• 参数化方案的形成：物理过程的分析与 恰当的统计结果（观测事实基础）
③模式中的云与降水
• 大尺度凝结 R Rc (Rc∽100%）产生凝结降水, 释放 的潜热加热大气，使大气处于非饱和状态
• 对流参数化：对流发生的条件对流降水的计算及其 对大气运动的影响（加热作用）
• 对流参数化方案：
对流发生条件：条件不稳定大气，
3.现代天气预报的基础---数值预报
数值预报模式:
制作预报时所 用数值计算方 案的整体，是 实际大气的近 似数学模型。 表现为一组方 程式及其数值
求解方案。
模式
方程 支配大气运动的物理定律的数学表示 数值求解方案 实现对非线性偏微分方程的编程求解
（1）数值预报依据的物理定律和
4. 集合数值预报 —数值预报的最新发展
（1） 集合数值预报的概念
大气本质上是一个混沌系统
– 数值预报初始分析场不可避免的存在不确定性 （扰动），而且也将永远存在 =>即使数值预 报模式是完美的，初始场的不确定性可以使预 报存在很大的误差
➢ 核污染扩散数值预报系统 ➢ 集合数值预报系统（32个样本的初始扰动集合）
2002年9月26日20时24小时降雨预报 T213 9月26日08时850hPa风场24小时预报 9月26日15时红外卫星云图
• 数值预报为实现定时、定点、定量预 报开辟了有效途径
• 数值预报在对稀有事件（异常路径 台风、强暴雨）的预报方面具有潜在优 势
•大气探测技术
•数值预报技术
•计算机应用技术
卫星探测遥感资料在气象应用 中的重要地位，今后99%的新 的高空探测资料将是卫星资料 。
到2010年，星载观测设备将 是目前的3-4倍，届时，将需要 116人年进行资料同化处理相关 工作。
Nari
0116号台风突然增强
从加强为热带气旋到在广东登陆不足6小时
Assimilation——同化、消化、 吸收、融合
（5）我国的数值预报系统与应用
➢ 全球中期数值天气预报系统（T213L31，水平分辨率 60公里）
➢ 中国区域数值天气预报系统（HLAFS，水平分辨率 25公里）
➢ 区域数值天气预报系统（MM5，水平分辨率6公里） ➢ 台风数值预报系统 ➢ 大气污染数值预报系统 ➢ 沙尘暴数值预报系统
注：1996年TS评分是7-12月，1-6月评分因故缺评。
天气预报和气象服务深入到经济发展 和社会生活的任何一个角落，气象信 息对社会发展的作用比任何时期都显 著，当代社会气象信息的需求呈数百 倍的增长。
2. 天气预报的进步基础
天气预报作为一种实用技术，其发 展离不开大气科学理论与其他相关科学 技术的进步。纵观近年天气预报技术的 发展，是与三个领域的科学技术成就紧 密相联系的：
③给定求解条件：初值、边值。
（2）微分方程数值求解的基本方法及相关 概念
① 空间离散与时间积分一般的演变方程，在 空间和时间上都是连续的。
② 空间离散化方案 有限差分方案——格点模式 谱展开方案——谱模式
③时间积分方案
（3）物理过程在模式中的表述
① 影响天气变化的主要物理过程
• 辐射及其传输 • 大气中的湍流与扩散 • 边界层内的动量、
①抗灾防灾保障 ②社会重大活动 ③人民生活质量 ④专业气象应用
1、现代天气预报的基础：数值预报
• 水文站24小时降 雨量超过300毫 米，过程降雨量 为陕西省有记录 以来（近50年） 的最大值。
• 灾情严重：山洪 爆发，铁路运输 中断，汉江支流 洪峰流量达 5490m3/s, 接近 “千年一遇”， 洪水造成了132 人死亡，105人 失踪。
数学物理方程
* 牛顿第二定律 * 热力学第一定律 * 质量守恒定律（连续方程） * 状态方程 * 水汽（或水物质）守恒方程
• 在外力已知（或做一定假定）的情况下， 以上物理规律构成一个闭合的偏微分方程 组，原则上可以求解。为此，需要：
①用已知参数以及 程显式表示出来。
将其他物理过
②提出数值求解偏微分方程的方案。
热量、水汽输送 • 大气与下垫面间的
物质及能量交换 （ 陆面、海面、冰面等） • 水的相变——云与降水
特点： • 与模式所描述的尺度不同 • 精确计算无法实现 • 解决方案：参数化
② 参数化的概念
• 用模式变量（要素、尺度）来表述物理 过程对模式尺度的大气运动的影响（以 及模式对物理过程的控制）。
水汽辐合（低层流场） 降水计算： 水汽辐合=降水+气柱增湿 分配比例取决与环境条件
（4）资料同化
不规则观测点上

观测系统：不不完同整时刻


自由度问题与协调性问题
可能是非模式变量

与模式的动力、热力过程不完全协调
观测确定初值的问题成为： 使不同时刻、不同地点、不同 要素的观测资料融入随时间演 变的模式状态的过程——观测 资料的四维同化
二、现代天气预报技术
1.现代天气预报面临的任务 2.天气预报技术进步基础 3.现代天气预报的基础---数值预报 4.集合数值预报—数值预报的最新发展
1、现代天气预报所面临的任务
天气预报：预报员对当前天气状况、气候特点
和数值天气预报结果进行综合分析后，结合预报经 验对某一地区未来天气变化的预测。这是大气科学 服务于国民经济建设和人民生活服务的重要手段， 天气预报所面临的任务主要包括四个方面：
• 微型小台风 ，隐蔽性的 灾害特征。
• 台风造成 200多人死 亡和失踪， 人员损失是 近三十年少 有的。
1998-2001年中央气象台有无降水预报TS评分（%）
60
50
40
TS评分 30 20
24小时 48小时
10
0 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 年
计算机技术的发展对天气预报的促进
• 计算机技术的发展为开展数值天气预报 ，处理大量信息以及图象化的显示提供 了有效的手段，使天气预报发生根本转 变。
数值预报是现代天气预报的基础
数值天气预报（简称数值预报）是现代天气预 报技术的主攻发展方向和创新前沿，数值天气预 报质量的高低，直接影响着天气预报准确率的高 低，数值天气预报的基础作用越来越显著。