客觀綜合預(yù)報方法

1、第1頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三第2頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三第七章 綜合分析與預(yù)報7.4 客觀綜合預(yù)報方法多元決策加權(quán)法數(shù)學(xué)原理設(shè)預(yù)報對象 u=（u1，u2，,um）預(yù)報技術(shù)方法 v=（v1，v2，,vn）概率預(yù)報集 pi=（ pi 1， pi 2，, pim） （i=1,n）由n種方法對m個等級的概率預(yù)報矩陣：從歷史資料統(tǒng)計各種技術(shù)方法的預(yù)報準(zhǔn)確率為Wi0（i=1,n）有 W=（W1，W2，,Wn）第3頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三第七章 綜合分析與預(yù)報7.4 客觀綜合預(yù)報方法 經(jīng)規(guī)一化處理，使 應(yīng)用

2、模糊變換原理，由各單種技術(shù)方法預(yù)報作出一個綜合的概率預(yù)報矢量：B=（b1，b2，,bm）=WP其中 就是概率預(yù)報的加權(quán)平均，權(quán)重函數(shù)為W取其中極大者bk=maxbj (j=1,2,.,m)所對應(yīng)的等級k作為最終的決策，即綜合預(yù)報結(jié)果。第4頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三第七章 綜合分析與預(yù)報7.4 客觀綜合預(yù)報方法例解：安徽省臺暴雨集成預(yù)報方法預(yù)報對象：暴雨（一個等級），技術(shù)方法：4種第5頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三第七章 綜合分析與預(yù)報7.4 客觀綜合預(yù)報方法例解：安徽省臺暴雨集成預(yù)報方法數(shù)值產(chǎn)品釋用預(yù)報 ECMWF 0、24、48小時

3、預(yù)報資料，按“距離加權(quán)平均法”插值到每個格點上，計算每個格點8項指標(biāo)，每滿足一條指標(biāo)就累加1/8的幾率，得出每個格點的概率預(yù)報P1值，繪出第一張概率預(yù)報圖。第6頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三第七章 綜合分析與預(yù)報7.4 客觀綜合預(yù)報方法例解：安徽省臺暴雨集成預(yù)報方法物理量診斷分析預(yù)報 統(tǒng)計出7條指標(biāo)，每滿足一條指標(biāo)累加1/7幾率，得出每個格點的概率預(yù)報P2值，繪出第二張概率預(yù)報圖。第7頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三第七章 綜合分析與預(yù)報7.4 客觀綜合預(yù)報方法安徽97年7月2日08時-3日08時的暴雨預(yù)報概率圖與降水量實況分布a：數(shù)值預(yù)報

4、產(chǎn)品釋用預(yù)報b：物理量診斷分析預(yù)報第8頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三第七章 綜合分析與預(yù)報7.4 客觀綜合預(yù)報方法例解：安徽省臺暴雨集成預(yù)報方法衛(wèi)星云圖定量分析預(yù)報p3=(A0*B0)+(A0*B0-At*Bt)/300式中：A表示每個格點周圍50*50范圍內(nèi)的灰度平均值 B表示灰度值大于等于220的格點數(shù) A*B表示暴雨的預(yù)報因子 下標(biāo)0表示離預(yù)報最近的云圖時間，下標(biāo)t表示前t小時云圖預(yù)報員經(jīng)驗預(yù)報：綜上4種方法：有W=（75%，75%，65%，65%） P=（75P1+75P2+65P3+65P4）/280第9頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，

5、星期三第七章 綜合分析與預(yù)報7.4 客觀綜合預(yù)報方法安徽97年7月2日08時-3日08時的暴雨預(yù)報概率圖與降水量實況分布c：衛(wèi)星云圖定量分析預(yù)報d：預(yù)報員經(jīng)驗預(yù)報第10頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三7.4 客觀綜合預(yù)報方法集成預(yù)報（圖e） 根據(jù)近年來各種方法的預(yù)報準(zhǔn)確率情況，將各自預(yù)報的準(zhǔn)確率換算成權(quán)重系數(shù)： W=(75%,75%,65%,65%)每個格點的綜合預(yù)報方程即為： P=(75P1+75P2+65P3+65P4)/280第七章 綜合分析與預(yù)報第11頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三第七章 綜合分析與預(yù)報7.4 客觀綜合預(yù)報方法安徽9

