1、大气探测技术大气探测技术数学、物理、天气、数学、物理、天气、动力学理论的发展动力学理论的发展计算理论和计算理论和技术的发展技术的发展通讯技术水通讯技术水平的提高平的提高2、天气预报发展的萌芽时期、天气预报发展的萌芽时期 (公元前约350年-1820年之前年之前)l对大气中各种现象的认识是直觉的、经验性的；对大气中各种现象的认识是直觉的、经验性的；l气象观测仪器的发明：气象观测仪器的发明：16-18世纪，温度、气压、世纪，温度、气压、风和湿度等测量仪器的陆续发明，如风和湿度等测量仪器的陆续发明，如1593年前年前后伽利略发明温度表；后伽利略发明温度表；1643年托里拆利发现气年托里拆利发现气压表
2、原理；等等。压表原理；等等。l人们仅仅是处于某一点上来感受有大气运动所造人们仅仅是处于某一点上来感受有大气运动所造成的天气变化。成的天气变化。3、地面天气图的诞生、地面天气图的诞生 1820年，在气压、温度、湿度、风等气象要素的测定和气象观测站网逐步建立的条件下，布布兰德斯兰德斯绘制了历史上第一张天气图（欧洲部分），开创了近代天气分析和天气预报方法，1855年法国人莱伐尔用天气图追索克里米亚战争时出现的风暴，1860年英国人弗兹罗在伦敦用电话收集天气报告绘成天气图，至此地面天气图逐步成为天气预报的主要工具。3、地面天气图的诞生（续）、地面天气图的诞生（续）(1820-第一次世界大战)l特点：特
3、点：（1）由感性上升到理性；）由感性上升到理性；（2）由定性到定量；）由定性到定量；（3）空间上由点拓展到面）空间上由点拓展到面；（4）初步展现了各气象要素（压、）初步展现了各气象要素（压、温、湿、风等）场之间的关系温、湿、风等）场之间的关系4、锋面、气旋和气团学说、锋面、气旋和气团学说的提出（挪威学派的提出（挪威学派 诞生）诞生）l主要预报方法主要预报方法 天气图预报员经验天气图预报员经验=外推预报外推预报 通过分析地面天气图，发现了与天气关系密切的气压通过分析地面天气图，发现了与天气关系密切的气压特征型：锋面、气旋、反气旋、锋面气旋等，据此作特征型：锋面、气旋、反气旋、锋面气旋等，据此作出
4、外推预报。出外推预报。V.Bjerknesl 1920年前后（年前后（从第一次世界大战后到第二次世界大战前），气象学家皮耶克尼斯，索尔气象学家皮耶克尼斯，索尔贝格和伯杰龙等提出的锋面、气旋和气团贝格和伯杰龙等提出的锋面、气旋和气团学说，为天气分析和预报学说，为天气分析和预报12天以后的天天以后的天气变化奠定了理论基础。至此，以气变化奠定了理论基础。至此，以 V.Bjerknes为代表的挪威学派形成。为代表的挪威学派形成。4、锋面、气旋和气团学说、锋面、气旋和气团学说的提出（挪威学派的提出（挪威学派 诞生）（续）诞生）（续）l 大约在皮叶克涅斯的气旋模式问世的前后，气象学大约在皮叶克涅斯的气旋模
5、式问世的前后，气象学进入了一个迅速发展的时期。为航空发展所促进，高进入了一个迅速发展的时期。为航空发展所促进，高层大气观测成了日常工作。飞机本身也提供了在越来层大气观测成了日常工作。飞机本身也提供了在越来越高的高度上测定气压、气温和湿度的工具。风则通越高的高度上测定气压、气温和湿度的工具。风则通过观测陆地台站施放的气球所经的路径来研究。二十过观测陆地台站施放的气球所经的路径来研究。二十世纪三世纪三十年代出现了无线电探空仪，这是一种可以吊在气象十年代出现了无线电探空仪，这是一种可以吊在气象气球下在上升过程中发送压、温、湿资料的仪器。自气球下在上升过程中发送压、温、湿资料的仪器。自四十年代雷达臻于
6、完善以来，无线电探空气球一直通四十年代雷达臻于完善以来，无线电探空气球一直通过无线电讯号进行跟踪，从而使得风的测定即使天空过无线电讯号进行跟踪，从而使得风的测定即使天空云层密布也可进行。云层密布也可进行。5、天气预报理论和技术、天气预报理论和技术 跨越式大发展阶段跨越式大发展阶段l高空气象观测得到迅速发展高空气象观测得到迅速发展，天气分析从二，天气分析从二维扩展为三维维扩展为三维；l四十年代初芝加哥学派的形成，罗斯贝长波理四十年代初芝加哥学派的形成，罗斯贝长波理论、大气环流理论（三圈环流）的提出；使得论、大气环流理论（三圈环流）的提出；使得天气学原理日趋完善；天气学原理日趋完善；l动力气象学理
