瞬变扰动天气图和低频扰动天气图制作方法及其在天气预报中的应用技术

本发明专利技术公开一种基于大气变量物理分解的瞬变扰动天气图和低频扰动天气图制作方法及其在天气预报中的应用。所述方法利用过去观测的、近期观测的和中期数值天气预报模式输出的大气空间三维多变量与时间连续的格点资料，物理分解出日循环和年循环的气候分量与天气尺度扰动分量，用天气尺度扰动分量制作瞬变扰动天气图和低频扰动天气图。本发明专利技术对近30年北半球气象资料进行气候季节变化场和逐日天气尺度瞬变扰动场的物理分解之后，用近期观测的和中期数值天气预报模式预报的天气尺度瞬变扰动分量绘制瞬变扰动天气图和低频扰动天气图；本发明专利技术的瞬变扰动天气图适用于制作1至3天短期天气预报和4至9天中期天气预报，低频扰动天气图适用于制作中期和10至30天延伸期天气过程预报，本发明专利技术提供了一种天气预报新工具，可提高天气预报的准确性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及气象学的
，尤其涉及一种对气象预报业务部门日常使用的传统天气图的改革，本专利技术的瞬变扰动天气图和低频扰动天气图适用于气象业务部门作为1至3天的短期降水落区预报和4至9天中期降水落区预报以及10至30天延伸期降水过程的预报的工具。
技术介绍
强降水，如暴雨是指1日（24小时）内达到和大于50mm的降水量。区域强降水和暴雨过程是洪涝和泥石流等重大灾害性事件发生的关键触发机制。能否提前几天做出区域强降水的落区预报，事关政府组织防灾、抗灾和灾后救援。10至30天的降水过程预报也是各级政府应对相关灾害事件预先防备的重要信息。降水预报会出现三种结果：报对、漏报和空报，其中漏报和空报统称为错报。一个时段的暴雨预报正确率用所谓的TS评分法，即报对次数与报对、漏报、空报三种结果总次数的比较。如果只有报对的次数，没有错报（漏报和空报）的次数，则TS评分为1.00分。如果没有报对的次数，则TS评分为0.00分。所以，降水的预报TS评分在0和1之间。近十年来，很多国家预报员的1日（24小时）和2日（48小时）的暴雨预报TS得分平均在0.10左右。这一得分表明，预报10次未来1至2天出现暴雨，报对的可能性只有1次。较多的错报次数会降低预报的信息价值和防范的心理意识。可见，目前的暴雨预报准确率与社会的要求相差甚远。3至9天的暴雨落区预报水平可能更低。10至30天的延伸期天气预报，在预报员的视野上被称为是一个“盲区”[3]，即缺少预报方法。暴雨预报TS评分成绩是在预报员利用了常规天气图、国内外数值天气预报产品等多源信息之后，再根据自己的经验综合做出的。按理，预报员的预报水平（TS得分）应该高于常规天气图暴雨预报方法和单一数值天气预报中暴雨预报方法的得分。暴雨产生的主要条件是低层风场的辐合，其次是水汽和大气热力稳定度。于是，暴雨预报能否成功的关键是，能否提前预报出产生暴雨的环流系统（如气流辐合系统）。提高预报准确率是要降低漏报和空报的次数。从天气系统上考虑，漏报可能源于实况出现了辐合系统，而没有提前预报出辐合系统。空报可能源于实况没有出现辐合系统，而预报出了辐合系统。更有一种可能，预报的辐合系统与实况系统之间存在强度和位置上的偏差，造成对应的暴雨落区预报不对，也可降低暴雨TS评分。目前欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的逐时天气图上的环流形势预报接近观测的时效能达到8天，可是降水和暴雨预报水平怎么还那么低呢？问题就出现在数值天气预报模式预报的未来8天大气变量中包含了与降水落区有关的信息和与降水落区无关的信息。目前国际上最先进的未来10至30天的天气预报方法是欧洲中心的10至30天的预报系统。预报产品包括时间平均的天气图形势场：500hPa位势高度场、海平面气压场和850hPa温度场，以及预报的累加降水量。这些量均以周平均的形式给出，即第1至第4周分别为第5至第11天、第12至第18天、第19至第25天和第26至第32天。一个月的预报相当于只有4个时段的平均要素场和积累降水量。显然，这样的每7天时间间隔的平均场和累积降水量不能指示暴雨或降水发生的天气过程，信息的时间分辨率和可应用性不够。使用同样的传统天气图，少数有经验的预报员对异常天气的预报有较高的技巧，但经验只可会意，难以言传。