天文动力结构分析与灾害性天气过程预报的业务检验讲座(1).ppt

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1、天文动力结构分析与灾害性天气过程预报的业务检验讲座(1)Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望研研 发发 的的 阶阶 段段 性性 成成 果果动力结构分析工具（距平等级和变量等级曲线图）动力结构分析工具（距平等级和变量等级曲线图）动力结构分析工具（距平等级和变量等级曲线图）动力结构分析工具（距平等级和变量等级曲线图）一个一个老预报员老预报员的追求和的追求和困惑困惑12345天文资料的计算公式及分析指标的设计天文资料的计算公式及分析指标的设计天文资料的计算公式

2、及分析指标的设计天文资料的计算公式及分析指标的设计天文资料的计算公式及分析指标的设计天文资料的计算公式及分析指标的设计动力状态分析工具（气候距平和逐日变量曲线图）动力状态分析工具（气候距平和逐日变量曲线图）动力状态分析工具（气候距平和逐日变量曲线图）动力状态分析工具（气候距平和逐日变量曲线图）动力状态分析工具（气候距平和逐日变量曲线图）动力状态分析工具（气候距平和逐日变量曲线图）动力与静力不稳定结构拟合分析工具（业务检验及应用图表）动力与静力不稳定结构拟合分析工具（业务检验及应用图表）动力与静力不稳定结构拟合分析工具（业务检验及应用图表）动力与静力不稳定结构拟合分析工具（业务检验及应用图表）动

3、力预报分析工具（距平和变量欧氏距离曲线图）动力预报分析工具（距平和变量欧氏距离曲线图）动力预报分析工具（距平和变量欧氏距离曲线图）动力预报分析工具（距平和变量欧氏距离曲线图）开开 场场 白白v一个事实一个事实+一个方向一个方向+一种精神一种精神 基础基础基础基础：无资料、无理论依据、无现成方法：无资料、无理论依据、无现成方法：无资料、无理论依据、无现成方法：无资料、无理论依据、无现成方法 、有很多偏见、有很多偏见、有很多偏见、有很多偏见 过程过程过程过程：边研究、边检验、边交流、边修正、再研究、再检：边研究、边检验、边交流、边修正、再研究、再检：边研究、边检验、边交流、边修正、再研究、再检：边

4、研究、边检验、边交流、边修正、再研究、再检 验、再交流、再修正验、再交流、再修正验、再交流、再修正验、再交流、再修正 成果成果成果成果：方法：资料同化分析方法、天文动力结构分析方法方法：资料同化分析方法、天文动力结构分析方法方法：资料同化分析方法、天文动力结构分析方法方法：资料同化分析方法、天文动力结构分析方法 理论：天文动力量级问题、时空积累效益的作用机制理论：天文动力量级问题、时空积累效益的作用机制理论：天文动力量级问题、时空积累效益的作用机制理论：天文动力量级问题、时空积累效益的作用机制 技术：天文动力的状态分析工具、结构分析工具、预技术：天文动力的状态分析工具、结构分析工具、预技术：天

5、文动力的状态分析工具、结构分析工具、预技术：天文动力的状态分析工具、结构分析工具、预 报判断工具、报判断工具、报判断工具、报判断工具、“天地耦合天地耦合天地耦合天地耦合”分析工具分析工具分析工具分析工具 推广推广推广推广：业务试用及检验性分析和总结、通过网站建立业务：业务试用及检验性分析和总结、通过网站建立业务：业务试用及检验性分析和总结、通过网站建立业务：业务试用及检验性分析和总结、通过网站建立业务 检验平台检验平台检验平台检验平台 天文资料的计算公式及分析指标的设计天文资料的计算公式及分析指标的设计天文资料的计算公式及分析指标的设计天文资料的计算公式及分析指标的设计 1000年逐小时天文年

6、逐小时天文资料资料 精确计算公式精确计算公式 直接计算逐小时天直接计算逐小时天文动力指标文动力指标 合成逐合成逐日平均位置和平均强日平均位置和平均强度的天文动力指标度的天文动力指标 单站图表和全球图表单站图表和全球图表 八大行星和八大行星和11颗放颗放点天体加入构成立体点天体加入构成立体天文动力天文动力 常规动力常规动力+异常动力结构分析异常动力结构分析 完整天文引潮力的完整天文引潮力的结构分析。结构分析。100年年08时天文资料时天文资料 近似公式近似公式 迭代法迭代法计算逐小时资料计算逐小时资料 水水平力和垂直力平力和垂直力 分解分解出南北、东西力合成出出南北、东西力合成出总力总力 以强度