6、7年7月2日08時-3日08時的暴雨預(yù)報概率圖與降水量實況分布e：集成預(yù)報f：實況降水量分布第12頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三第13頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三第七章 綜合分析與預(yù)報降水、暴雨、雨凇的預(yù)報根據(jù)影響系統(tǒng)的類型和具體影響部位的分析判斷；數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品對降水的預(yù)報及上一級指導(dǎo)預(yù)報意見，作出本地區(qū)降水量和降水形式的預(yù)計；本地區(qū)具體影響系統(tǒng)及影響部位垂直運(yùn)動；預(yù)報季節(jié)氣候;水汽;局地不穩(wěn)定;判斷暴雨的形成條件7.4 客觀綜合預(yù)報方法第14頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三第15頁，共87頁，2022年，5月

7、20日，18點45分，星期三第七章 綜合分析與預(yù)報降水、暴雨、雨凇的預(yù)報根據(jù)影響系統(tǒng)的類型和具體影響部位的分析判斷；數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品對降水的預(yù)報及上一級指導(dǎo)預(yù)報意見，作出本地區(qū)降水量和降水形式的預(yù)計；本地區(qū)具體影響系統(tǒng)及影響部位垂直運(yùn)動；預(yù)報季節(jié)氣候;水汽;局地不穩(wěn)定;判斷暴雨的形成條件7.4 客觀綜合預(yù)報方法第16頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三第17頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三第七章 綜合分析與預(yù)報降水、暴雨、雨凇的預(yù)報根據(jù)影響系統(tǒng)的類型和具體影響部位的分析判斷；數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品對降水的預(yù)報及上一級指導(dǎo)預(yù)報意見，作出本地區(qū)降水量和降水形式的預(yù)

8、計；本地區(qū)具體影響系統(tǒng)及影響部位垂直運(yùn)動；預(yù)報季節(jié)氣候;水汽;局地不穩(wěn)定;判斷暴雨的形成條件7.4 客觀綜合預(yù)報方法第18頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三福建省氣候概況春季是我省陰濕多雨的季節(jié)，就降水的性質(zhì)與強(qiáng)度區(qū)分，包括兩個氣候階段：34月稱春雨期，56月稱霉雨期。 34月份還是我省降雹高峰期。夏季79月，常見的天氣類型有三種：第一種是副熱帶高壓控制下的晴熱干旱天氣。第二種是臺風(fēng)襲擊下的狂風(fēng)暴雨天氣。第三種是輻合區(qū)制約下的局部或區(qū)域性雷雨天氣。秋季1011月，福建秋季既受熱帶天氣系統(tǒng)侵襲，又受到西風(fēng)帶系統(tǒng)影響，主要災(zāi)害是熱帶氣旋或熱帶氣旋和冷空氣共同作用下的天氣。9

9、月底10月初，冷空氣南侵的緯度擴(kuò)展，我省出現(xiàn)寒露風(fēng)。10月下旬，在強(qiáng)冷空氣下，閩江西北可能出現(xiàn)初霜。秋季由于南海常有副熱帶高壓單體存在，我省高空多為偏西北氣流所控制，天氣易于連晴，所以是一個相對的少雨季節(jié)。冬季12月次年2月，冬季冷空氣活動周期，在正常情況下，大約57天。每次冷空氣入侵時，氣溫連續(xù)下降23天，以后又連續(xù)回升34天，緊接著下一次冷空氣又來，“三寒四暖”循環(huán)不止。每年均有幾次強(qiáng)冷空氣侵入，造成較劇烈降溫，但達(dá)到寒潮標(biāo)準(zhǔn)的，平均每年不過2次。 第19頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三第七章 綜合分析與預(yù)報降水、暴雨、雨凇的預(yù)報根據(jù)影響系統(tǒng)的類型和具體影響部位的

