L9的譜模式和整個(gè)中期數(shù)值天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)一起投入業(yè)務(wù)運(yùn)行，經(jīng)過(guò)一年的預(yù)報(bào)實(shí)驗(yàn)，證明了系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，并于1991年1月正式轉(zhuǎn)為業(yè)務(wù)運(yùn)行。第一節(jié)中期數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的物理基礎(chǔ)

一、基本方程組1.基本方程組的一般形式(3.1)2.適于中期數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的球譜模式的基本方程組（不考慮水平擴(kuò)散和非絕熱項(xiàng)）P24~258個(gè)方程(1)絕對(duì)渦度方程（3.2）(2)散度方程（3.3）(3)熱力學(xué)方程（3.4）(4)狀態(tài)方程(3.5)(5)水氣通量方程(3.6)(6)地面氣壓的傾向方程(3.7)坐標(biāo)中的垂直速度方程(3.8)(8)P坐標(biāo)中的垂直速度方程(3.9)3模式大氣的垂直分層和變量的位置4.短、中模式大氣的含義比較必須根據(jù)不同時(shí)空尺度大氣運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和預(yù)報(bào)時(shí)效的長(zhǎng)短等設(shè)計(jì)各種能近似地考慮摩擦、非絕熱加熱和水氣源匯影響的大氣模式。超過(guò)3-4天的預(yù)報(bào)就必須考慮海面對(duì)大氣的影響，這時(shí)所需要的初始資料至少要北半球范圍，甚至還要擴(kuò)展到另一個(gè)半球。對(duì)于一周以上的預(yù)報(bào)，則需要使用包括大氣和海洋各種動(dòng)力過(guò)程的完整的動(dòng)力學(xué)模式，需要全球各層的觀測(cè)資料。預(yù)報(bào)時(shí)效越長(zhǎng)，需要考慮的物理過(guò)程越多，所需初始資料越多。二、控制大尺度大氣運(yùn)動(dòng)的主要物理過(guò)程及其參數(shù)化（一）大氣內(nèi)部非絕熱加熱作用1.輻射熱流量（短波（臭氧、云等）、大氣內(nèi)部長(zhǎng)波（云、CO2、水汽等））2.凝結(jié)熱流量（1）大尺度凝結(jié)（鋒面），（2）小尺度對(duì)流凝結(jié)。小尺度對(duì)流凝結(jié)參數(shù)化方法有兩種方案：（對(duì)流調(diào)整方案（空氣飽和、空氣未飽和）、水汽輻合方案（郭曉嵐方案及假設(shè)、積云產(chǎn)生的條件、模式云、降水））3.湍流熱量（大氣內(nèi)部各層之間溫度差異）（二）下墊面的影響

1、下墊面的熱力作用感熱、水汽輸送（潛熱）、長(zhǎng)波輻射。2、地形的動(dòng)力影響（阻塞、摩擦、繞流、爬坡），如青藏高原、落基山（背風(fēng)槽和龍卷風(fēng)）。3、其它（植被、水面、土壤濕度和溫度等）

地形描寫(xiě)不好是我國(guó)降水模擬不好的主要原因之一。（三）行星邊界層和邊界條件對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)的作用1、行星邊界層距離地面1~1.5km。2、下墊面供給大氣熱量和水分的實(shí)質(zhì)表現(xiàn)為動(dòng)量通量、熱量通量和水汽通量，都發(fā)生在行星邊界層內(nèi)。這些通量要到達(dá)自由大氣，必須通過(guò)行星邊界層。3、用大尺度運(yùn)動(dòng)變量來(lái)表達(dá)行星邊界層內(nèi)的小尺度過(guò)程，這就是所謂的參數(shù)化方法。（四）大氣的邊界處理（上、下、側(cè)邊界）。第二節(jié)歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心業(yè)務(wù)系統(tǒng)一、幾種預(yù)報(bào)模式預(yù)報(bào)水平的比較

ECWMF最高，日本氣象廳次之。二、ECMWF資料的四維同化它的基本思想是假定觀測(cè)資料有充分的準(zhǔn)確性，在全球模式數(shù)值積分期間可以使用任何觀測(cè)資料來(lái)代替預(yù)報(bào)值，只有當(dāng)沒(méi)有觀測(cè)資料可用時(shí)才利用預(yù)報(bào)值，ECWMF使用這種間斷式同化方法，主要目的是為本中心的業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)模式提供初始場(chǎng)。三、物理過(guò)程參數(shù)化輻射參數(shù)化地形重力拖曳力效應(yīng)參數(shù)化地表植被層參數(shù)化第三節(jié)中期數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的解釋與應(yīng)用中國(guó)氣象局氣象事業(yè)發(fā)展的總規(guī)劃：建立起“以數(shù)值天氣分析預(yù)報(bào)產(chǎn)品為基礎(chǔ)，結(jié)合運(yùn)用動(dòng)力學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、天氣學(xué)、人工智能等方法，結(jié)合本地區(qū)的天氣、氣候特點(diǎn)和預(yù)報(bào)員經(jīng)驗(yàn)，發(fā)展具有本地區(qū)特點(diǎn)的預(yù)報(bào)技術(shù)、方法，進(jìn)行分片或分地區(qū)預(yù)報(bào)，以加強(qiáng)對(duì)基層氣象臺(tái)站的天氣預(yù)報(bào)指導(dǎo)能力和提高本地區(qū)天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，建立和健全從中央到地縣由上向下逐級(jí)指導(dǎo)、大中小尺度相結(jié)合的適合我國(guó)國(guó)情的天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)技術(shù)流程和災(zāi)害性天氣預(yù)警系統(tǒng)”（新的氣象事業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略）釋用的概念：

