天气预报误差分析及应用决策方法

《科技传播》2010•10（下）59理论研究TheoreticalResearch天气预报误差分析及应用决策方法李兰英1，张洁新2，高英杰21.河北省滦南县气象局，河北滦南0635002.河北省乐亭县气象局，河北乐亭063600摘要 我国地处东亚季风区，自然条件复杂，是世界上受自然灾害影响最严重的国家之一，气象灾害种类多、分布地域广、发生频率高、造成的损失重，占各类自然灾害的70%以上。为了帮助用户正确理解天气预报误差、做出正确的生产生活决策，总结天气预报发生误差的多种原因,列举了几种误差发生的具体情况，指出用户正确应用天气预报的前提及决策方法。关键词 预报误差；应用气象；决策方法中图分类号P45 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2010）29-0059-020引言随着气象科学技术的不断发展进步，以数值预报为基础的天气预报准确率日益提高，然而，随着自然灾害的频繁发生，一般公众、决策者与气象专业用户对气象预报提出了更高的要求。在气象服务工作实践中，我们发现，多数气象用户不能正确理解天气预报误差，这将对其正确决策产生不利影响。本文将在分析天气预报误差的基础上，引导气象用户正确理解并学习如何应用气象信息做出正确决策，进而取得更好的经济和社会效益。1天气预报误差发生的原因1）大气理论误差影响大气运动的因素很多，除了遵循能量、质量守恒等守恒定律外，主要有：动力因素（地球引力、气压梯度力、磨擦力、惯性离心力、地转偏向力等）、热力因素（太阳、地球表面和地球大气之间的的热量或能量传输对大气运动的影响）和流体力学因素（流动性、黏滞性、湍流性、连续性等）。还有生物圈、岩石圈、水圈、冰雪圈等对大气圈的影响，以及太阳、月亮等星体对大气运动的影响等。这些影响因素的非线性与复杂性导致了大气科学理论存在误差。2）大气观测误差主要是观测数据的时空分辨率不够，每天只有两次完整的立体式观测（从地面到万米高空）：早晨8时和傍晚20时，空间间隔400km左右；另外，在海洋及高原无人区的观测记录极少，而典型的雷雨过程往往发生在200km范围内的短时间（1h）之内。其次是数据自身存在误差。自动气象观测站、气象卫星云图、多普勒气象雷达等现代化设备弥补了人工观测的不足，观测覆盖率比从前增大许多，但这些新增数据在转为统一的定量数据过程中，还带有一定的误差。3）预报方法误差（1）数值预报误差：数值预报是现在最先进、基础性的确定论预报方法，它用非线性的热力学和流体力学方程组来描写天气演变过程，然后用高精度（每秒上亿次计算）计算机求出定解，来预报未来天气。其误差主要来源于模式和计算方案的简化以及初始误差随时间的积累等。（2）天气学预报误差：天气学预报是最传统的方法，根据空中和地面实况，预报员分析总结其物理机制和变化规律，即找出大气运动和天气现象之间的关系，以此去外推天气演变的可能方向。这是人脑的定性计算，其误差主要来源于预报员的推理过程存在一定的不完全、不合理因素。（3）统计预报误差：统计预报是用统计方法建立预报对象和众多影响因子之间的关系，包括概率统计、回归定量、相似选择等确定性或概率性预报规则。可借助电脑处理大批量数据，应用非常广泛，其误差主要与统计方法或规则有关。（4）云图预报误差：卫星云图是大气动力、热力和流体力学变化现象的反映。其误差主要来源于中、低云混合识别误差和云图本身的表象性、非动力特征。（5）雷达预报误差：雷达预报是用人工制造电磁波主动探测大气中的云体，得到大云滴、雨滴的回波强度、径向速度等数据。其误差主要源于雷达杂波、距离折叠和速度退模糊等硬、软件设计误差。（6）经验预报误差：在实践过程中，预报员能动地总结出一些有用的、直观的天气演变规律，经过系统性分析后将其上升为理论知识，这在特定场合会起很好的作用。