10、分析判斷；數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品對降水的預(yù)報及上一級指導(dǎo)預(yù)報意見，作出本地區(qū)降水量和降水形式的預(yù)計；本地區(qū)具體影響系統(tǒng)及影響部位垂直運(yùn)動；預(yù)報季節(jié)氣候;水汽;局地不穩(wěn)定;判斷暴雨的形成條件7.4 客觀綜合預(yù)報方法第20頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三第21頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三第22頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三第七章 綜合分析與預(yù)報降水、暴雨、雨凇的預(yù)報根據(jù)影響系統(tǒng)的類型和具體影響部位的分析判斷；數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品對降水的預(yù)報及上一級指導(dǎo)預(yù)報意見，作出本地區(qū)降水量和降水形式的預(yù)計；本地區(qū)具體影響系統(tǒng)及影響部位垂直運(yùn)動；

11、預(yù)報季節(jié)氣候;水汽;局地不穩(wěn)定;判斷暴雨的形成條件7.4 客觀綜合預(yù)報方法第23頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三第七章 綜合分析與預(yù)報7.4客觀綜合預(yù)報方法局地氣象條件分析：氣團(tuán)指標(biāo)（K指數(shù)）K=（T850-T500）+Td850-（T-Td）700T-LnP圖對流性不穩(wěn)定或位勢不穩(wěn)定的判據(jù)：對流性不穩(wěn)定層結(jié)中性層結(jié)對流性穩(wěn)定層結(jié)單站高空風(fēng)：分析冷暖平流、垂直穩(wěn)定度等地形影響：迎風(fēng)坡，背風(fēng)坡峽谷風(fēng)，山谷風(fēng)，海陸風(fēng)等第24頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三第25頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三第26頁，共87頁，2022

12、年，5月20日，18點45分，星期三第七章 綜合分析與預(yù)報降水、暴雨、雨凇的預(yù)報根據(jù)影響系統(tǒng)的類型和具體影響部位的分析判斷；數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品對降水的預(yù)報及上一級指導(dǎo)預(yù)報意見，作出本地區(qū)降水量和降水形式的預(yù)計；本地區(qū)具體影響系統(tǒng)及影響部位垂直運(yùn)動；預(yù)報季節(jié)氣候;水汽;局地不穩(wěn)定;判斷暴雨的形成條件7.4 客觀綜合預(yù)報方法第27頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三第28頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三1. 衛(wèi)星云圖第29頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三2. 低空水汽通量輔合區(qū)很大；第30頁，共87頁，2022年，5月20日，18

13、點45分，星期三3.相應(yīng)的天氣尺度系統(tǒng)中高空冷平流和低層冷平流有利于不穩(wěn)定層結(jié)發(fā)展和維持；4.天氣系統(tǒng)中風(fēng)的垂直切變較弱；第31頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三第七章 綜合分析與預(yù)報降水、暴雨、雨凇的預(yù)報判斷冰雹的形成條件 1。雷達(dá)回波云頂高度可達(dá)13km以上； 2。0C層在4km左右，-20度層約在400hPa，其間厚度不大； 3。根據(jù)冰雹形成條件，由空氣穩(wěn)定性判斷，研究存在以下統(tǒng)計關(guān)系： ，冰雹直徑約3 cm; ，冰雹直徑約12cm; ，可能產(chǎn)生龍卷風(fēng)； 7.4 客觀綜合預(yù)報方法第32頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三第七章 綜合分析與預(yù)報