7、论的快速发展，为数值天气预报动力气象学理论的快速发展，为数值天气预报的开展奠定了理论基础；的开展奠定了理论基础；l数值天气预报的诞生数值天气预报的诞生，1950年年 在这个时期，预报业务除了继续使用锋面在这个时期，预报业务除了继续使用锋面理论外，还充分使用动力气象学理论得到的运理论外，还充分使用动力气象学理论得到的运动方程，结合高空天气图，总结地方性的天气动方程，结合高空天气图，总结地方性的天气预报经验，使预报水平得到明显提高。此时，预报经验，使预报水平得到明显提高。此时，由原始的电子计算机制作的气压预报图也开始由原始的电子计算机制作的气压预报图也开始在业务预报中进行试用。在业务预报中进行试用
8、。5、天气预报理论和技术、天气预报理论和技术 跨越式大发展阶段（续）跨越式大发展阶段（续）Carl-Gustaf Rossby:Long waves in the westerly罗斯贝罗斯贝长波移长波移速公式速公式 天气预报中的一个关键问题天气预报中的一个关键问题 槽和脊相间的西风带波动是中纬度最基本的天槽和脊相间的西风带波动是中纬度最基本的天气形势气形势正确地预报槽脊的位置和强度变化是中纬正确地预报槽脊的位置和强度变化是中纬度天气预报的关键度天气预报的关键 坏天气坏天气好天气好天气Rossby 波波大气长波理论大气长波理论的创立的创立 基于基于Rossby长波理论的外推预长波理论的外推预报
9、报绝对涡度守恒绝对涡度守恒 外推预报工具：变压图、变高图、外推预报工具：变压图、变高图、锋区、波谱分析图、预报指标锋区、波谱分析图、预报指标.计算机模式外推：计算机模式外推：Charny 的正压的正压数值模式预报数值模式预报 C.G.Rossby J.Charney提出了行星波的斜压不稳定理论；提出了行星波的斜压不稳定理论；提出了大气运动的尺度分析理论；提出了大气运动的尺度分析理论；1950 第一次成功的数值天气预报第一次成功的数值天气预报 理论：理论：绝对涡度守恒绝对涡度守恒 方程：正压无辐散涡度方程方程：正压无辐散涡度方程 工具：计算机工具：计算机Early days of NWP 开创青
10、藏高原气象学研究开创青藏高原气象学研究创立东亚大气环流和季节突变理论创立东亚大气环流和季节突变理论创立大气长波能量频散理论创立大气长波能量频散理论创立大气运动的适应尺度理论创立大气运动的适应尺度理论阻塞高压形成和维持的理论阻塞高压形成和维持的理论开拓全球变化科学新领域开拓全球变化科学新领域未来天气气候预测系统的构建未来天气气候预测系统的构建叶笃正大气长波叶笃正大气长波能量频散理论，能量频散理论，为现代大气长波为现代大气长波的预报提供了理的预报提供了理论基础论基础 中期天气预报中期天气预报 上、下游效应；长波调整；上游关键区上、下游效应；长波调整；上游关键区 例如例如 冬季：地中海、欧洲大西洋沿
11、冬季：地中海、欧洲大西洋沿 岸岸 脊脊 6、现代天气预报的初始阶段、现代天气预报的初始阶段 (1960年以后年以后)l现代先进计算、探测、遥感手段的综合应用；l天气学（图）预报方法、统计预报方法和数值预报方法的综合运用；1960年以后，随着电子计算机技术的飞速发展，特别是雷达、卫星、遥感及其反演技术的突破性进展，使天气预报业务发生了巨大的变化。动力数值预报技术和水平得到了巨大的发展，统计天气预报也随着统计学的发展而成为气象科学的另一门重要学科。在这两者的支持下，业务天气预报水平发生了质的飞跃，并逐渐向客观、定量、长时效发展。然而，传统的天气学，特别是天气图分析方法，在短期天气预报方面的作用仍发