其误差来源于经验自身的缺陷，即特定性、定性性和积累性等。２短期预报发生误差的几种具体情况１）出人预料的显着变化：有时候大气内部会发生不明原因的、难以预见的、突然的显著变化，遇此情况，往往国家、省、市三级气象台都会出现空、漏报；２）中小尺度对流天气：短时大风、短时暴雨、冰雹等天气，由于范围小、持续时间短，预报员不易把握其具体落区，从而产生空（漏）报；３）弱天气过程：由于天气系统偏弱，降水与不降水的概率各半，容易出现空（漏）报；４）日界时间分割造成的空漏报：预报评分是以20时为日界进行的，当某天气现象出现于20时前后时，预报员可能因时间上的判断失误而导致空（漏）报；５）灾害性天气不易把握：比如，对于暴雨的预报，只有当降雨量达到50mm以上时，才算报对，这里对降水量的预测就成了关键问题。因此，对天气强度的过高（过低）估计，同样产生空（漏）报；３正确应用气象预报的前提１）认可现在的天气预报水平经统计，唐山市气象台24h晴雨（有无降水）预报准确率平均在84%以上，24h最高、最低温度准确率在75%以上，比10年前有了质的提高；２）正确理解气象用语气象台在发布天气预报时，尽管已经考虑了用户的易懂易用性，但一些专业用语是不可避免的，用户要想正确使用气象预报信息，必须多学习相关知识。应用天气预报的决策方法通过天气预报的误差分析，我们已经知道这样一个事实：预报中的不确定性是天气预报的固有属性，完全准确地预报未来天气的变化在科学上是不可能的[3]。那么，作为气象预报的用户该如何使用天气预报来做决策？目前3d以内（特别是24h）的短期预报准确率已经达到84%以上，所以，可根据自身对气象条件的依赖程度来选择最佳决策结果。于此，举例介绍一个简单的二元决策方法。例如：某农家有温室小拱棚用来种菜卖菜，气象台上午发布大风降温消息，预报夜间到明天白天将有大风（大风指阵风≥8级或全天平均风力≥6级）、小雪天气，并降温6℃。那么，是否采取防护加固措施？假设防护加固要花费500元，不采取防护出现灾害天气的直接损失为5000元，一般的温室小拱棚是抵抗不住阵风7级的；积雪又会对塑料产生压力，根据雪压公式P=h×ρ(注：P为雪压，h为雪深，ρ为密度，作者简介：李兰英，气象资深工程师，从事地面气象测报、报表预审、仪器管理、天气预报及气象服务等工作27年（下转第49页）10月下.indd592010-10-2117:09:52《科技传播》2010•10（下）49理论研究TheoreticalResearch3Q550钢CGHAZ精细结构对脆性的影响3.1金相组织图像分析图1一次加热试样金相组织⫼ކߏ䶻ᗻ⌟䆩ҾᇚᏆ㒣ࡴ⛁䖛ⱘ䆩ḋ䖯㸠Ԣ⏽ކߏ䶻ᗻ⌟䆩DŽ㒧ᵰབ㸼DŽ㸼4㒧ᵘ䩶ކߏ䶻ᗻ⌟䆩䖭䞠ⱘކߏؐᣛⱘᰃކߏ䶻ᗻ¢Nˈᰃ䆩ḋ೼ϔ⃵ކߏ䆩偠ᯊˈ㔎ষ໘ऩԡ៾䴶⿃Ϟ᠔⍜㗫ⱘކߏࡳˈކߏ䶻ᗻৃ⫼ϟᓣ∖ߎ˖0AWkkDᓣЁ˖:NЎކᮁ䆩ḋ᠔⍜㗫ⱘކߏࡳ˗$Ў䆩ḋᮁষ໘ⱘ῾៾䴶⿃˗¢Nؐ䍞໻ˈ㸼⼎ᴤ᭭ⱘކߏ䶻ᗻ䍞དDŽކߏ䶻ᗻ㸼⼎ᴤ᭭ᢉᡫކߏ⸈ണⱘ㛑࡯DŽⷨお㸼ᯢˈ¢NؐϡҙϢᴤ᭭ⱘ៤ߚঞݙᆍ㒘㒛᳝݇ˈ㗠ϨϢᅲ偠ᴵӊ᳝݇DŽᴤ᭭ⱘؐ䱣⏽ᑺⱘ䰡Ԣ㗠ޣᇣˈ೼ᶤϔ⏽ᑺ㣗ೈݙˈؐᗹ࠻䰡Ԣ⿄ПЎދ㛚ˈ݊⏽ᑺ㣗ೈ⿄Ўދ㛚䕀ব⏽ᑺDŽ⹀ᑺᇚކߏᮁষ䆩ḋ䖯㸠⹀ᑺ⌟䆩ˈ᠔⌟ᕫ⹀ᑺ䗝⫼㓈⇣⹀ᑺDŽ㓈⇣⹀ᑺ+9ҹNJҹݙⱘ䕑㥋੠乊㾦Ўeⱘ䞥߮⷇ᮍᔶ䫹य़఼ܹय़ܹᴤ᭭㸼䴶ˈ⫼ᴤ᭭य़⮩ߍഥⱘ㸼䴶⿃䰸ҹ䕑㥋ؐˈेЎ㓈⇣⹀ᑺؐ+9DŽ+9䗖⫼Ѣᰒᖂ䬰ߚᵤDŽ݊݋ԧ᭄ؐ㾕Ѣ㸼DŽ㓪ো⃵⃵⃵ᑇഛ⹀ᑺ+9㸼4㒧ᵘ䩶৘Ͼ䆩ḋᑇഛ⹀ᑺҢ㸼Ёৃҹⳟߎˈ䱣ⴔދैᯊ䯈ⱘᓊ䭓ˈ⹀ᑺ෎ᴀਜ⦄ߎ䰡Ԣ䍟࢓DŽ4䩶&*+$=㊒㒚㒧ᵘᇍ㛚ᗻⱘᕅડ䞥Ⳍ㒘㒛೒ڣߚᵤ೒ϔ⃵ࡴ⛁䆩ḋ䞥Ⳍ㒘㒛㓪ো乍Ⳃ¢Nഛؐ¢N4㒧ᵘ䩶W˄Vߴ䰸ⱘݙᆍ图2二次加热试样的金相组织组织说明：珠光体+铁素体。