14、降水、暴雨、雨凇的預(yù)報判斷降雪和凍雨的形成條件 1。若云中溫度和云底以下溫度低于0度,將降雪; 2。若云體內(nèi)下半部溫度高于0度,而云底以下溫度低于0度,可能降凍雨; 7.4 客觀綜合預(yù)報方法第33頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三第七章 綜合分析與預(yù)報降水、暴雨、雨凇的預(yù)報雨淞預(yù)報 雨凇形成的基本條件是：降水云體中在850hPa及其以下有過冷卻雨層（溫度略低于0），700hPa及附近有暖的融化層（溫度略高于0），而在500hPa附近為冰晶層（溫度約為-10-14）。其中高空冰晶層在冬季?？沙霈F(xiàn)。 我國易形成雨凇的地形背景是西高東低，特別是北、西、南三面環(huán)山，而向東敞口的

15、盆地，這有利于冷空氣從東側(cè)低層進(jìn)入盆地，構(gòu)成冷空氣墊而暖空氣從西南部上空移過。 7.4 客觀綜合預(yù)報方法第34頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三第七章 綜合分析與預(yù)報云霧的預(yù)報 較常見的霧是輻射霧和平流霧兩種。輻射霧是由夜間輻射降溫引起近地面氣層水汽凝結(jié)而成的。平流霧則是因為暖濕空氣平流到較冷的下墊面上，空氣變冷水汽凝結(jié)成霧。預(yù)報霧需根據(jù)當(dāng)?shù)靥攸c，統(tǒng)計歸納自行的預(yù)報指標(biāo)，一般預(yù)報考慮的思路為：空氣中的水汽含量足夠多，一般要求相對濕度大于75%；降溫幅度足夠大，夜間無云或少云將會引起大的輻射降溫。或者下墊面空氣與移來的空氣氣團(tuán)之間的溫差足夠大；風(fēng)速足夠小，因風(fēng)速大會導(dǎo)致空

16、氣中能量的迅速傳播，氣團(tuán)之間的性質(zhì)趨近，不利于霧的形成。 7.4 客觀綜合預(yù)報方法第35頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三第七章 綜合分析與預(yù)報極端氣溫、霜凍、寒露風(fēng)及干旱風(fēng)的預(yù)報 極端氣溫 平流； 輻射； 變性； 霜凍 我國一般把地表最低溫度達(dá)到零度以下作為霜凍標(biāo)準(zhǔn)。其預(yù)報思路同最低氣溫的預(yù)報，通常以最低溫度的預(yù)報加上夜間不同天氣條件下地表最低溫度與最低氣溫的差值來預(yù)報； 7.4 客觀綜合預(yù)報方法第36頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三第七章 綜合分析與預(yù)報極端氣溫、霜凍、寒露風(fēng)及干旱風(fēng)的預(yù)報 寒露風(fēng)的預(yù)報； 各地對寒露風(fēng)成災(zāi)的標(biāo)準(zhǔn)劃分也因自然

17、背景不同而有差異。一般指日平均氣溫20.0（23.0）日數(shù)3天的天氣過程；或雖持續(xù)時間不到3天，但最低氣溫15.0，相對濕度30%，最大風(fēng)力5級的天氣。 對寒露風(fēng)的預(yù)報同秋季對冷空氣的預(yù)報。 干熱風(fēng)的預(yù)報 對干熱風(fēng)的預(yù)報的一般思路同最高溫度預(yù)報思路，但在最高溫度預(yù)報的基礎(chǔ)上需側(cè)重注意以下兩點： 7.4 客觀綜合預(yù)報方法第37頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三第七章 綜合分析與預(yù)報極端氣溫、霜凍、寒露風(fēng)及干旱風(fēng)的預(yù)報干熱風(fēng)的預(yù)報 天氣過程的形勢演變。一般是在冷空氣南下而北方無明顯降水過程之后，北方處在高空槽后高壓脊的控制下，并有明顯的暖平流；地面或850 hPa溫度場出現(xiàn)

