计算机在天气预报中的应用

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1、计算机在天气预报中的应用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。天气预报的历史可以从最早的看云识天气和根据物像来推测天气开始，以后经历了单站预报，天气图预报，到目前的应用气象卫星、天气雷达等先进的探测资料和用计算机进行天气预报的阶段。伴随着科技的不断进步，天气预报得到了快速的发展。气象要素表明大气物理状态、物理现象的各项要素。主要有：气温、气压、风、湿度、云、降水以及各种天气现象。南京天

2、气预报天气现象:（1）降水现象：根据降水物的形态共分成11种，其中液态降水有雨、毛毛雨、阵雨，固态降水有雪、冰粒、米雪、阵雪、霰、冰雹，还有混合型降水有雨夹雪、阵性雨夹雪等。此外，根据降水性质，分阵性降水、连续性降水和间歇性降水等三种类型。（2）地面凝结和冻结现象：包括露、霜、雾淞、雨淞等四种。（3）视程障碍现象：包括雾（雾、大雾、浓雾）；轻雾；吹雪；雪暴；烟幕；霾；沙尘暴（沙尘暴、强沙尘暴、超强沙尘暴）；扬沙；浮尘。（4）雷电现象：雷暴、闪电、极光。（5）其它现象：大风、飑、龙卷、尘卷风、冰针、积雪、结冰。众所周知，天气预报

3、所需数据量极大，对计算机要求很高，很多巨型机都首先为天气预报所服务。目前制作天气预报主要采用天气学预报方法、统计学预报方法和动力学预报方法，以及由这三种基本预报方法相互结合形成的天气—统计预报方法、动力统计预报方法和天气—动力预报方法等。天气学预报方法（或称天气图方法）：是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（又称动力学预报方法）：是利用大型、快速的电子计算机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

4、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：是采用大量的、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。这三种制作天气预报的方法的主导思想不一样。天气现象（或天气过程）的发生，包含着必然性和偶然性，统计预报方法是从天气现象（或天气过程）具有偶然性这一点出发，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

5、数值预报方法则从天气现象（或天气过程）具有必然性这一点出发，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。相似预报方法的基本思路是：假如两个样本的天气形势和气象要素场是相似的，那么，它们的天气发展过程也相似，所以，从众多历史样本中选取与预报日的形势及要素场最相似的样本，把其对应天气发展过程作为预报日的天气预报结论。目前，有不少气象台站利用相似技术作预报,虽然基本思路雷同，但由于采用的技术路线不同，其预报

6、效果也不一样。大多数相似预报方法都考虑了不同因子场在预报中的重要性的差异，选取与预报对象关系最为紧密的因子场参与相似计算。但是，这些方法都未涉及如何定量描述因子场重要性的问题，也没有把整个因子场作为一个因子引入预报方程的做法，本文提出了定量化地表征气象因子场与天气现象之间关系的相关特征量处理技术和计算方法，同时还提出了用相似系数和相关特征量来组建最优预报方程的办法。试验表明，这样作出的相似预报效果较好。高度（hpa）500700…850（H:风向，风速，温度，露点温度差，东西风分量，南北风分量，湿度…）地面2001.1,1(0

7、8h)2006.5.10(08h)2011.1.1(08h)时间1.相似系数假定一气象因子场H由n个气象要素组成,样本长度为m用一矩阵表示为:上式用i,j作为要素h的下标hij表示H场的第i个样本在第j个点的要素值。用下式计算相似系数：Aij(H)=Rij(H).(1-Dij(H)/Dmax)(2)其中Aij(H)是相关系数,Dij(H)是平均距离，它们的表达式分别为:,分别是第i个样本与第j个样本的n个要素的平均值。Rij(H)为H场的第i个样本与第j个样本之间的相关系数，它表征了两个样本H场的空间波形相似程度，其值越大，则

8、两个样本H场的波形越相似。Dij(H)为第i个样本与第j个样本H场之间的平均距离，它表征了两个样本H场之间空间位置的接近程度，其值越小，则两个样本的H场越接近。Dmax是一个可以自定义的适当大小的值。这里定义Dmax是H场的各样本之间平均距离的最大值，这样定义可以保证式（2）