这一组织决定硬度较高。950℃高于Ac1线，先形成奥氏体后冷却转变成为珠光体及铁素体。由于未出现魏氏组织，韧性仍然比较高。3.2组织脆化组织脆化是焊接HAZ出现脆硬组织而造成的，根据被焊钢种的不同和焊接的冷却条件不同，在HAZ可能出现不同的脆硬组织。对于一般低碳低合金钢，由于焊接HAZ出现低碳马氏体和下贝氏体，反而有改善HAZ韧性的作用，从而提高抗脆能力。但对含碳较高的钢，焊接HAZ可能出现栾晶马氏体，从而使脆性增大。因此，焊接含碳量较高的钢时应给与充分的注意。研究表明，对于常用的低碳低合金钢，焊接HAZ的组织脆化主要是由于出现M-A组元，上贝氏体，粗大的魏氏组织，以及“组织遗传”等所造成的。4结论综上实验方法得出以下几点：1）Q550结构钢性能优良，很适合于焊接工艺。在焊接结束时，热影响区与其他类钢种相比，其非常优良的力学性能，包括韧性，强度，硬度等决定了该钢种适合进行焊接生产；2）对于Q550结构钢，影响脆化的主要因素是组织脆化，主要是M-A组元与贝氏体的影响。M-A组元与贝氏体的存在造成了脆性的提高。而过大的线能量，会使焊接HAZ的晶粒粗化，形成粗大铁素体，甚至出现魏氏组织，使脆性进一步降低。按照试样编号次序，一次加热试样脆性整体上升是由于魏氏组织，而二次加热试样脆性能性较为复杂，随着加热温度降低，由于未形成粗大的魏氏组织使得脆性基本呈现下降趋势；3）魏氏组织对材料的脆化影响比M-A组元和贝氏体对材料的脆化影响要严重。魏氏组织的出现会大大提高材料的脆性，尤其对于低碳的Q550低合金高强钢来说，因此，应尽量避免其出现；4）Q550结构钢的焊接脆化行为并不严重，总体来说基本可以保证其原有的力学性能，这同样证明了Q550结构钢适合进行焊接生产；5）最适合Q550焊接，同时尽量满足热影响区的力学性能的焊接参数是加热到1320℃冷却，t8/5=10s。ρ=120kg/m3),厚2cm的积雪，每平方米有2.4kg的雪压；降温6℃时，被大风掀开的温室棚内的蔬菜会被冻坏，因此，当气象台发布灾害性天气预警信息时，应当采取防护措施，因不防护的最大损失费远高于防护费，这样就把风险降到最低，而获利最大。这正是我们气象工作者最想看到的结果。4结论近些年，我国乃至全世界的极端天气气候事件不断发生，各种自然灾害严重影响着人们的生产生活，因此，人们对天气预报准确率的要求越来越高。本文分析了天气预报误差原因，介绍了正确应用气象预报信息的简单决策方法，这对于用户正确理解天（上接第59页）气预报误差，从而做出正确的生产生活决策具有一定的实用价值。参考文献[1]杜鹏，李世奎.农业气象灾害风险评价模型及应用[J].气象学报，1997(1).[2]丑纪范.大气科学中的非线性与复杂性[M].北京：气象出版社，2002.[3]杜钧，陈静.天气预报的公众评价与发布形式的变革[J].气象，2010，36(1)：1-6.是花山组第一段绿泥片岩、珍珠门组大理岩及闪长岩脉。2）根据对矿石中的矿石做了25个硫同位素测试，结果分析，矿石中δ34S平均值为-2.74‰，波动于-7.24‰~1.10‰之间，极差8.34‰标准差2.79‰，塔式效应不明显。说明来源不是单一的，明显富集轻硫，δ34S偏向负值,矿石中有较多的沉积硫化物,主要来源自地层,其次是岩浆岩。3）根据对矿石中毒砂、黄铁矿包裹体爆裂法测试温度的结果分析（见表3），硫化物初始温度范围为140℃~400℃，从温度纵数值看，主要成矿温度为1400℃~300℃，其次是340℃~380℃，因此可以说本矿床形成温度为140℃~300℃，属于中一低温矿床。矿物名称合计温度（℃）及频数140160161180181200201220221240241240261280281300341360361380381400毒砂12121211121黄铁矿13111121211