18、北方暖、南方冷的局面，氣壓場轉(zhuǎn)為南高北低的形勢。 暖平流達(dá)到一定的強(qiáng)度； 在這種環(huán)流背景下，高空暖空氣下沉增溫，近地面晴空輻射增溫，兩者共同作用便形成干熱風(fēng)天氣并維持，直到有新的冷空氣入侵才告結(jié)束。 7.4 客觀綜合預(yù)報方法第38頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三第七章 綜合分析與預(yù)報風(fēng)的預(yù)報按地轉(zhuǎn)風(fēng)原理和梯度風(fēng)原理，估計近似值，這一項取決于影響系統(tǒng)的氣壓場；考慮下墊面摩擦作用。陸地上風(fēng)向偏向低壓一側(cè)30-45度，風(fēng)速約為地轉(zhuǎn)風(fēng)的一半。海面上風(fēng)向偏向低壓一側(cè)約15度，風(fēng)速約是地轉(zhuǎn)風(fēng)的2/3?？紤]變壓風(fēng)影響。變壓風(fēng)沿變壓場梯度方向吹，風(fēng)速與變壓梯度大小成正比。冷鋒后的最大

19、風(fēng)速常常出現(xiàn)在正變壓中心附近變壓梯度最大的區(qū)域。7.4 客觀綜合預(yù)報方法第39頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三第七章 綜合分析與預(yù)報風(fēng)的預(yù)報考慮熱力環(huán)流的影響，一是迎風(fēng)坡的強(qiáng)迫抬升、背風(fēng)坡強(qiáng)迫下沉作用；二是狹管效應(yīng)使風(fēng)向與山谷走向一致，風(fēng)速明顯增大。 或者對數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品和上級指導(dǎo)預(yù)報，加上考慮當(dāng)?shù)氐匦魏拖聣|面熱力差異影響，進(jìn)行判斷和訂正。對上述各影響因素的具體估計，尤其是對于當(dāng)?shù)卮箫L(fēng)天氣的預(yù)報，還需要各地自行統(tǒng)計歸納適宜的預(yù)報指標(biāo)。 7.4 客觀綜合預(yù)報方法第40頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三集合預(yù)報及其應(yīng)用簡介Ensemble Forec

20、asting(Prediction)；ensemble：n. 全體，劇團(tuán)，聯(lián)合演出人員，合奏曲，系綜；系綜：ensemble，在一定的宏觀條件下，大量性質(zhì)和結(jié)構(gòu)完全相同的、處于各種運(yùn)動狀態(tài)的、各自獨立的系統(tǒng)的集合。 集合預(yù)報：集成預(yù)報、系綜預(yù)報Ensemble Prediction System(EPS)：集合預(yù)報系統(tǒng)；第41頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三數(shù)值天氣預(yù)報（NWP）的成功是20世紀(jì)最重要的科學(xué)、技術(shù)和社會成就之一。隨著計算技術(shù)和數(shù)值預(yù)報理論、方法的發(fā)展，數(shù)值預(yù)報技術(shù)體系已經(jīng)日臻成熟，建立了系統(tǒng)的數(shù)值預(yù)報理論和業(yè)務(wù)應(yīng)用流程。過去25年來，數(shù)值天氣預(yù)報的技巧

21、有明顯提高，至少是每十年增加1天。數(shù)值天氣預(yù)報的發(fā)展第42頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三1955-2000年北美地區(qū)數(shù)值天氣預(yù)報預(yù)報技巧的演變。NCEP 500hPa 高度場S1評分。第43頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三高影響天氣預(yù)報的準(zhǔn)確率需要提高。高影響天氣是指對社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境產(chǎn)生重大影響的天氣現(xiàn)象與事件。高影響天氣事件的發(fā)生是小概率事件，但其后果可能是災(zāi)難性的。改進(jìn)高影響天氣的預(yù)報技巧是21世紀(jì)面臨的重大科學(xué)與社會挑戰(zhàn)之一。預(yù)報時效需要從7天擴(kuò)展到14天，達(dá)到中短期天氣預(yù)報的極限值。然后再進(jìn)一步與氣候預(yù)報相銜接，共同解決2周到幾周