12、挥着重要的作用，特别是在地方性天气的预报方面，与动力数值预报相结合，甚至起着举足轻重的作用，为其他天气预报方法所无法取代。1980年代以后有下列进展：年代以后有下列进展：1.欧洲中期数值预报中心（欧洲中期数值预报中心（ECMWF）的建立）的建立2.2.美国国家气象中心（美国国家气象中心（NMC）数值预报）数值预报3.3.日本数值天气预报日本数值天气预报4.4.中国中国A模式、模式、B模式、模式、T63、T106、T213、T639等等数值模式。数值模式。5.短期预报数值预报统计经验解释短期预报数值预报统计经验解释6.中期预报数值预报超长波分析中期预报数值预报超长波分析7.气候预测：概率统计，数
13、值模式、相似预报气候预测：概率统计，数值模式、相似预报8.动力统计预报动力统计预报（丑纪范院士）（丑纪范院士）9.长期预报长期预报 C 模式（巢继平院士）模式（巢继平院士）7、综合应用多种气象信息和先进、综合应用多种气象信息和先进 技术的现代天气集合预报阶段技术的现代天气集合预报阶段l92109210工程的全面实施，推动了我国气象现代化业务上了工程的全面实施，推动了我国气象现代化业务上了一个新台阶，气象通信水平和通信能力得到了大幅度提一个新台阶，气象通信水平和通信能力得到了大幅度提高，各种常规、非常规观测资料的快速采集处理、分析高，各种常规、非常规观测资料的快速采集处理、分析加工制作产品及其高
14、速传输成为现实，为天气预报的客加工制作产品及其高速传输成为现实，为天气预报的客观化、定量化、自动化创造了良好的条件。观化、定量化、自动化创造了良好的条件。l 主要特点是从传统的以天气图和经验分析为主的作业主要特点是从传统的以天气图和经验分析为主的作业方式向以数值预报产品为基础，以人机交互系统为主要方式向以数值预报产品为基础，以人机交互系统为主要平台（如平台（如MICAPS系统系统），综合应用各种气象信息和各），综合应用各种气象信息和各种先进技术方法的现代天气预报作业方式转变。预报产种先进技术方法的现代天气预报作业方式转变。预报产品也逐步走向定时、定点、定量和可视化。品也逐步走向定时、定点、定量
15、和可视化。数值模式发展特点：数值模式发展特点：海洋大气冰雪陆地耦合模式海洋大气冰雪陆地耦合模式 区域中尺度模式，多重嵌套模式、变分辨率模式区域中尺度模式，多重嵌套模式、变分辨率模式预报方法：预报方法：集合预报集合预报 ：多初值集合；多模式集合；多物理过程：多初值集合；多模式集合；多物理过程 集合集合 超级集合预报：多初值集合多模式集合多物理过程超级集合预报：多初值集合多模式集合多物理过程 集合集合长期预报：长期预报：动力延伸预报，动力相似预报动力延伸预报，动力相似预报7、综合应用多种气象信息和先进技术方、综合应用多种气象信息和先进技术方 法的现代天气集合预报阶段（续）法的现代天气集合预报阶段（
16、续）常规气象预报常规气象预报/警报警报（温、压、湿、风、降水等）（温、压、湿、风、降水等）龙卷龙卷沙尘沙尘雾雾冰雹冰雹大气科学大气科学气溶胶组分气溶胶组分污染气体污染气体核核/有害污染物有害污染物环境科学环境科学与国家环保与国家环保总局联合总局联合渍涝渍涝洪水洪水流域面雨量流域面雨量水文学水文学与水利与水利部联合部联合泥石流泥石流山体滑坡山体滑坡人体舒适度人体舒适度 健康与卫生健康与卫生地质学地质学与国土与国土资源部资源部联合联合未来可以开展的预报业务未来可以开展的预报业务已经开展的预报业务已经开展的预报业务空气污染空气污染感冒指数感冒指数台风台风冻雨冻雨农业气象与生态农业气象与生态粮食安全、
