氣象預(yù)報預(yù)測業(yè)務(wù)現(xiàn)狀發(fā)展趨勢PPT課件

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1、1張 弘、曲麗瑋21 1 發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)展現(xiàn)狀3低分辨率、有限視野的間歇常規(guī)觀測低分辨率、有限視野的間歇常規(guī)觀測遙感信息與常規(guī)觀測相結(jié)合的遙感信息與常規(guī)觀測相結(jié)合的高分辨率、多方位連續(xù)監(jiān)測高分辨率、多方位連續(xù)監(jiān)測傳統(tǒng)的天氣氣候理論、數(shù)理統(tǒng)計與預(yù)報員傳統(tǒng)的天氣氣候理論、數(shù)理統(tǒng)計與預(yù)報員經(jīng)驗的半經(jīng)驗半理論的定性方法經(jīng)驗的半經(jīng)驗半理論的定性方法 數(shù)值天氣預(yù)報為基礎(chǔ)、人機交互處理系統(tǒng)數(shù)值天氣預(yù)報為基礎(chǔ)、人機交互處理系統(tǒng)為平臺綜合多種方法為平臺綜合多種方法 預(yù)報方式：從大氣表象演變逐漸向深入考慮大氣運動的內(nèi)在規(guī)律轉(zhuǎn)變預(yù)報服務(wù)對象：傳統(tǒng)的天氣預(yù)報領(lǐng)域向環(huán)境領(lǐng)域拓展轉(zhuǎn)變 4 NCEP Operational R

2、egional Model Penn State/NCAR Mesoscale Model Year Model Resolution Year Model 1955 Princeton QG Model 381 km 3 level 1969 3-D hurricane model 30 x 30 x 3 grid, 30 km 1966 Primitive Equation Model 381 km 6 level 1971 Anthes moved to Penn State, developed MM03 1971 Limited Area Fine-Mesh (LFM) 190.5

3、km 7 level 1981 Anthes moved to NCAR Begin MM4 development 1985 Triply Nested-Grid Model (NGM) 80 km 16 level 1987 MM4 officially released (Anthes, Hsie, Kuo) 1993 ETA Model 80 km 38 level 1990 First real-time fcst (30 km) (Warner & Seaman) 1995 Meso-ETA Model 29 km 50 level 1994 MM5 officially rele

4、ased (Grell, Dudhia, Stauffer) 1996 Nested ETA (Experimental) 10 km 60 level 1997 MM5 adjoint released & 4DVAR (Zou et al) 1998 Early ETA Model Meso-ETA (4/day) 32 km 45 level 1998 ATEC 1.1 km real-time forecast 5HITACS810K72.570.475.183.370.488.389.173.10GSM(T213L40)83.388.3RSM(20km L36)83.3RSM(20k

5、m L40)84.188.3MSM(10km L40)92.3JSM(30km L23)HITACM200HHITACHI S3800HITACHI SR8000E11982.31996.32001.31987.12IBM7041959.31967.4HITAC88001973.8HITAC5020FN-Hem. Balance Barotropic(381km)NH Balance(381kmL3)NH Primitive;NHM(381km L4)NHM(381km L8)NH Spectral(T42L12)Global Spectral; GSM(T63L16)GSM(T106L21)

6、GSM(T213L30)Regional Spectral ASM(75km L16)FLM(127km L12)FLM(127km L10)Asia Fine Mesh;FLM(152.4km L6)VFM(63.5km L13)JSM(40km L19)Asia Quasi Geostrophic(304.8km L4)Very Fine Mesh;VFM(63.5km L11)6789l需求推動天氣預(yù)報的內(nèi)容、時效和產(chǎn)品的需求推動天氣預(yù)報的內(nèi)容、時效和產(chǎn)品的發(fā)展發(fā)展l新技術(shù)的引入新技術(shù)的引入, ,推動了天氣預(yù)報前進推動了天氣預(yù)報前進l從天氣學(xué)描述方式向考慮大氣內(nèi)在規(guī)律方從天氣學(xué)描述方式向