22、的天氣預(yù)報，這是目前無縫隙預(yù)報的主要問題。目前天氣預(yù)報面臨的問題第44頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三數(shù)值天氣預(yù)報的不確定性初始條件不確定性。初始誤差隨時間增長，35天時誤差翻倍，小的誤差增長更快。模式不確定性。模式中表征物理過程或計算近似造成的不確定性，也稱模式誤差。求解的數(shù)值近似與次網(wǎng)格過程的參數(shù)化造成。固有不確定性。主要由有限模式分辨率產(chǎn)生，也稱剩余不確定性。不論譜模式或格點模式，由離散網(wǎng)格點代替連續(xù)時空的計算方法都會帶來一定誤差。嚴(yán)格求解不可能，集合預(yù)報技術(shù)成為一個變通辦法第45頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三集合預(yù)報概念的PDF描述

23、解決初值條件誤差和模式誤差的途徑是使用集合預(yù)報系統(tǒng)（EPS）來估計可能預(yù)報結(jié)果發(fā)生的概率。EPS不確定性可由概率密度函數(shù)（PDF）表征。它是由不同集合成員構(gòu)成的頻率分布。第46頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三初始不確定性= 初始狀態(tài)的可能分布單一確定性預(yù)報實況集合成員預(yù)報不確定性= 預(yù)報狀態(tài)的可能分布用PDF變化來描述的集合預(yù)報概念圖（引自ECMWF Newsletter）集合預(yù)報概念的PDF描述第47頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三集合預(yù)報數(shù)值模式A數(shù)值模式B數(shù)值模式A數(shù)值模式A數(shù)值模式C數(shù)值模式A初始條件1 初始條件3初始條件2初始條件4

24、初始條件5初始條件6集合預(yù)報示意圖第48頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三集合預(yù)報的分類按照不確定性的來源：初值集合（經(jīng)典集合預(yù)報方法）：對初始場進(jìn)行擾動，反映初值不確定性；物理集合：對模式內(nèi)部的物理過程如物理參數(shù)化方案、外強(qiáng)迫等進(jìn)行改動，反映模式不確定性；多模式集合：把不同模式用初值集合或物理集合制作的集合預(yù)報結(jié)果再進(jìn)行集合。“Poor-man”集合預(yù)報系統(tǒng)和超級集合預(yù)報系統(tǒng)也屬于此類。按照時間尺度可分為：短期、中期、月動力延伸和氣候預(yù)測。第49頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三集合預(yù)報系統(tǒng)集合預(yù)報系統(tǒng)流程圖初始擾動生成數(shù)值預(yù)報模式集合預(yù)報產(chǎn)品

25、預(yù)報檢驗評價考慮初始狀態(tài)不確定性考慮模式不確定性提供濃縮信息為用戶使用系統(tǒng)和改進(jìn)系統(tǒng)提供依據(jù)第50頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三集合預(yù)報系統(tǒng)與傳統(tǒng)預(yù)報系統(tǒng)觀測系統(tǒng)資料同化用戶產(chǎn)品預(yù)報模式觀測數(shù)據(jù)初始條件單一預(yù)報觀測系統(tǒng)資料同化用戶產(chǎn)品預(yù)報模式初始條件+誤差估計目標(biāo)觀測預(yù)報誤差用戶需求原始數(shù)據(jù)+誤差估計集合概率預(yù)報傳統(tǒng)預(yù)報系統(tǒng)流程圖 新的考慮目標(biāo)觀測的集合預(yù)報系統(tǒng)流程圖 第51頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三集合預(yù)報的意義平均值：集合預(yù)報平均值的技巧高于控制預(yù)報和其它集合預(yù)報成員的預(yù)報技巧。一周以后，均值的預(yù)報技巧甚至超過確定性的業(yè)務(wù)預(yù)報模式

