1、 第六章第六章 天气预报的原理和方法天气预报的原理和方法 天气变化与人们的生产活动、社会活动、军事活动以及日常生活都有着十分密切的关系。自古以来，人们总是想方设法去预测未来的天气变化，利用有利的天气，避开不利的天气，以减少不必要的损失。天气预报是根据气象观(探)测资料，应用天气学、动力学、统计学的原理和方法，对某区域或某地点未来一定时段的天气状况作出定性或定量的预测。准确地预报天气一直是大气科学研究的一个重要目标。天气预报的历史沿革 看云识天气根据物像来推测天气 单站预报天气图预报应用气象卫星、天气雷达用计算机进行天气预报。伴随着科技的不断进步，天气预报得到了快速的发展。天气预报的种类:按预报
2、时效可大致分为：临近预报(12 小时)甚短期预报(212 小时)短期预报(1248 小时)中期预报(310 天)长期预报(10 天以上)等；目前制作天气预报的方法：天气学预报方法 统计学预报方法 动力学预报方法 及这三种基本预报方法的结合：天气统计预报方法 动力统计预报方法 天气动力预报方法等。天气学预报方法天气学预报方法（或称天气图方法）（或称天气图方法）：以天气图为主要工具，配合卫星云图、雷达图等，用天气学的原理来分析和研究天气的变化规律，从而制作天气预报的方法。这种方法主要用于制作短期预报。数值预报方法数值预报方法 （又称动力学预报方法）（又称动力学预报方法）：利用大型、快速的电子计算机
3、求解描述大气运动的动力学方程组来制作天气预报的方法。这种方法可用于制作短期预报，也可做中、长期预报。近几年还开始用来做气候预报。统计预报方法统计预报方法：采用大量的、长期的气象观测资料，根据概率统计学的原理，寻找出天气变化的统计规律，建立天气变化的统计学模型来制作天气预报的方法。这种方法主要用于制作中、长期预报和气象要素预报。三种天气预报方法的主导思想:统计预报方法的主导思想:从天气现象（或天气过程）具有偶然性出发，认为天气变化是一种随机过程，在相同条件下不一定出现同样的天气变化，只能求出某种天气出现的可能性或概率。天气学方法和数值预报方法 的主导思想:从天气现象（或天气过程）具有必然性出发，
4、认为天气变化不是随机的，它满足一定的规律（如动量守衡、能量守衡、质量守衡等等），在相同的条件下应该发生相同的变化，根据大气某一时刻的状态，可以推算出其下一时刻的确定的状态。目前制作天气预报常常是将这三种方法配合起来使用，将天气图、卫星和雷达图像、动力分析和统计分析、数值预报产品等进行综合分析，最后做出天气预报。1.天气学预报方法 工具：天气图、卫星云图、雷达图 理论：天气学原理 分析和研究天气的变化规律，分析和研究天气的变化规律，制作天气预报。制作天气预报。一.天气图 分为：地面天气图 高空天气图 辅助图表 图 9.1 地面天气图图 9.2 高空天气图高空天气图 利用天气图并根据天气学原理可以
5、分析这些天气系统和天气区的变化趋势，移动方向和速度。进而预报各天气系统未来的位置，强度以及对各地天气变化的影响。过去天气图的填图、等值线的绘制和分析是由预报员手工完成的，现在从资料收集、检查、填图直到等值线的绘制和分析已全部由计算机完成，实现了天气分析的自动化。二.天气系统 中纬度地区：锋面 温带气旋和反气旋 西风带的长波槽和脊。低纬度地区：热带气旋 西太平洋副热带高压 南亚高压 热带辐合带和东风波 1.锋面和锋：锋面定义:(1)在热力学场和风场具有显著变化的狭窄倾斜带。(2)冷、暖两种不同性质气团之间的过渡带 这种倾斜过渡带有时称为锋区。它具有较大的水平温度梯度、静力稳定度、绝对涡度和风速切