指在數(shù)值預(yù)報(bào)模式輸出產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，結(jié)合預(yù)報(bào)員的經(jīng)驗(yàn)，考慮本地區(qū)的天氣、氣候特點(diǎn)，綜合運(yùn)用動(dòng)力學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、天氣學(xué)、人工智能等各種方法對(duì)模式輸出的產(chǎn)品進(jìn)行解釋和再分析，并經(jīng)過(guò)必要的訂正，應(yīng)用于本地區(qū)的天氣預(yù)報(bào)。釋用的必要性

1.業(yè)務(wù)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式的局限性（預(yù)報(bào)結(jié)果存在誤差，需要修正、訂正）。（1）計(jì)算機(jī)的能力和速度限制了模式的水平分辨率和垂直分辨率的提高，導(dǎo)致誤差（連續(xù)場(chǎng)變?yōu)殡x散場(chǎng)）。（2）計(jì)算機(jī)能力的限制制約著模式中物理過(guò)程參數(shù)化方法的準(zhǔn)確性，導(dǎo)致誤差（靜力平衡－非靜力平衡）。（3）模式初始場(chǎng)與大氣真實(shí)場(chǎng)之間有差異導(dǎo)致誤差。（4）格點(diǎn)預(yù)報(bào)量向站點(diǎn)要素量轉(zhuǎn)換時(shí)的誤差。（5）模式量轉(zhuǎn)換為要素量使用的統(tǒng)計(jì)關(guān)系和診斷方程導(dǎo)致誤差。釋用的必要性2.目前氣象業(yè)務(wù)單位所能得到的中期數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品主要是500hPa高度場(chǎng)、地面氣壓場(chǎng)等形勢(shì)場(chǎng)預(yù)報(bào)結(jié)果，但氣象保障服務(wù)要求的是具體的氣象要素預(yù)報(bào)，所以必須將形勢(shì)預(yù)報(bào)轉(zhuǎn)化為具體的要素預(yù)報(bào)，才能真真的發(fā)揮中期數(shù)值預(yù)報(bào)的作用。釋用方法

天氣學(xué)釋用、統(tǒng)計(jì)學(xué)釋用、動(dòng)力學(xué)釋用、人工智能釋用、有限模式增強(qiáng)預(yù)報(bào)、專(zhuān)業(yè)數(shù)值預(yù)報(bào)模式、動(dòng)力延伸預(yù)報(bào)、人機(jī)對(duì)話實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)系統(tǒng)。一、天氣學(xué)預(yù)報(bào)方法的移植和應(yīng)用：即根據(jù)中期數(shù)值天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品提供的天氣形勢(shì)預(yù)報(bào)結(jié)果，應(yīng)用天氣學(xué)基本原理進(jìn)行物理分析，判斷在這種天氣形勢(shì)下可能出現(xiàn)怎樣的天氣過(guò)程。在結(jié)合預(yù)報(bào)地區(qū)的自然地理?xiàng)l件等因素，作出具體的要素預(yù)報(bào)。二、數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的誤差分析和訂正：

系統(tǒng)誤差。第四節(jié)中期數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品應(yīng)用的自動(dòng)化系統(tǒng)一、基本思想和關(guān)鍵技術(shù)1、基本思想：客觀化：不會(huì)因操作人員的因素而改變預(yù)報(bào)結(jié)果。定量化：結(jié)論是定量的，不會(huì)因不同的用戶(hù)而產(chǎn)生不同的理解。自動(dòng)化：系統(tǒng)可以自動(dòng)地采集所需中期數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品，并作必要的加工處理最后自動(dòng)輸出預(yù)報(bào)結(jié)果。2、關(guān)鍵技術(shù)（1）中期數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的采集和處理技術(shù)：根據(jù)地理位置，選擇一份或多份報(bào)文；報(bào)文拼接；譯碼、檢誤、補(bǔ)缺、糾錯(cuò)等。（2）中期數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的再加工技術(shù)：根據(jù)提供的500hPa高度場(chǎng)和地面氣壓場(chǎng)，計(jì)算一些波譜指數(shù)、西風(fēng)環(huán)流指數(shù)、副高特征指數(shù)等。（3）合理的預(yù)報(bào)技術(shù)（核心）：PPM法、MOS法和相似預(yù)報(bào)法等。二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能1、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理2、數(shù)據(jù)產(chǎn)品再加工3、數(shù)據(jù)庫(kù)及其管理（實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史個(gè)例數(shù)據(jù)庫(kù)（用戶(hù)建立））4、預(yù)報(bào)制作（上述三種方法）5、打印輸出

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