26、的技巧。方差（集合預(yù)報離散度）：集合預(yù)報方差是控制預(yù)報或確定性的業(yè)務(wù)預(yù)報可靠程度的度量。這是集合預(yù)報最重要的應(yīng)用。天氣事件發(fā)生概率：集合預(yù)報可方便地確定某一天氣現(xiàn)象發(fā)生的概率。對極端事件的預(yù)報能力：增加了對極端事件的預(yù)報能力。第52頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三五天以后，集合預(yù)報平均值的技巧超過控制預(yù)報和確定性業(yè)務(wù)預(yù)報的技巧全球500hPa距平相關(guān)系數(shù)：ECMWF集合預(yù)報平均（綠）、業(yè)務(wù)模式TL 511（紅）、控制預(yù)報TL 255（藍(lán)）和UK全球模式（黃）。第53頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三集合預(yù)報的發(fā)展與現(xiàn)狀第54頁，共87頁，202

27、2年，5月20日，18點45分，星期三集合預(yù)報方法的提出與發(fā)展1960-1970年代，Epstein和Leith提出了集合預(yù)報思想和方法，采用Monte Carlo隨機(jī)擾動方法；1983年，Hoffman提出LAF（滯后平均）方法；NCEP和ECMWF分別于1992、1994年基于BGM和SV方法建立了各自的集合預(yù)報業(yè)務(wù)系統(tǒng)；CMC基于PO（擾動觀測方法）建立了其集合預(yù)報業(yè)務(wù)系統(tǒng)；從中期中高緯集合預(yù)報開始，逐步向包括熱帶地區(qū)的短期、月動力延伸和氣候預(yù)測發(fā)展。第55頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三集合預(yù)報應(yīng)用現(xiàn)狀中期集合預(yù)報方面最為成熟，短期預(yù)報和氣候預(yù)測方面也開始廣泛

28、應(yīng)用。NCEP已建立了短期集合預(yù)報系統(tǒng)（SREF）。以美國NCEP、歐洲ECMWF和加拿大MSC為代表，這三個中心使用各自開發(fā)的初始擾動方法和模式。中國采用ECMWF的SV方法構(gòu)建EPS。日本、南非等國使用NCEP的BV方法構(gòu)建EPS。第56頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三集合預(yù)報應(yīng)用現(xiàn)狀NCEP、ECMWF和MSC-EPS的集合平均預(yù)報效果檢驗結(jié)果第57頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三中國集合預(yù)報研究應(yīng)用現(xiàn)狀國家氣象中心于1996 年采用LAF方法建立了第一代中期集合預(yù)報系統(tǒng)，T63L16；1999 年采用SV方法（T21L16）建立了第二

29、代中期集合預(yù)報系統(tǒng)， T63L16；1999年年底采用SV方法（T21L19）建立了第二代中期集合預(yù)報系統(tǒng)， T106L19，投入準(zhǔn)業(yè)務(wù)運(yùn)行；解放軍理工大學(xué)也在開展中期集合預(yù)報研究；基于GRAPES模式的集合預(yù)報系統(tǒng)。第58頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三中國集合預(yù)報研究應(yīng)用現(xiàn)狀龔建東、李維京等開展了動力延伸集合預(yù)報初值形成的研究；張永山、楊輝、陳麗娟等對月動力延伸集合預(yù)報產(chǎn)品的信息提取及解釋應(yīng)用等進(jìn)行了研究；1993 年起，中科院大氣所曾慶存等在短期氣候預(yù)測上采用集合預(yù)測方法，用以減少預(yù)測結(jié)果對初始場誤差的敏感性；趙彥、郭裕福使用IAP L2A GCM1. 1 模式

