天气预报那些事儿——《科普在身边》01期
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科普在身边
温州市科协
联合温州交通广播
推出特别节目《科普在身边》。普及科学知识,弘扬科学精神,传播科学思想,倡导科学方法。本期《科普在身边》节目请到了温州市气象台天气预报工程师曹翔做客直播间,跟大家聊聊和生活息息相关的天气。
本期主持:叶爽
本期嘉宾:温州市气象台天气预报工程师 曹翔
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什么是天气预报
天气是指某一个地方距离地表较近的大气层在短时间内的具体状态。而天气现象则是指发生在大气中的各种自然现象,即某瞬时内大气中各种气象要素(如气温、气压、湿度、风、云、雾、雨、霰、雪、霜、雷、雹、霾等)空间分布的综合表现。而天气预报,简单来说就是对某地未来天气变化的预测。
现代天气预报就是收集大量的气象数据(气温、湿度、风向风速、气压等),应用大气变化的规律,根据当前及近期的天气形势,对某一地未来一定时期内的天气状况进行预测。它是根据对卫星云图、雷达图和天气图的分析,结合有关气象资料、地形和季节特点、集体经验等综合研究后作出的。由于大气过程的混乱以及今天科学仍然没有彻底了解大气过程,因此天气预报总是有一定误差。
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天气预报的内容
天气预报的内容就是对气象要素定性或定量的描述,从更新频次来看的话有短时临近天气预报、短期天气预报、中期天气预报和延伸期天气过程预测。以温州市气象台每日常规天气预报为例,首先是逐三小时的未来三小时短时临近天气预报,预报稿如下:
然后是逐六小时的未来三天短期天气预报,预报稿如下:
此外,还有未来4~9天的中期天气预报,推断未来第4天后至第9天,当地是否会再次受到1次或者2次类似的天气过程影响。近年来,人们还想知道10天后的逐日天气预报,但实际上做不到逐日,只能大致预报出天气过程。根据大气变量的过去信息、当前信息和数值模式预报产品中的信息推断10天到30天的天气过程(降水或者冷空气过程),这是延伸期天气预报。
除了以上常规天气预报外,还有专业气象预报,如温州沿海五天风力预报、温台渔场预报、环境空气质量预报、旅游景点预报等等,这些预报通过温州气象网(www.wz121.com)、96121声讯、温州气象局微信和微博等途径对外发布。
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古代天气预报
记录天气现象的甲骨文
在古代,天文和气象是不分家的。三千年前,我国甲骨文中就有了天气的记录,包括风、云、虹、雨、雪、霜等,观测天文气象,制定历法,最明确的用途是为了安排农事生产、祭祀和其他活动。远在春秋时节,古人就定出了仲春、仲夏、仲秋和仲冬四个节气。到秦、汉至南朝,太常所属有太史令掌天时星历,隋唐改称司天台,明初置司天监,旋改称钦天监,有监正、监副等官。清沿明制,并有西方传教士参与。官方之外,民间劳动人民看云、看风、看天象、看物象来预测天气,总结归纳出各式气象谚语,自成一套民间预报技艺。
在西方,公元前650年左右巴比伦人就使用云的样子来预测天气。大约在公元前340年,古希腊哲学家亚里士多德写下了世界上最早的气象学专著《气象通论》(Meteorologica)。书中阐述了飓风、焚风和风的成因和分布,记录大气现象的形成以及气候变化等,使之成为一门有系统的科学-古代气象学。亚里士多德的权威主宰了西方气象学理论长达两千年之久,在17世纪末以前西方有关气象学的著作和论著都没能脱离亚里士多德《气象通论》的影响
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近代天气预报
天气预报离不开气象要素的观测,近代天气预报以气象仪器的发明和应用为始。15世纪发明了压板风速仪,首次对大气运动的速度进行定量观测。17~18世纪,各式定量观测天气现象的仪器相继被发明,虎克的湿度计,托里拆利的气压计,伽利略的温度计等。18世纪中叶,人们开始进行高空探测的尝试,富兰克林的风筝实验最为著名。1783年,法国J.A.C查理第一次使用氢气球携带温度、气压等自记气象仪器测量各个高度的温度和气压要素,为以后研究大气的三维结构开辟了道路。1820年德国的H.W.布兰德斯利用《巴拉丁气象学会杂志》刊载的气象观测资料,将1783年各地同一时刻的气压和风的记录填在地图上,绘成了世界上第一张天气图。1851年,英国的J.格莱舍利用电报传送资料,绘制了可供实际应用的瞬时天气图
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500hPa天气要素分析图
驱动实际天气预报业务的建立起因于自一次战争事件:1853~1856年,英、法同俄国发生了瓜分土耳其的克里米亚战争。1854年11月14日黑海出现风暴,法舰亨利四号沉没,英法联军大败。事后,法国政府命巴黎天文台台长U.勒威耶收集了该年11月12~16日的气象资料,查明此风暴於11月12~13日还在西班牙和法国西部,至14日,就东移到了黑海地区。如能及时发现风暴并预告风暴的移动,损失是可能避免的。因此,U.勒威耶提出的组织气象台站网、开展天气图分析和天气预报的建议被法国政府采纳,1856年组织了气象观测网
