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大气科学概论第一讲概述第二讲大气的基本知识第三讲大气运动的基本规律第四讲关于气团和锋的介绍第五讲气旋与反气旋（热带气旋）第六讲海气相互作用的产物——厄尔尼诺第七讲天气预报简介第八讲气候变化与全球变暖课程内容第七讲天气预报简介——WeatherForecast第一节天气预报概述★第二节天气预报的基本步骤第三节天气预报的方法和技术第四节当前我国天气预报业务简介新的预报业务平台需要精准的天气预报和及时的气象服务第一节天气预报概述我们在观看电视台天气预报节目的时候，看着节目主持人三言两语就把未来两天的天气娓娓道出，显得轻松自如。其实，这短短几分钟的节目，凝聚了我国6万多气象工作者、甚至包括全球气象工作者的劳动和心血。天气预报是根据大气科学的基本理论和技术对某一地区未来的天气作出分析和预测。天气预报分类天气预报按其预测时间的长短，可分为6种：①临近预报（0-3小时）；②短时天气预报（3-12小时）；③短期天气预报（12-72小时）；④中期天气预报（72-240小时）；⑤延伸期预报（10-30天）；⑥短期气候预测（长期天气预报）（30天以上）ClimatePrediction数分钟数分钟数分钟数小时数小时数小时数天数数天天7-10天77--1010天天10-30天1010--3030天天数月数数月月数季数数季季数年数数年年预报的不确程度预报时效预报服务领域警报消息预报胁迫评估指导产品展望火险天气旅游服务生态系统政府规划环境保护防洪与导航农业服务水库调控健康服务贸易决策服务空间业务交通运输水力发电能源服务保护生命财产提供系列预报产品，提高服务效益未来全方位、一体化预报业务产品目前预报业务服务现在预报范围数分钟数分钟数分钟数小时数小时数小时数天数数天天7-10天77--1010天天10-30天1010--3030天天数月数数月月数季数数季季数年数数年年预报的不确程度预报时效预报服务领域警报消息预报胁迫评估指导产品展望火险天气旅游服务生态系统政府规划环境保护防洪与导航农业服务水库调控健康服务贸易决策服务空间业务交通运输水力发电能源服务保护生命财产提供系列预报产品，提高服务效益未来全方位、一体化预报业务产品未来全方位、一体化预报业务产品未来预报范围无缝隙预报服务天气预报产品—“精细化、无缝隙”天气预报依据基本准则——持续性——气候重现率经验法则天气学（概念）模式物理模式——数值运算经验法则—天气预报事例自古以来，人类就对天气现象和物候进行观测，并在此基础上总结出大量天气谚语，人们据此开始制作纯经验性的天气预报。“蜻蜓低飞，不风即雨”；“山雨欲来风满楼”；“朝霞不出门，晚霞行千里”；“八月十五云遮月，正月十五雪打灯”；“发尽桃花水，必有旱黄梅”等等。近代天气预报的发展•地面观测初始期•极地锋面学说应用时期•探空发展时期•斜压理论发展时期•卫星观测初始時期•气象雷达推广应用時期•动力数值天气预报应用时期西边先有雨，随后东边也可能会有雨“天气（系统）”是由西向东移动的。随着科学技术的进步，从16世纪末到20世纪初逐渐出现了利用气象仪器进行地面观测。如1643年托里拆利(E.Torricelli)发明气压表，1667年胡克(R.Hooker)制成压板式风速器等。1820年德国气象学家布兰底斯(H.W.Brands)以通信方式收集了1783年3月6日欧洲39个地面观测站资料(包括天气、气压、温度、风等)，在莱比锡把它们一一填在地图上，用洪堡(A.Humboldt)画等温线的方法(1817)绘制等压线，制作成现代天气图的雏形，即世界上第一张天气图诞生。•1835年，引入科里奥利力的概念和1857年白贝罗提出的风压关系，成为地球大气动力学和天气分析与预报的基石。•1854年，法国巴黎天文台台长，发现海王星的著名天文学家勒费里埃利用天气图追索克里米亚战争时出现的风暴（1854年11月12～16日），并在学术会议上宣布“若组织观测网，迅速将观测资料集中一地，分析绘制天气图，便可推知未来风暴的行径”。