30、對短期氣候數(shù)值預(yù)報中的集合個數(shù)問題進(jìn)行了研究；袁重光等對氣候預(yù)測中的集合方法進(jìn)行了探討；第59頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三中國集合預(yù)報研究應(yīng)用現(xiàn)狀王晨稀、端義宏利用MM5 模式通過選擇模式的積云參數(shù)化方案和邊界層參數(shù)化方案對不同的降水預(yù)報成員進(jìn)行了集合平均預(yù)報和概率預(yù)報；周霞瓊等首先用正壓模式進(jìn)行了熱帶氣旋(TC)路徑集合預(yù)報試驗；陳靜、薛紀(jì)善等用MM5 模式進(jìn)行了華南中尺度暴雨數(shù)值預(yù)報的集合預(yù)報試驗；第60頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三中國集合預(yù)報研究應(yīng)用現(xiàn)狀第61頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三初始擾動生成

31、原理與方法第62頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三幾種初始擾動產(chǎn)生的方法隨機(jī)方法時間滯后方法增長模培育法（NCEP方法，BGMBV）奇異向量方法（ECMWF方法，SV）擾動觀測方法（CMC方法，PO）主要問題：大氣動力系統(tǒng)相空間的維數(shù)很高，但初始擾動的個數(shù)是相當(dāng)有限的。另外，模式本身也有不確定性，需要對物理過程加擾動。第63頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三集合預(yù)報產(chǎn)品第64頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三主要的集合預(yù)報產(chǎn)品集合平均與均方差RMOP“面條”圖“郵票”圖分簇圖概率分布平面圖極端天氣分布圖單點要素時間序列圖M

32、eteogram臺風(fēng)路徑概率預(yù)報第65頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三集合平均和離散度描述概率密度函數(shù)特性的兩個重要參量；均值：集合預(yù)報平均值的技巧高于控制預(yù)報和其它集合預(yù)報成員的預(yù)報技巧。一周以后，均值的預(yù)報技巧甚至超過確定性的業(yè)務(wù)預(yù)報模式的技巧。方差（集合預(yù)報離散度）：集合預(yù)報方差是控制預(yù)報或確定性的業(yè)務(wù)預(yù)報可靠程度的度量。這是集合預(yù)報最重要的應(yīng)用。第66頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三“面條”圖5640米1995年11月15日12時第67頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三“面條”圖5640米第68頁，共87頁，2

33、022年，5月20日，18點45分，星期三“面條”圖a）5天預(yù)報（結(jié)束時間1995年11月15日）；b）3天預(yù)報（結(jié)束時間1995年10月21日）。等高線：5640米。第69頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三第70頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三第71頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三分簇圖把在某些方面具有相似特征的集合預(yù)報成員分成幾種具有不同天氣意義的簇, 為預(yù)報員提供形勢演變趨勢及其出現(xiàn)的相對頻率。一般簇內(nèi)成員越多，該簇的預(yù)報技巧越高。針對分簇的研究較多, 主要集中于分簇的標(biāo)準(zhǔn)與方法的研究，其方法有非系統(tǒng)聚類和系統(tǒng)聚

34、類兩類，包括Ward 聚類、距平相關(guān)逐步聚類、種子場聚類、重心聚類、管形聚類、位移和最大相關(guān)距離聚類等。第72頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三500 hPa 高度場軌跡分類圖（5-7天）。屬于第一類的成員數(shù)為15，第二類為9，第三類為9。第73頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三使用ACC 逐步聚類法得到的500 hPa 高度場集合預(yù)報分簇平均圖(預(yù)報時間: 1999 年11 月1 日00 時; 時效: 96 h, 即1999 年11 月5 日00 時)第74頁，共87頁，2022年，5月20日，18點45分，星期三集合預(yù)報最重要的應(yīng)用之一；可方便地確定某一天氣現(xiàn)象發(fā)生的概率；可以簡單理解為出現(xiàn)某天氣現(xiàn)象的成員數(shù)與集合成員總數(shù)之比；通常還需要使用歷史觀測和預(yù)報資料進(jìn)行偏差頂針。概率分布預(yù)報圖第75頁，共87頁，2022年，5月20日，