7、考慮大氣內(nèi)在規(guī)律方式轉(zhuǎn)變式轉(zhuǎn)變 l服務(wù)及時到位是彌補預(yù)報欠準和發(fā)揮天氣服務(wù)及時到位是彌補預(yù)報欠準和發(fā)揮天氣預(yù)報效益的有效辦法預(yù)報效益的有效辦法 l預(yù)報人員素質(zhì)的提高預(yù)報人員素質(zhì)的提高, ,促進了天氣預(yù)報發(fā)展。促進了天氣預(yù)報發(fā)展。 102存在的主要問題存在的主要問題大氣探測技術(shù)方面的差距大氣探測技術(shù)方面的差距 數(shù)值預(yù)報方面的差距數(shù)值預(yù)報方面的差距 加強對中尺度系統(tǒng)及其形成機理的深入研究;加速中尺度系統(tǒng)監(jiān)測網(wǎng)的建設(shè);加強臨近預(yù)報和短時預(yù)報;充分利用已有的雷達圖像及其拼圖;加強聯(lián)防和信息共享,優(yōu)勢互補 11大氣的非線性、混沌特征大氣的非線性、混沌特征-未來有不確定性和不可預(yù)測性 天氣預(yù)報的中心問題是

8、：已知大氣狀態(tài)在一個時天氣預(yù)報的中心問題是：已知大氣狀態(tài)在一個時刻的觀測值來解一般形式的流體動力學(xué)方程。原則上刻的觀測值來解一般形式的流體動力學(xué)方程。原則上大氣在將來任何時刻的狀態(tài)是由大氣在一個時刻的狀大氣在將來任何時刻的狀態(tài)是由大氣在一個時刻的狀態(tài)決定的。態(tài)決定的。1904,V.Bjerknes天氣的可預(yù)報性天氣的可預(yù)報性12理論氣象理論氣象大氣運動必有耗散，現(xiàn)有動能維持不超過十天；能源：太陽輻射，第一類熱機、第二類熱機。 氣象學(xué)是一門困難的科學(xué)，它深為相互作用的物理過程及固有的非線性的純數(shù)學(xué)復(fù)雜性所窘.P. D. Thompson13大氣運動的混沌性與可預(yù)報性觀測實況X X預(yù)報（過去和現(xiàn)在

9、的）（未來某時刻）Y YY Y F F（X X）X XY Y 可預(yù)報時段同一時段不同氣象場的特征有不同的可預(yù)報性u 長、中、短預(yù)報逐步訂正u 優(yōu)先攻可預(yù)報性大的14A B151617l980710 商洛3站暴雨（丹鳳113.6）l910728 關(guān)中東部13站暴雨（西安110.7）l010818 陜北10站暴雨（榆林113.6）l860709 關(guān)中西部18站暴雨（永壽80.1）幾例天氣圖預(yù)報幾例天氣圖預(yù)報1819 需要一大批既有豐富氣象知識、需要一大批既有豐富氣象知識、 又熟練掌握計算機的人又熟練掌握計算機的人缺乏信息的困難缺乏信息的困難信息太多的困惑信息太多的困惑計算機是處理信息的手段計算機是

10、處理信息的手段20技術(shù)裝備技術(shù)裝備眾多信息眾多信息預(yù)報準確率提高預(yù)報準確率提高時效延長時效延長？各地氣象臺（站）結(jié)合當?shù)貙嶋H各地氣象臺（站）結(jié)合當?shù)貙嶋H開展廣泛的研究開展廣泛的研究過去和現(xiàn)在的實況過去和現(xiàn)在的實況 未來的狀況未來的狀況數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品 局地的天氣局地的天氣21數(shù)值天氣預(yù)報的成功可預(yù)報性問題(E.Lorenz 的偶然發(fā)現(xiàn))從確定論出發(fā)走向了不確定確定論系統(tǒng)的內(nèi)在隨機性混沌非線性動力學(xué)（實質(zhì)是混沌動力學(xué)）（3）數(shù)值預(yù)報與預(yù)報員經(jīng)驗22n傳統(tǒng)的數(shù)值預(yù)報：是大氣運動控制方程的初值問傳統(tǒng)的數(shù)值預(yù)報：是大氣運動控制方程的初值問題，即用表現(xiàn)流體運動物理規(guī)律的方程系統(tǒng)（氣象題，即用表現(xiàn)