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北京古观象台
1912年,民国政府在北京设立了我国自办的第一个气象台——中央观象台,观象台下设气象科。到1915年已能开展24小时观测,观测内容包括气压、气温、风、雨量、云量、云状、地温等项目。为了发展国内的气象事业,1920年中央观象台曾拟定一个《扩充全国测候所意见书》,1921年北洋政府内阁会通过了10个测候所的预算,但因经济枯竭,至1926年各地测候所都结束了工作
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1927年,南京创立大学院,设立观象台筹委会,从1928年元旦零时起,开始南京地区每小时1次昼夜地面气象观测,并进行记录。1928年2月,在观象台筹委会的基础上成立了中央研究院气象研究所筹备处,后来竺可桢为第一任研究所所长,所址设在南京北极阁
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现代天气预报
100多年前挪威Bjerknes首次对数值天气预报理论作了非常明确的表述,认为大气的未来状态原侧上完全由大气的初始状态、已知的边界条件和大气运动方程、质量守恒方程、状态方程、热力学方程所共同决定。经过百年的发展历程,数值天气预报技术有了飞跃的发展。特别是最近10多年来,大气科学以及地球科学的研究进展,高速度、大容量的巨型计算机及网络系统的快速发展,更加加快了数值天气预报的发展步伐
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我国于1955年开始摸索作数值天气预报,1959年开始在计算机上进行数值天气预报,1969年国家气象局正式发布短期数值天气预报,以后逐步改进数值预报模式并实现了资料输入、填图、分析和预报输出的自动化。先后发展了HLAFS(短期数值天气预报系统)、T213L31(第四代全球中期数值天气预报系统)及其改进版T639L60、新一代全球中期格点模式GRAPES_GFS、GRAPES_MESO中尺度模式、GRAPES_RUC快速同化循环系统
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中国气象局现有业务数值预报系统流程图
目前供预报员常用的数值预报系统有国外:ECMWF(欧洲中期天气预报中心)、NCEP/GFS(美国环境预报中心全球预报系统)、JMA/GSM(日本气象厅全球中短期天气预报模式),国内:T639/GSI(全球中期数值天气预报系统)、GRAPES/GFS(全球中期预报系统),区域中心数值模式:上海WARMS,ZJWARMS等。
数值天气预报主要优点:能够得到客观的、定时定点的气象数据;能够得到观测无法直接获取(或难以获取)的各类大气运动变量(如涡度、散度、垂直运动速度等);填补了预报员对中期时段内天气预报的空白。但由于数值模式差分方程的误差、时间积分的误差、初始条件和边界条件的误差等导致数值模式结果与真实大气仍有偏差。
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未来天气预报展望
随着社会经济的进步和发展,现代社会经济活动承受气象灾害的能力显得越来越脆弱, 需要更细致、更准确、更及时的定点、定量、定时气象预报保障服务。短时强对流(突发性)天气预报和中期延伸期极端天气事件的预报也是目前天气预报的短板和服务需求。这种需求驱动着未来数值天气预报的快速发展。另外数值天气预报的未来发展与遥感技术和高性能计算机技术的发展关系非常密切, 前者制约着气象观测资料的获取, 后者制约着巨量资料的处理和科学计算
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数值预报技术是天气预报的核心技术,国际上天气预报技术领先的国家无不以先进的数值预报技术代言。中国正在实施的气象现代化建设的纲要中明确提出,加快新一代全球多尺度通用数值分析同化与预报一体化系统(GRAPES)核心技术的发展与应用,到2020年,建成以水平分辨率10km的GRAPES全球同化预报系统(GRAPES_GFS)为核心的新一代GRAPES系列(包括全球模式、区域模式、区域快速更新同化与预报系统、集合预报系统、台风和环境气象等专业模式)数值预报业务系统,并形成与GRAPES_GFS框架一体化的中国各区域中心高分辨中尺度数值预报系统
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科普在身边,述说您身边的科普,本栏目由温州市科协特约播出!
来源:温州市科协
编辑:游历
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