17、粮食安全、生态生态城市生态城市生态 绿色生产率绿色生产率中中 央央 气气 象象 台台短短 期期 天天 气气 预预 报报 业业 务务 流流 程程短期天气预报服务短期天气预报服务Weather Forecast services决策预报服务决策预报服务Service Forecast forDecision Making公众预报服务公众预报服务Services Forecast forThe Public指导预报服务指导预报服务Services Forecast forThe Duidance专业预报服务专业预报服务Services Forecast forThe Specialized 其它专项
18、其它专项Others森林防火森林防火Forest firePrevention重点工程重点工程Keyprojects交通服务交通服务Transporta-tion水利服务水利服务WaterConservancy农业服务农业服务Agriculture防灾减灾防灾减灾Disasterprevention and Reduction指挥生产指挥生产ProductionManagement电视服务电视服务TVServices电话服务电话服务TelephoneServices其它服务其它服务Other Techniques电话服务电话服务Telephone Services下发产品下发产品Product
19、天气会商天气会商WeatherDiscuss电台服务电台服务RadioServices 天气预报服务方式和要求天气预报服务方式和要求公众服务：电视，广播，电话，报纸，网络公众服务：电视，广播，电话，报纸，网络决策服务：电话，专题报告，有线传送决策服务：电话，专题报告，有线传送专项服务：电话，专题报告专项服务：电话，专题报告指导预报：电视，电话，传真，有线传输指导预报：电视，电话，传真，有线传输 卫星传输，网络卫星传输，网络优质服务要求：准确，及时，有针对性优质服务要求：准确，及时，有针对性提高服务水平关键：职业道德，服务意识，提高服务水平关键：职业道德，服务意识，技术水平，现代化建设技术水平，
20、现代化建设上一班的落区预报上一班的落区预报会会 商商 结结 论论 降水落区预报降水落区预报调出评分站点调出评分站点存盘，下发存盘，下发天气实况天气实况卫星云图卫星云图雷达图像雷达图像EC形势预报形势预报 T213形势预报及物理量形势预报及物理量场场日本形势预报日本形势预报德国降水预报德国降水预报 日本降水预报日本降水预报 T213降水预报降水预报MOS降水预报降水预报降水落区预报流程图降水落区预报流程图pp06zqlMMDDpp12zqlMMDDzz20MMDDpp20MMDDppluMMDDqq06zqlMMDD1MMDD2qq12zqlMMDDqq20MMDDqqluMMDD目的：中央台自
21、己制作早间和午间城市预报，生成ci文件；MMDD表示当天日期目的：生成fc文件，也包括校对程序。目的：预报产品分发（电视、电台、专业台等）。MMDD1表示前一天日期MMDD2表示当天日期gg20dqkMMDDjd36MMDDjd48MMDDjd72MMDDcheck24MMDDcheck36MMDDcheck48MMDDcheck72MMDDcheck.exef9MMDD20.036mcMMDD20.048fcMMDD20.0721目的：中央台制作的客观要素城市预报，生成ci和fc文件；目的：上面的程序检查客观要素预报有无漏报或温度差异过大；右边的程序检查地方台的城市预报pp06zqlMMDD
22、pp12zqlMMDDzz20MMDDpp20MMDDppluMMDDqq06zqlMMDD1MMDD2qq12zqlMMDDqq20MMDDqqluMMDD目的：中央台自己制作早间和午间城市预报，生成ci文件；MMDD表示当天日期目的：生成fc文件，也包括校对程序。目的：预报产品分发（电视、电 台、专 业 台 等）。MMDD1表示前一天日期MMDD2表示当天日期gg20dqkMMDDjd36MMDDjd48MMDDjd72MMDDcheck24MMDDcheck36MMDDcheck48MMDDcheck72MMDDcheck.exeCheckgncheckgwf9MMDD20.036mcM