11、流體運動物理規(guī)律的方程系統(tǒng)（氣象的動力學(xué)和熱力學(xué)基本方程），從初值出發(fā)反復(fù)進的動力學(xué)和熱力學(xué)基本方程），從初值出發(fā)反復(fù)進行時間的數(shù)值積分，求出所預(yù)報時刻的預(yù)報值。行時間的數(shù)值積分，求出所預(yù)報時刻的預(yù)報值。n兩個重要環(huán)節(jié)：數(shù)學(xué)模式，初值兩個重要環(huán)節(jié)：數(shù)學(xué)模式，初值n初值初值+ +模式模式=確定性問題確定性問題 問題：有誤差，永遠不可能獲得準確的預(yù)報結(jié)果問題：有誤差，永遠不可能獲得準確的預(yù)報結(jié)果 初值誤差初值誤差+ +模式誤差模式誤差+ +大氣非線性混沌特性大氣非線性混沌特性 結(jié)果具有不確定性。結(jié)果具有不確定性。23（1 1）分析誤差：基于不完善的觀測系統(tǒng)基礎(chǔ)，資料同化分析）分析誤差：基于不完善的

12、觀測系統(tǒng)基礎(chǔ)，資料同化分析場與真實大氣之間存在著差異導(dǎo)致了模式計算的誤差場與真實大氣之間存在著差異導(dǎo)致了模式計算的誤差（2 2）模式誤差：模式的分辨率不夠精細、物理過程參數(shù)化不）模式誤差：模式的分辨率不夠精細、物理過程參數(shù)化不夠完善（一些假定或簡化），很難描述真實大氣特征而夠完善（一些假定或簡化），很難描述真實大氣特征而造成誤差造成誤差 要完全克服上述兩類誤差是十分困難的，只有通過發(fā)展243天氣預(yù)報未來天氣預(yù)報未來發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢天氣預(yù)報向全時空精細化方向發(fā)展天氣預(yù)報向全時空精細化方向發(fā)展單一的天氣預(yù)報領(lǐng)域向更廣的領(lǐng)域拓展單一的天氣預(yù)報領(lǐng)域向更廣的領(lǐng)域拓展 挖掘數(shù)值預(yù)報的潛力,中西產(chǎn)品結(jié)合、揚

13、長避短對數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品進行“無縫隙”應(yīng)用以研究總結(jié)為支撐積累新型預(yù)報經(jīng)驗 25l數(shù)值預(yù)報是現(xiàn)代天氣預(yù)報的基礎(chǔ)，在實際業(yè)務(wù)中發(fā)揮著重要的作用l數(shù)值預(yù)報的成功是天氣預(yù)報領(lǐng)域的一次重大變革，極大促進了預(yù)報準確率的提高l數(shù)值預(yù)報還在發(fā)展中，要完全克服其誤差是相當困難的，要辯證地看待它的過去、現(xiàn)在與未來 l在未來相當長的時間，有經(jīng)驗的預(yù)報員在以數(shù)值預(yù)報為基礎(chǔ)的時代仍是不可替代的26l現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)體系結(jié)構(gòu)現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)體系結(jié)構(gòu)27l 公共氣象服務(wù)業(yè)務(wù)包括氣象災(zāi)害防御管理、面向公共氣象服務(wù)業(yè)務(wù)包括氣象災(zāi)害防御管理、面向政府的決策氣象服務(wù)、面向社會的公眾氣象服務(wù)和面向政府的決策氣象服務(wù)、面向社會的公眾氣象服務(wù)和面

14、向行業(yè)的專業(yè)專項氣象服務(wù)，涉及到防災(zāi)減災(zāi)、氣候變化行業(yè)的專業(yè)專項氣象服務(wù)，涉及到防災(zāi)減災(zāi)、氣候變化應(yīng)對、生態(tài)文明建設(shè)、國民經(jīng)濟建設(shè)、人民生活水平提應(yīng)對、生態(tài)文明建設(shè)、國民經(jīng)濟建設(shè)、人民生活水平提高等方面。高等方面。l 氣象預(yù)報預(yù)測業(yè)務(wù)主要由以數(shù)值模式業(yè)務(wù)為基氣象預(yù)報預(yù)測業(yè)務(wù)主要由以數(shù)值模式業(yè)務(wù)為基礎(chǔ)的天氣、氣候、氣候變化、應(yīng)用氣象（包括海洋、水礎(chǔ)的天氣、氣候、氣候變化、應(yīng)用氣象（包括海洋、水文、交通、航運、生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象、大氣環(huán)境、空間天文、交通、航運、生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象、大氣環(huán)境、空間天氣、人工影響天氣）等監(jiān)測分析、預(yù)報、預(yù)測、預(yù)估、氣、人工影響天氣）等監(jiān)測分析、預(yù)報、預(yù)測、預(yù)估、預(yù)警業(yè)務(wù)及相應(yīng)