•此后，气象台站和气象观测网开始建立，初步形成了地面气象观测体系，即天气学萌生。近代天气预报的发展•地面观测初始期•极地锋面学说应用时期•探空发展时期•斜压理论发展时期•卫星观测初始時期•气象雷达推广应用時期•动力数值天气预报应用时期1920年前后，气象学家J.皮耶克尼斯、H.索尔贝格和T.H.P.伯杰龙等在研究了大量地面天气图基础上，把风场、温度场结合起来，提出了气团、锋面、气旋概念学说以及斜压概念和环流理论，形成了气象界第一个学派即挪威学派（也称卑尔根学派），为近代天气预报奠定了理论基础。根据这一理论，明确提出了天气预报的两个主要步骤：利用天气图预报气团、锋面和气旋的未来位置；根据预报的天气形势，预报未来的天气。这种传统的预报思路和方法一直延用至今。近代天气预报的发展•地面观测初始期•极地锋面学说应用时期•探空发展时期•斜压理论发展时期•卫星观测初始時期•气象雷达推广应用時期•动力数值天气预报应用时期20世纪20年代至60年代初，大气探测由地面观测发展到高空探测阶段，实现了对大气的三维探测，出现了高空天气图。1939年气象学家罗斯贝揭示出行星波并提出著名的大气长波理论，不但为后来出现的大气环流数值模拟和数值天气预报开辟了道路，而且使当时的预报工具成为地面图与高空图并重，天气预报的水平达到了新的高度。近代天气预报的发展•地面观测初始期•极地锋面学说应用时期•探空发展时期•斜压理论发展时期•卫星观测初始時期•气象雷达推广应用時期•动力数值天气预报应用时期以1960年4月1日第一颗气象卫星（美国泰罗斯1号）发射成功为主要标志，大气探测进入了遥感、遥测阶段。这不但促进了中尺度气象学、卫星气象学、雷达气象学等学科的发展，也为数值预报的发展提供了条件。卫星云图：人造气象卫星在距地球几百到3万多公里的高空拍摄地球大气的风云图像并通过无线电波传送到地面，气象科技人员从卫星云图接收机的云图图像上，可分析出各地天气系统、气象要素的各种变化情况。卫星资料在天气预报中的应用用来判断云层厚度用来判断云层高度越白温度越低，云越高白天反射太阳越白越厚风云卫星“桑美”登陆时的云图近代天气预报的发展•地面观测初始期•极地锋面学说应用时期•探空发展时期•斜压理论发展时期•卫星观测初始時期•气象雷达推广应用時期•动力数值天气预报应用时期雷达回波图：一般天气雷达可探测50-500公里半径范围内的降水、台风等天气回波的强度、范围、移向、移速及径向风场等演变情况。预报员把气象卫星云图和雷达回波图与天气图表相结合分析预报未来的天气变化。雷达资料在天气预报中的应用强对流天气监测及预警•显示多部雷达回波的拼图，强对流回波标出风暴编号，并用箭头表示未来的移动方向。近代天气预报的发展•地面观测初始期•极地锋面学说应用时期•探空发展时期•斜压理论发展时期•卫星观测初始時期•气象雷达推广应用時期•动力数值天气预报应用时期数值天气预报概说•数值天气预报始于上世纪50年代，而至80年代初展现其绝对的适用价值；•目前它是中期（1-7天）天气预报最主要的依据，也是未来进行更量化、更精细天气预报最有可能的客观指导；•数值天气预报的应用是科技发展的结果，其未来的发展尚无可限量。气象资料收集—气象信息中心气象站观测的数据是天气预报的基础，气象站越多，预报越准确。为此，全世界建立了成千上万个气象站，配置了各种天气雷达，并在太空布设了多颗气象卫星，组成全球大气监测网。这个监测网每天在规定的时间里同时进行观测，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，并将观测数据迅速汇集到各国国家气象中心，然后转发世界各地。气象台的计算机将收集到的数据进行处理和运算，得到天气图、数值预报图等，为预报员提供预报依据。