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天气预报
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来源：网络 作者：国学转载 发布时间：2007-01-20
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天气图预报方法已有100多年历史，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。我们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。我们分析各种天气图或其他辅助图表，目的就在于及时分析出引起各地天气变化的天气系统。天气图分析正确与否，是天气图预报方法的前提。天气图预报方法首先要做出天气形势预报，即预报出天气图上已有的天气系统，它们未来的移动和强度变化，同时还要判断有无新生的天气系统产生。
在天气形势预报中，最简单的方法是外推法，即假定未来天气系统的移动和变化与起始时刻的情况相同，这种方法也称作持续性法。其次是气象员在长期天气预报的实践中，总结出有关天气系统移动或强度变化的经验预报规则，这些经验规则在天气形势预报中也有很大作用。此外，从动力气象学的一些理论中，也可以推论出一些有关天气形势预报的规则。气象员根据这些就可以作出未来的天气形势预报。
近30年来，由于电子计算机的出现，趋向于改由机器作天气形势预报图，这种预报称作数值预报，图表示数值预报的内容。数值预报的第一步要求对所预报的天气系统从生成到消亡的主要物理过程有所认识，并将其概括成一组物理定律；第二步将这组物理定律用数学方程组表达出来，并且对这个方程组用电子计算机来求解。由于电子计算机的速度和容量有限，对方程组必须作适当简化；第三步将起始时刻的各层天气图资料编入机器；第四步由机器对这组议程进行求解，便算出未来各个时刻、各个地点和各高度上的高压面高度、温度、湿度和风速矢量的三个分量u,v,w的预报值。 字串5
电子计算机在作压、温、湿、风的预报时，是一小段一小段时间往前预报的。例如，根据起始时刻的天气图，先算出10分钟以后的预报图，然后将这张预报图作为起始时刻的天气图，算出10分钟以后的预报图。这样一步一步连续作下去，便能算出未来24小时或48小时的预报图。如果得到一张24小时预报图，先后要作一百次左右的预报。假如我们要计算的站点(在数值预报中称作网格点)为50×50=2500点，高度取10层，对各个站各个高度预报六个气象要素(压、温、湿和三个风速分量)，作一次24小时预报就需要进行一千五百万次运算。目前各国探空站的密度大约相隔400～500公里有一个站，所以由数值预报作出的各种形势预报图，只能抓住大尺度天气系统的活动，小于400公里的中小天气系统便预报不出来。
由电子计算机作出的天气形势预报图，比用手工方法制作预报图要客观。根据检验结果，高空天气形势图，用电子计算机制作的比手工制作的要好。对地面天气图来讲，两种方法制作的效果差不多。目前开展数值预报业务的国家发布的各种天气形势预报图，大多是由机器作出并经过气象员修改后才发出的。
天气形势预报图作出后，根据天气形势再作出各地区的天气(阴、晴、雨、雪和灾害性天气等)预报。天气预报困难较大，即使天气形势预报正确，天气预报不一定就报对，因为天气形势和天气并不是一一对应的。所以，从天气形势预报过渡到具体的天气预报，主要依靠气象员的判断，这样，气象员的经验就很重要。气象员在长期预报实践中，将本地区的重要天气编成档案或分成类型，天气形势预报确定后，从档案中找出最类似的过去个例或天气型，根据它们作出天气预报。在过去30年中，天气形势预报进展很快，但从天气形势过渡到具体天气预报，却没有很大进展，这是目前天气图预报方法中的问题之一。 字串2
统计预报方法
有些单站气象要素(如最高、最低气温、云量、能见度以及某种危险天气等)的预报，不容易用天气图预报方法作出，往往采用统计预报方法。统计预报方法的种类很多，这里不能一一介绍，只讲一讲统计预报方法的基本思路和步骤。
设P是我们要预报的量(例如雨量)，将预报量P同其他一些气象要素(X1,X2,X3,…,X)进行统计分析，求出一个一元多次复相关回归方程关系式。得到了上式以后便可求出预报量。
要得到有效的统计预报方法，怎样选择预报因子是个关键。预报因子的选择，要以气象员的经验和有关预报量的天气学知识作基础，从大量气象资料中选取最有效的预报因子。我国气象台站在选预报因子时，不但根据气象员自己的经验，而且还运用群众的经验，或以它为线索选取，在选取有效的预报因子时，将预报量P同许多预报因子进行单相关分析，同时从天气学角度分析这种相关有没有意义。只有将这两者结合起来，才能选出有效的预报因子。过去有一些统计预报方法，由于单凭机械地求统计相关，不考虑其物理意义，预报效果就不好。如果有电子计算机，可以选择许多观测站的气象要素或各个高空站各高度上的气象要素来作预报因子。这时必须作出某个预报因子与预报量P的相关系数水平分布图或垂直分布图，然后从天气意义上分析这种相关性分布的特征，由此再选定某一站的或某一高度上的气象要素作预报因子。 字串7
有效预报因子决定后，根据数理统计学中的判别法和相关分析法，作出预报量(P)出现不出现的判别式，以及预报量(P)数量大小的预报方程。如果有电子计算机，很容易求得这两个方程。最后要对这两个预报方程的精确度作检查。图给出统计预报的程序。
动力学预报与统计预报的结合
数值预报是根据动力学中的议程计算出来的，所以也称动力学预报。只要给出起始时刻的各层天气图资料，就可以确定未来任何时刻压、温、湿、风等分布的情况。这种预报在数学上也称作确定论预报。统计预报是以概率论作基础，预报量与预报因子的回归方程所示关系，在概率论上已达到某种置信的程度，因此，在大多数情况下，如果预报因子出现，预报量也就出现。但并不能保证在任何时候都这样。从预报上讲，确定论最理想，但目前还达不到这一步，不过统计预报方法仍是很有用处的。气象员应该将这两类预报方法结合起来作用，预报效果就会好些。
预报是根据现在推论未来，所以在统计预报方法中，预报因子的选择都是取起始时刻或过去时刻的气象参数。但有一些预报量同它出现时刻的气象条件关系最密切，例如，就降水来说，它与降水出现时刻的上升运动强弱和空气中水汽含量大小的关系最密切，所以选择雨量的预报因子，最好取在预报时刻的因子，这时预报因子本身也是个预报量。有了动力学预报以后，从动力学预报得出各地各高度上压、温、湿和u，v,w三个风速分量预报值，并且从这些基本物理量还可算出其他许多物理量(如温度平流、涡度平流、水汽输送通量、稳定度指数等等)。将这些由机器给出的、预报时刻的物理参量与要求预报的量求出统计关系式。求法与图所讲的程序相同。这种由动力学预报方法和统计预报方法相结合的方法，称作由动力学预报模式得出的统计预报，简称MOS。近二、三年好几个国家已采用这种预报方法，由这个方法可以作出各地的24小时最高、最低气温预报，12～36小时各地降水量预报，各地能见度、云量和低云高度的预报，以及某种灾害性天气(如大风、暴雨、强雷暴)出现与不出现的判别预报。这类预报都是直接从电子计算机作出的。所以电子计算机在作出各种天气形势预报图的同时，也给出全国选定台站的前述诸气象要素的预报。国家气象中心将天气形势预报图和MOS预报传给各级气象台站。台站气象员将MOS预报和当地所作的预报结合起来，作出较准确的预报。天气形势预报和MOS预报的结合可能是今后国家气象中心预报业务一个有希望的方向。
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