15、的質(zhì)量檢驗，以及評定業(yè)務(wù)、技術(shù)平臺預(yù)警業(yè)務(wù)及相應(yīng)的質(zhì)量檢驗，以及評定業(yè)務(wù)、技術(shù)平臺和業(yè)務(wù)流程等組成。和業(yè)務(wù)流程等組成。28l 綜合氣象觀測和信息業(yè)務(wù)包括地面觀測和地基綜合氣象觀測和信息業(yè)務(wù)包括地面觀測和地基遙感系統(tǒng)、以氣球和飛機等為觀測平臺的空基遙感系統(tǒng)、遙感系統(tǒng)、以氣球和飛機等為觀測平臺的空基遙感系統(tǒng)、以低軌和高軌衛(wèi)星為觀測平臺的天基遙感系統(tǒng)。其主要以低軌和高軌衛(wèi)星為觀測平臺的天基遙感系統(tǒng)。其主要業(yè)務(wù)平臺是國家氣候觀象臺、國家氣象觀測站、區(qū)域氣業(yè)務(wù)平臺是國家氣候觀象臺、國家氣象觀測站、區(qū)域氣象觀測站和衛(wèi)星觀測系統(tǒng)以及移動觀測系統(tǒng)。由數(shù)據(jù)收象觀測站和衛(wèi)星觀測系統(tǒng)以及移動觀測系統(tǒng)。由數(shù)據(jù)收集及分

16、發(fā)、信息加工處理、數(shù)據(jù)管理與共享服務(wù)等組成集及分發(fā)、信息加工處理、數(shù)據(jù)管理與共享服務(wù)等組成的氣象信息業(yè)務(wù)，以及由運行監(jiān)控、維護維修、計量檢的氣象信息業(yè)務(wù)，以及由運行監(jiān)控、維護維修、計量檢定等組成的技術(shù)裝備保障業(yè)務(wù)，也是綜合氣象觀測系統(tǒng)定等組成的技術(shù)裝備保障業(yè)務(wù)，也是綜合氣象觀測系統(tǒng)不可或缺的組成部分。不可或缺的組成部分。 現(xiàn)現(xiàn)代代氣氣象象業(yè)業(yè)務(wù)務(wù)體體系系304 如何提高預(yù)報準確率及服務(wù)能力如何提高預(yù)報準確率及服務(wù)能力 切實把天氣預(yù)報工作放在氣象工作的重中之重 的位置 不斷推進氣象現(xiàn)代化加強基礎(chǔ)能力建設(shè) 加強管理充分發(fā)揮基礎(chǔ)設(shè)施效能 充分發(fā)揮預(yù)報員的主觀能動性建設(shè)一支高素質(zhì)天氣預(yù)報專家隊伍 31

17、從局地的特殊性總結(jié)入手從失敗的例子入手 從找毛病入手 從存在的問題入手充分運用現(xiàn)代化設(shè)施、資料 加快預(yù)報員成長步伐32l 切實提高數(shù)值天氣預(yù)報水平。優(yōu)化改進數(shù)切實提高數(shù)值天氣預(yù)報水平。優(yōu)化改進數(shù)值天氣預(yù)報系統(tǒng)業(yè)務(wù)運行。發(fā)展集合預(yù)報業(yè)務(wù)。值天氣預(yù)報系統(tǒng)業(yè)務(wù)運行。發(fā)展集合預(yù)報業(yè)務(wù)。l 建立和完善專業(yè)數(shù)值模式預(yù)報業(yè)務(wù)。建立和完善專業(yè)數(shù)值模式預(yù)報業(yè)務(wù)。l 改進完善短期氣候預(yù)測動力模式系統(tǒng)。改進完善短期氣候預(yù)測動力模式系統(tǒng)。l 扎實做好氣候系統(tǒng)模式研發(fā)工作。扎實做好氣候系統(tǒng)模式研發(fā)工作。l 發(fā)展城市尺度精細化空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報預(yù)發(fā)展城市尺度精細化空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報預(yù)警業(yè)務(wù)。警業(yè)務(wù)。33l 加快建立災(zāi)害天氣臨