第二节天气预报的基本步骤现代气象观测业务——利用先进的技术，建立适应预报业务需求的一体化综合观测系统以低轨和高轨卫星为观测平台的天基遥感探测系统以气球、飞机、火箭等为观测平台的空基遥感探测系统以地球表面为观测平台的地基遥测探测系统全球综合观测系统天气图表天气图是指在一张特制的地图上填有许多地方同一时刻的气象记录，经过绘制和分析，能够反映一定地区范围内的天气情况的图。天气图分为基本天气图和辅助天气图两种。基本天气图有主要反映地面天气系统的地面图和反映高空天气系统的等压面图等；垂直剖面图、单站高空风图等都是辅助天气图。天气图上的气象要素：全球大气在不停地运动着，而且是一个整体。为掌握大气运动变化快、范围广、形式多的特征，就必须对大气进行连续的、高频率的、全球性的观测。风速表示符号1knot=0.514m/s8knot≈4.08m/s地面天气图常用的符号—天气系统1982年9月25日00时（世界时）地面天气图等压面上的等高线高空图填图格式高空图常用的符号TTTDDHHHddff填图格式及其符号意义•HHH：等压面绝对位势高度。500hPa填千、百、十位，700hPa、850hPa填百、十、个位•TTT：等压面图上的气温填十、个、小数一位，零度以下数值前加“-”•DD：等压面图上的气温露点差5℃以下填个位和小数一位，以上填十、个位•dd、ff：风向、风速，填写方法与地面图相同850hPa单站高空风图辅助图表天气预报的基本步骤•天气形势掌握：是某一时刻或某一时段内环流形势（各种天气系统）的空间态势。•天气形势预报：是指应用理论和经验的原理与方法对本地区的各种高空、地面天气系统未来的移动及强度变化作出预报。•天气要素预报：是指天空状况、天气现象、气象要素和未来趋势的预报。第一步天气形势的掌握找出引致当时各种天气情况的天气系统外推法第二步：天气形势预报统计方法数值天气预报数值天气预报(NumericalWeatherPrediction)天气预报图Weatherforecastchart第三步：气象要素预报•降水及云量（Precipitationandcloudiness）•温度（Temperature）•风（Winddirection;Windvelocity）•等等主要包括第三节短期天气预报方法和技术气象资料分析处理常用的有两种。一种天气图分析预报方法，经过对天气图上的各种气象要素进行分析，预报员就可以了解当前天气系统（台风、锋等）的分布和结构，判断天气系统与具体天气(雨、风、雾等)的联系及其未来演变情况，从而做出各地的天气预报。另一种是为数值预报模式的预报场和物理量场提供未来天气形势和气象要素预报及物理量分布场。天气图预报方法天气图预报方法已有百余年历史，自从有电报后，各地同时间观测的气象资料能及时集中到各国的气象中心，分析出天气图。从天气图上看到一个个高、低压系统在移动着，这类天气系统在移动过程中给各地带来了天气变化。从天气图上分析出天气系统，预报它们在未来的移动和强度变化(包括生成和消亡)，就能推论各地区未来天气的变化，这就是天气图预报方法的主要依据。数值模式预报方法20世纪80年代以来，随着遥感、计算技术和气象卫星资料的广泛应用，天气预报技术出现了新的飞跃，传统天气图已被数值天气预报部分取代。数值天气预报—以计算机为工具，通过求解控制大气运动方程组（流体力学，热力学，动力气象学组成的预报方程），来制作天气形势和要素的预报方法。数值模式预报方法数值天气预报应用6个流体力学、热力学微分方程来描述大气运动规律，6个方程中含有6个未知数—温度、湿度、气压、降水量、风向、风速，通过大型高速计算机求解方程组，获得未来6个未知数的时空分布，即未来天气形势场和要素场的分布。数值天气预报的原理•大气运动遵循一定的物理规律，这些物理法则可以由一组数学微分方程表示。•利用超级计算机求微分方程之近似解，如此可知大气由一初始状态启始的可能后续变化。•数值天气预报的实用性取决于以下三要件：•准确的初始场–改进观测技术及加强资料收集–改进资料的四维同化技术•合理的数值天气预报模式–足够的解析度–合理模拟及参数化大气的物理过程–具代表性的背景场•超级计算机快速的运算数值天气预报的要件计算机的使用计算机的使用使大气科学研