数值天气预报

shuzhi tianqi yubao
数值天气预报
numerical weather prediction

   根据大气实际情况，在一定初值和边值条件下，通过数值计算，求解描写天气演变过程的流体力学和热力学方程组，预报未来天气的方法。和一般用天气学方法、并结合经验制作出来的不同，这种预报是定量和客观的预报。预报所用或所根据的方程组和大气动力学中所用的方程组相同,即由连续方程)所构成的方程组。方程组中,含有7个预报量（速度沿T,气压p，空气密度ρ以及比湿q）和7个预报方程。方程组中的粘性力F,非绝热加热量Q 和水汽量S,一般都当作时间、空间和这 7个预报量的函数,这样,预报量的数目和方程的数目相同，因而方程组是闭合的。
　历史发展　早在20世纪初期，英国科学家L.F.理查孙首先进行了数值天气预报的尝试。1922年，他在《天气预报的数值方法》一书中，论述了数值预报的原理和可能性,并且应用完全的原始方程组,对欧洲地区的地面气压场进行了6小时的预报。但其结果很不理想:他预报该地区的气压在6小时中的变化为154毫巴(百帕)，而实际气压几乎没有变化。当时理查孙将这次失败归之于所取的初值不准确，他的失败曾使人们一度怀疑数值天气预报的实际可能性。直到第二次世界大战结束之后，由于电子计算机的出现，气象观测网、特别是高空观测的发展，气象资料有了很大的改善，数值天气预报又引起了人们的注意。特别是人们认识到理查孙的失败，主要在于他所用的方程组的解,不仅包含了长波等慢过程,还包含了高速传播的声波和重力波。这些高速波的实际振幅都很小，但在计算过程中常被扩大，以致掩盖了气象上有意义的扰动。1948年,在等人工作的基础上，提出了滤波理论，证明了采用静力平衡和地转平衡近似（见），可以消除重力波和声波。这样建立的简化方程组，避免了声波和重力波的影响。1950年,查尼、R.菲约托夫特和J.von诺伊曼用准地转正压模式，在电子计算机上首次成功地对北美地区500百帕高度的气压场,作了24小时的预报。
　当时分析天气图和读取数据等工作，都是人工进行的，这些工作所费的时间，比当时在电子计算机上的计算时间（试验）大10倍左右。为了提高工作效率并减少人为的误差，从1954年起，人们相继提出一些用电子计算机进行客观分析和自动处理资料的方法。不久，从收报到分析预报，都开始实现了自动化。20世纪50年代后期，人们发现，用准地转模式所作的预报有很大的局限性，预报的系统强度变化不大。以后，虽然用平衡模式，效果有所提高，但由于所用方程的阶数较高，若进一步考虑物理因素，可能给计算带来困难。1956年，A.埃利亚森提出用考虑重力波的原始方程模式制作预报的方案。1959年，K.欣克尔曼用原始方程模式作预报，获得了成功，其效果不低于准地转模式。但他和理查孙的作法不同,是在认识了快速重力波的性质,并采取新的措施（如缩短时间步长、滤去重力外波等）之后进行的。1960年，美国发射泰勒斯成功，为提供沙漠和海洋等地区的气象资料找到了新的途径。随着动力气象和计算技术的发展，原始方程模式预报的效果逐渐超过准地转模式预报，到70年代初期，已比较普遍地用它作业务预报了（见）。
　应用概况　20世纪 80年代，全世界已有 30多个国家和地区把数值天气预报作为制作日常预报的主要方法。就预报项目来说，已包含有气压、温度、湿度、风、云和降水量;就范围来说,已从对流层有限区发展到包括平流层的半球和全球范围;就时效来说,除1～2天短期预报外，有的国家已开展了一个星期左右的中期预报。（见彩图[欧洲中期天气预报中心用彩色图像显示发布的 500百帕等压面的五天预报图  红线表示气流，白色实线表][

[1] [2]  下一页

本站所有内容资源来自互联网收集,版权归原创作者或原单位公司所有。联系：kpzsnet#126.com (#改为@)