18、近短時預(yù)報預(yù)警業(yè)務(wù)。加快建立災(zāi)害天氣臨近短時預(yù)報預(yù)警業(yè)務(wù)。l 著力增強災(zāi)害性天氣精細預(yù)報能力，建立著力增強災(zāi)害性天氣精細預(yù)報能力，建立城市氣象災(zāi)害預(yù)警預(yù)報業(yè)務(wù)。城市氣象災(zāi)害預(yù)警預(yù)報業(yè)務(wù)。l 發(fā)展要素精細化預(yù)報，延長預(yù)報時效。加發(fā)展要素精細化預(yù)報，延長預(yù)報時效。加強中尺度模式產(chǎn)品釋用技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用。系統(tǒng)強中尺度模式產(chǎn)品釋用技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用。系統(tǒng)開展檢驗和評估業(yè)務(wù)。開展檢驗和評估業(yè)務(wù)。l 加強重要天氣過程預(yù)報技術(shù)總結(jié)。開發(fā)符加強重要天氣過程預(yù)報技術(shù)總結(jié)。開發(fā)符合預(yù)報員需求的工具和指標。合預(yù)報員需求的工具和指標。34l 加強氣候監(jiān)測診斷業(yè)務(wù)。加強氣候監(jiān)測診斷業(yè)務(wù)。l 改進和完善氣候預(yù)測業(yè)務(wù)，努力提高氣

19、候改進和完善氣候預(yù)測業(yè)務(wù)，努力提高氣候預(yù)測準確率。開展專項氣候預(yù)測。加強氣候預(yù)預(yù)測準確率。開展專項氣候預(yù)測。加強氣候預(yù)測產(chǎn)品檢驗。測產(chǎn)品檢驗。l 建立健全定量化氣候影響評價業(yè)務(wù)。建立健全定量化氣候影響評價業(yè)務(wù)。l 加強氣候預(yù)測技術(shù)總結(jié)分析和業(yè)務(wù)指導(dǎo)工加強氣候預(yù)測技術(shù)總結(jié)分析和業(yè)務(wù)指導(dǎo)工作。作。35l 加強氣候變化檢測工作。加強氣候變化檢測工作。l 提高氣候變化預(yù)估水平。提高氣候變化預(yù)估水平。l 加強氣候變化影響評估工作。加強氣候變化影響評估工作。l 建立氣候變化適應(yīng)減緩對策綜合分析業(yè)務(wù)。建立氣候變化適應(yīng)減緩對策綜合分析業(yè)務(wù)。36l 發(fā)展生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)。發(fā)展生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)。l 發(fā)展大氣環(huán)

20、境業(yè)務(wù)。發(fā)展大氣環(huán)境業(yè)務(wù)。l 加強人影作業(yè)條件和空間天氣等預(yù)報預(yù)測加強人影作業(yè)條件和空間天氣等預(yù)報預(yù)測業(yè)務(wù)。業(yè)務(wù)。l 建立和完善面向氣象高影響行業(yè)用戶的專建立和完善面向氣象高影響行業(yè)用戶的專業(yè)預(yù)報業(yè)務(wù)，開展客觀定量的專業(yè)氣象預(yù)報業(yè)業(yè)預(yù)報業(yè)務(wù)，開展客觀定量的專業(yè)氣象預(yù)報業(yè)務(wù)。務(wù)。37l 不斷更新完善預(yù)報預(yù)測平臺功能。不斷更新完善預(yù)報預(yù)測平臺功能。l 加強各類觀測資料在加強各類觀測資料在MICAPS中應(yīng)用開發(fā)。中應(yīng)用開發(fā)。l 建立雷暴生成、冰雹、雷暴大風和龍卷臨建立雷暴生成、冰雹、雷暴大風和龍卷臨近預(yù)報的綜合系統(tǒng)。近預(yù)報的綜合系統(tǒng)。l 開展數(shù)據(jù)質(zhì)量控制與誤差實時訂正業(yè)務(wù)。開展數(shù)據(jù)質(zhì)量控制與誤差實時訂正業(yè)務(wù)。383920142014年年3 3月月