6、变等特征。锋面与地面相交的线，叫锋线，习惯上又把锋面和锋线统称为锋。图 9.3 锋面三维空间结构的概念模型 锋的分类：根据锋在移动过程中冷、暖气团所占有的主次地位，可将锋分为：冷锋、暖锋、准静止锋和锢囚锋。(a)(b)(c)准图 9.4 锋的分类(a)冷锋 (b)暖锋 (c 静止锋 图 9.5 锢囚锋 在我国，冷锋全年都有，尤其在冬半年更为常见。暖锋主要分布在我国东北和长江中下游地区，且大多数与冷锋相伴随。准静止锋大多数在我国的华南、云贵、天山和江淮地区出现，它们的出现大多数与地形有关。2锋面和气旋：在实际大气中，锋面和温带气旋常常在一起出现。早在20世纪20年代初，卑尔根(Bergen)学派
7、的气象学家就提出了中纬度天气尺度气旋结构和演变的概念模型，其中最著名的模型就是气旋锋面模型。(Bjerknes(1919)等提出)温带气旋形成于一条锋面上。图 9.6 气旋理想模型 图 9.7 1970 年 11 月 11 日 08 时地面天气图 3锋面和天气：在锋面附近，大气的温度、湿度和风的变化都很激烈，暖湿空气沿着锋面的斜坡爬升到较冷空气的上方，使气层的稳定度变小，容易生成各种云和降水。图 9.8 暖锋附近的云系 图 9.9 冷锋附近的云系图 9.10 静止锋附近的云系图 9.11 锋面附近的云图 三.天气形势预报和气象要素预报 在天气学方法的预报中，只有对未来天气形势变化作出正确的判断
8、，才能对一地的天气(气象要素和天气现象)变化作出正确的预报。天气形势预报是天气预报的基础 1.天气形势预报：大范围环流，高低气压系统（高大范围环流，高低气压系统（高空的长波槽、脊和地面气旋、反气旋）空的长波槽、脊和地面气旋、反气旋）和锋面等的预报和锋面等的预报。在中纬度，天气形势预报包括：西风带的强弱，位置的变化；长波槽脊的强度和移动方向、速 度；地面气旋、反气旋强度的变化和移 动方向、速度；锋的强度，锋生锋消和锋的移动。做天气形势预报的重要理论依据：诊断分析各种物理量场 罗斯贝波的移速公式 涡度方程 锋生动力学 诊断分析 诊断分析是天气学与动力气象学逐步结合的产物，其主要任务是利用实测气象资
9、料计算出散度、涡度、垂直速度、水汽通量、热量和能量等物理量场，分析其空间分布和时间演变特征，分析它们与天气系统发生演变的关系。涡度方程:yfvyvxufdtd)(是由运动方程演化出来的一个描述涡旋运动强度变化的方程，在大气动力学和天气学中用途非常广泛。2气象要素预报：主要包括温度、风、云、雾和降水的预报。根据天气形势预报的结果和各种天气系统中天气分布的特点，结合各地特殊的自然地理条件，气象要素的统计规律来做出未来气象要素的变化情况的推断。风的预报：风的预报：考虑风的变化与气压系统及锋面的关系、地形对风的影响、热力环流的作用（如海陆风、山谷风等）。一般将平均风速达到 6 级（10.813.8 米/秒）以上的风称为大风。它对航运、渔业生产和军事活动影响很大，所以大风预报是风的预报的重点。温度的预报温度的预报 特别注意灾害性的气温（霜冻、持续性的高温或低温）的预报 考虑因素：温度平流的作用 垂直运动对局地温度变化的影响 非绝热加热或冷却（天气状况和下垫面性质对温度的影响）。云、雾和降水的预报 对云雾的预报航空和交通部门要求更高。降水的预报目前都认为难度很大，特别是中小尺度的降水，其强度和落点都较难报准，通常要配合统计方法进行预报。给出降水的概率。