23、MDD20.048fcMMDD20.0721目的：中央台制作的客观要素城市预报，生成ci和fc文件；目的：上面的程序检查客观要素预报有无漏报或温度差异过大；右边的程序检查地方台的城市预报zjtvdtMMDDwjtvdtMMDD城城市市天天气气预预报报业业务务流流程程国外天气预报流程 A:预报和服务内容 拟写国外天气预报电视稿 制作世界80城市24、48小时天气预报 决策服务、日常用户服务及临时任务一B:B:预报参考工具及资料预报参考工具及资料1111、欧洲中心南、北半球：地面气压场、欧洲中心南、北半球：地面气压场、500HPA500HPA高度场、高度场、850HPA850HPA温温度预报场的度
24、预报场的0000、2424、4848、7272小时预报图。小时预报图。2222、全球地面各时次实况资料。、全球地面各时次实况资料。3333、日本、德国、日本、德国2424、4848、7272小时降水预报资料。小时降水预报资料。4444、覆盖全球五大洲的静止气象卫星云图、覆盖全球五大洲的静止气象卫星云图(1)(1)西太平洋、亚洲东部、澳大利亚地区云图西太平洋、亚洲东部、澳大利亚地区云图(2)(2)印度洋、欧洲东部、亚洲西部地区云图印度洋、欧洲东部、亚洲西部地区云图(3)(3)欧洲、非洲地区云图欧洲、非洲地区云图(4)(4)大西洋、北美洲东部、南美洲地区云图大西洋、北美洲东部、南美洲地区云图(5)
25、(5)东太平洋、北美洲西部的云图东太平洋、北美洲西部的云图台风及海洋气象预报台风及海洋气象预报业务流程简介业务流程简介中央气象台中央气象台CMO/NMC/CMACMO/NMC/CMA电视电台传真电话专项汇报热带气旋预报警报业务系统热带气旋预报警报业务系统定位系统定位系统 1.卫星图象定位定强卫星图象定位定强(Dvorak技术技术)2.雷达定位定强雷达定位定强 3.地面常规观测资料定位定强地面常规观测资料定位定强预报方法系统预报方法系统 1.天气分析方法天气分析方法 2.统计方法统计方法 3.动力统计方法动力统计方法 4.数值预报方法数值预报方法 5.综合预报方法综合预报方法报纸政府、防汛抗旱指
26、挥部、水利部、渔业以及社会广大民众等政府、防汛抗旱指挥部、水利部、渔业以及社会广大民众等采取措施、防范损失采取措施、防范损失警报和服务系统警报和服务系统MICAPS系统系统TCSHOW系统系统台风路径数值预报产品台风路径数值预报产品中国中国T213全球模式路径预报全球模式路径预报中国台风模式路径预报中国台风模式路径预报日本全球模式路径预报日本全球模式路径预报日本台风模式路径预报日本台风模式路径预报英国全球模式路径预报英国全球模式路径预报中期天气形势数值预报产品中期天气形势数值预报产品中国中国T213全球模式形势预报全球模式形势预报ECMWF全球模式形式预报全球模式形式预报日本全球模式形势预报日
27、本全球模式形势预报德国全球模式形势预报德国全球模式形势预报中国区域模式形势预报中国区域模式形势预报主观综合预报主观综合预报美国美国(JTWC)路径综合预报路径综合预报日本日本(RJTD)路径综合预报路径综合预报香港香港(VHHH)路径综合预报路径综合预报韩国路径综合预报韩国路径综合预报台湾路径综合预报台湾路径综合预报常规天气图形势分析常规天气图形势分析500hPa高空分析高空分析700hPa高空分析高空分析850hPa高空分析高空分析200hPa高空分析高空分析地面形势分析地面形势分析1.未来路径趋向未来路径趋向2.未来强度趋势未来强度趋势3.风雨影响预报风雨影响预报定位系统定位系统卫星定位、