是什么面纱遮住了预报员的判断视线，又能否为预报员研发揭开面纱的天气图呢？名称为“基于大气变量物理分解的低温雨雪冰冻天气的中期预报系统和方法”的ZL201110061438.7号专利技术专利申请公开了一种基于大气变量物理分解的低温雨雪冰冻天气的中期预报系统和方法，该专利申请利用历史观测的、当前观测的和中期数值预报模式输出的大气三维多变量与时间连续的格点资料，把气象变量分解成为表征太阳辐射季节变化的气候分量、表征海陆、地形热力差异的海陆分量以及由天气尺度扰动引发的纬圈距平扰动分量和瞬时扰动分量，由此形成物理分解四分量的数据库。本专利技术试图借用其大气变量物理分解方法，形成一套比传统天气图对异常天气更有识别意义的新天气图。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是利用现有的大气变量物理分解法设计出对异常天气更具有识别意义的瞬变扰动天气图和低频扰动天气图，从而提供一种适用于短中期天气预报和时效偏长的延伸期天气预报的工具。本专利技术采用如下技术方案解决上述技术问题：一种瞬变扰动天气图的制作方法，包括如下步骤：步骤A1：对全球或北半球范围连续N年的包括风、位势高度、温度、湿度的气象变量资料序列进行四分量物理分解，使所述气象变量被分解成为表征太阳辐射季节变化的气候分量和表征海陆、地形热力差异的海陆气候分量以及行星尺度纬圈距平扰动分量和瞬时天气扰动分量，形成可供调用的四分量物理分解数据库；步骤A2：把当前时刻观测的全球或北半球或区域标准气压层站点或经纬度格点的气象变量的数值，减去所述四分量物理分解数据库中的气候分量后获得实况瞬变扰动天气图，该实况瞬变扰动天气图是当前时刻的在标准等气压面上或垂直剖面上气象变量的天气尺度扰动分量的分布图；步骤A3：调取中期数值天气预报模式预报的未来第1天至第10天每天包括北京时间02时、08时、14时、20时共四个时次的全球或北半球或区域标准气压层经纬度格点的气象变量的数值，减去所述气象变量四分量物理分解数据库中的气候分量后得到动力预报瞬变扰动天气图，该动力预报瞬变扰动天气图是在标准等气压面上或垂直剖面上的模式预报的天气尺度扰动分量的分布图。上述实况瞬变扰动天气图和动力预报瞬变扰动天气图均被显示在中国气象信息综合分析处理系统显示平台上。所述瞬变扰动天气图在短期暴雨天气预报中的应用方法如下：B1：在850毫巴等压面上实况风场的瞬变扰动天气图的气流辐合带与暴雨落区有对应关系；B2：在850毫巴等压面上风场的动力预报瞬变扰动天气图的气流辐合带的位置能够指示未来暴雨的落区；B3：在300毫巴等压面上风场和位势高度的实况瞬变扰动天气图的分布能够指示未来台风的强度变化及其移动路径；B4: 沿某一经线的南北垂直剖面上风场的实况瞬变扰动天气图的气流辐合带的位置能够指示江淮梅雨锋暴雨落区的位置。B5：在700毫巴等压面上瞬变扰动天气图上的湿位涡扰动的高值带对暴雨带有较好的指示能力。B6：在850毫巴等压面动力预报瞬变扰动天气图上的湿位涡扰动的高值区的移动与未来暴雨区的移动有较好的对应关系；B7：在850毫巴等压面动力预报瞬变扰动天气图上的单站的湿位涡扰动的时间演变曲线与该单站的降水量有对应关系，正的湿位涡扰动时段对应该单站有降水，负值的湿位涡扰动时段对应该单站无降水。本专利技术还设计一种低频扰动天气图的制作方法，包括如下步骤：步骤D1：对全球或北半球范围连续N年的包括风、位势高度、温度、湿度的气象变量资料序列进行四分量物理分解，使所述气象变量被分解成为表征太阳辐射季节变化的气候分量和表征海陆、地形热力差异的海陆气候分量以及行星尺度纬圈距平扰动分量和瞬时天气扰动分量，形成可供调用的四分量物理分解数据库；步骤D2、用近期60天观测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种瞬变扰动天气图的制作方法，包括如下步骤：步骤A1：对全球或北半球范围连续N年的包括风、位势高度、温度、湿度的气象变量资料序列进行四分量物理分解，使所述气象变量被分解成为表征太阳辐射季节变化的气候分量和表征海陆、地形热力差异的海陆气候分量以及行星尺度纬圈距平扰动分量和瞬时天气扰动分量，形成可供调用的四分量物理分解数据库；其特征在于还包括如下步骤：步骤A2