28、雷达定位、卫星定位、雷达定位、微波定位、地面分析微波定位、地面分析警报和服务系统警报和服务系统电视、电台、电话、电视、电台、电话、传真、报纸、网络、传真、报纸、网络、专项服务专项服务最终定位资料最终定位资料产品分发产品分发辅助分析图表辅助分析图表海温分析海温分析高空辐散、低层辐合分析高空辐散、低层辐合分析冷空气活动、历史路径冷空气活动、历史路径高低层风垂直切变分析高低层风垂直切变分析高低层引导气流分析高低层引导气流分析环境气象预报业务流程介绍EnvironmentalWeatherForecast牛若芸紫外线数值预报模式Ultravioletnumericalprediction实时观测资料O
29、bservationdata城市天气预报Urbanweatherforecast城市海拔高度、纬度Urbanlatitudeandaltitude紫外线预报流程(Ultravioletforecastflowchart)指导预报产品Directingforecast省会城市预报结果UltravioletforecastOfprovince下发最终预报产品Finalforecast下发发布Issue降雨量观测降雨量观测rainfall rainfall observationobservation降雨量预报降雨量预报rainfall forecastrainfall forecast各站点山地灾
30、害潜势预报结果各站点山地灾害潜势预报结果indexindex各站点山地灾害潜势各站点山地灾害潜势预报等级划分预报等级划分gradinggrading经会商后完成预报结经会商后完成预报结果制作发布果制作发布products最新灾情信息最新灾情信息Disastermessage地质灾害预报流程图地质灾害预报流程图(Geological hazards forecast Geological hazards forecast flow chart)flow chart)空气质量预报业务流程Air quality monitor and forecast operational flow chart4
31、7城市环保监测站Environmental Protection Bureaus of 47 cities47城市气象台Meteorological Observatories of 47 cities中央电视台CCTV实时观测资料Observation data预报会商Forecast Discussion环保总局State Environmental protection administration of China中央气象台Central Meteorological Observatory Air quality reportAnd forecast 中期天气预报业务和预报流程简介中
32、央气象台中期科2006年3月各类数值预报产品各类数值预报产品春季低温阴雨预报系统春季低温阴雨预报系统诊诊 断断 分分 析析谐谐 波波 分分 析析冷空气过程预报系统冷空气过程预报系统地转风地转风u、v场场旬旬500hPa环流预报系统环流预报系统服服 务务主观综合判断主观综合判断夏季华北暴雨预报系统夏季华北暴雨预报系统夏季长江中下游旱涝预报系统夏季长江中下游旱涝预报系统秋季寒露风预报系统秋季寒露风预报系统旬平均气温距平预报系统旬平均气温距平预报系统人机交互综合相似预报系统人机交互综合相似预报系统中中 期期 预预 报报 系系 统统客观预报结果客观预报结果低纬风场特征参数低纬风场特征参数西太平洋副高特征参数西太平洋副高特征参数南半球西风环流指数南半球西风环流指数亚洲西风环流指数亚洲西风环流指数四、新一代中期天气业务预报流程四、新一代中期天气业务预报流程8、结语、结语由由感性上升为理性，由定性转变为定量；感性上升为理性，由定性转变为定量；由由点点到到面（二维）面（二维），再扩展到，再扩展到三维三维空间；空间；由由单一预报方法向多种预报方法综合应用单一预报方法向多种预报方法综合应用 的转变；的转变；预报服务的精细化及预报服务领域的不断预报服务的精细化及预报服务领域的不断 拓展；拓展；天气预报水平的提高任重而道远。天气预报水平的提高任重而道远。谢谢 谢！谢！