：把当前时刻观测的全球或北半球或区域标准气压层站点或经纬度格点的气象变量的数值，减去所述四分量物理分解数据库中的气候分量后获得实况瞬变扰动天气图，该实况瞬变扰动天气图是当前时刻的在标准等气压面上或垂直剖面上气象变量的天气尺度扰动分量的分布图；步骤A3：调取中期数值天气预报模式预报的未来第1天至第10天每天包括北京时间02时、08时、14时、20时共四个时次的全球或北半球或区域标准气压层经纬度格点的气象变量的数值，减去所述气象变量四分量物理分解数据库中的气候分量后得到动力预报瞬变扰动天气图，该动力预报瞬变扰动天气图是在标准等气压面上或垂直剖面上的模式预报的天气尺度扰动分量的分布图。

【技术特征摘要】
1.一种瞬变扰动天气图的制作方法，包括如下步骤：
步骤A1：对全球或北半球范围连续N年的包括风、位势高度、温度、湿度的气象变量资料序列进行四分量物理分解，使所述气象变量被分解成为表征太阳辐射季节变化的气候分量和表征海陆、地形热力差异的海陆气候分量以及行星尺度纬圈距平扰动分量和瞬时天气扰动分量，形成可供调用的四分量物理分解数据库；
其特征在于还包括如下步骤：
步骤A2：把当前时刻观测的全球或北半球或区域标准气压层站点或经纬度格点的气象变量的数值，减去所述四分量物理分解数据库中的气候分量后获得实况瞬变扰动天气图，该实况瞬变扰动天气图是当前时刻的在标准等气压面上或垂直剖面上气象变量的天气尺度扰动分量的分布图；
步骤A3：调取中期数值天气预报模式预报的未来第1天至第10天每天包括北京时间02时、08时、14时、20时共四个时次的全球或北半球或区域标准气压层经纬度格点的气象变量的数值，减去所述气象变量四分量物理分解数据库中的气候分量后得到动力预报瞬变扰动天气图，该动力预报瞬变扰动天气图是在标准等气压面上或垂直剖面上的模式预报的天气尺度扰动分量的分布图。
2.根据权利要求1所述的瞬变扰动天气图的制作方法，其特征在于：所述实况瞬变扰动天气图和动力预报瞬变扰动天气图均被显示在中国气象信息综合分析处理系统显示平台上。
3.权利要求1所述瞬变扰动天气图在短期暴雨天气预报中的应用，其特征在于包括如下应用方法：
B1：在850毫巴等压面上实况风场的瞬变扰动天气图的气流辐合带与暴雨落区有对应关系；
B2：在850毫巴等压面上风场的动力预报瞬变扰动天气图的气流辐合带的位置能够指示未来暴雨的落区；
B3：在300毫巴等压面上风场和位势高度的实况瞬变扰动天气图的分布能够指示未来台风的强度变化及其移动路径；
B4: 沿某一经线的南北垂直剖面上风场的实况瞬变扰动天气图的气流辐合带的位置能够指示江淮梅雨锋暴雨落区的位置。
4.根据权利要求3所述的实况瞬变扰动天气图和动力预报瞬变扰动天气图在短期暴雨天气预报中的应用，其特征在于还包括：
B5：在700毫巴等压面上瞬变扰动天气图上的湿位涡扰动的高值带对暴雨带有较好的指示能力。
5.根据权利要求4所述的实况瞬变扰动天气图和动力预报瞬变扰动天气图在短期暴雨天气预报中的应用，其特征在于还包括：
B6：在850毫巴等压面动力预报瞬变扰动天气图上的湿位涡扰动的高值区的移动与未来暴雨区的移动有较好的对应关系；
B7：在850毫巴等压面动力预报瞬变扰动天气图上的单站的湿位涡扰动的时间演变曲线与该单站的降水量有对应关系，正的湿位涡扰动时段对应该单站有降水，负值的湿位涡扰动时段对应该单站无降水。
6.一种低频扰动天气图的制作方法，包括如下步骤：
步骤D1：对全球或北半球范围连续N年的包括风、位势高度、温度、湿度的气象变量资料序列进行四分量物理分解，使所述气象变量被分解成为表征太阳辐射季节变化的气候分量和表征海陆、地形热力差异的海陆气候分量以及行星尺度纬圈距平扰动分量和瞬时天气扰动分量，形成可供调用的四分量物理分解数据库；
其特征在于还包括如下步骤：
步骤D2、用近期60天观测的全球或北半球或区域标准气压层站点或经纬度格点的气象变量的数值，减去所述四分量物理分解数据库中的气候分量后得到近期60天的天气尺度扰动分量，对所述近期60天时间序列的天气尺度扰动分量做5天、7天或9天时间滑动平均，或者进行低通滤波或带通滤波，...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱维宏，
申请(专利权)人：钱维宏，
类型：发明
国别省市：