7、值、气以强度值、气候距平、逐日变量为分候距平、逐日变量为分析指标析指标 反演过程强反演过程强度值、冷空气值、动力度值、冷空气值、动力不稳定值不稳定值 推演出单推演出单站图表和和全球图表站图表和和全球图表 形成天文动力锋面系统形成天文动力锋面系统的分析方法。的分析方法。计算公式计算公式计算公式计算公式和和和和分析指标分析指标分析指标分析指标动力层结分离动力层结分离动力层结分离动力层结分离剔除错误剔除错误剔除错误剔除错误结构分析立体化结构分析立体化结构分析立体化结构分析立体化点变时空点变时空点变时空点变时空精度提高精度提高精度提高精度提高 天文动力指标设计完全出自气象学观点天文动力指标设计完全出自

8、气象学观点气候距平是气候距平是气侯分析指气侯分析指标、逐日变标、逐日变量是天气预量是天气预报指标、离报指标、离散度是气候散度是气候评价的指标。评价的指标。气象观点气候距平气候距平气候距平气候距平逐日变量逐日变量逐日变量逐日变量离散度离散度离散度离散度天文动力天文动力=气候资料气候资料天文数据与天气学天文数据与天气学平台数据融合，对平台数据融合，对天文动力的作用效天文动力的作用效果评价具有了明确果评价具有了明确的天气学意义。的天气学意义。数据格式场数据为场数据为场数据为场数据为micapsmicapsmicapsmicaps第第第第十四类格式十四类格式十四类格式十四类格式同台分析可比性强同台分析

9、可比性强直角坐标当要素不变时当要素不变时结构决定性质。结构决定性质。天文动力的配天文动力的配置决定动力作置决定动力作用的性质和由用的性质和由此引发的天气此引发的天气过程的类别。过程的类别。垂直力垂直力垂直力垂直力南北力南北力南北力南北力东西力东西力东西力东西力系统论观点系统论观点动力状态分析工具动力状态分析工具动力状态分析工具动力状态分析工具气候距平气候距平逐日变量逐日变量过程强度过程强度分析指标分析指标总力值总力值水平力值水平力值垂直力值垂直力值南北力值南北力值东西力值东西力值不稳定度值不稳定度值冷空气值冷空气值过程强度值过程强度值动力系统动力系统暖性锋面冷性锋面正压辐合系统斜压辐合系统正压

10、辐散系统斜压辐散系统不稳定辐合带暖半月时段冷半月时段状态分析状态分析逐月动力气候特征分析逐月动力气候特征分析动力状态分析的成功和不足动力状态分析的成功和不足动力状态动力状态分析工具分析工具状态分析是静态特征分析，预报能力有限状态分析是静态特征分析，预报能力有限动力系统与天气系统对应动力系统与天气系统对应总力强度表征不稳定度总力强度表征不稳定度水平力表征动力触发强度水平力表征动力触发强度不一定形成明显天气现象不一定形成明显天气现象与背景脱节出现时间错位与背景脱节出现时间错位层结和动力触发不分离层结和动力触发不分离动力结构分析工具动力结构分析工具不稳定层结主要的判据不稳定层结主要的判据垂直力与水平

11、力转换不保守垂直力与水平力转换不保守水平不稳定积累的动力水平不稳定积累的动力动力结构分析的基础动力结构分析的基础水平力和总力分析水平力和总力分析东西力分析东西力分析东西力分析东西力分析南北力分析南北力分析南北力分析南北力分析垂直力分析垂直力分析垂直力分析垂直力分析 垂直力距平等级和变量等级分析是垂直力距平等级和变量等级分析是垂直力距平等级和变量等级分析是垂直力距平等级和变量等级分析是天气爆发的最基本指标天气爆发的最基本指标天气爆发的最基本指标天气爆发的最基本指标 南风力等级升温静力不稳定增加南风力等级升温静力不稳定增加南风力等级升温静力不稳定增加南风力等级升温静力不稳定增加南风力等级升温静力不

12、稳定增加南风力等级升温静力不稳定增加反之动力不稳定增加有天气过程爆发反之动力不稳定增加有天气过程爆发反之动力不稳定增加有天气过程爆发反之动力不稳定增加有天气过程爆发反之动力不稳定增加有天气过程爆发反之动力不稳定增加有天气过程爆发 东西力极大值时刻往往与垂直力极东西力极大值时刻往往与垂直力极东西力极大值时刻往往与垂直力极东西力极大值时刻往往与垂直力极东西力极大值时刻往往与垂直力极东西力极大值时刻往往与垂直力极小值对应，可以帮助确定天气过程的性质小值对应，可以帮助确定天气过程的性质小值对应，可以帮助确定天气过程的性质小值对应，可以帮助确定天气过程的性质小值对应，可以帮助确定天气过程的性质小值对应，

13、可以帮助确定天气过程的性质 等级分析表征动力不稳定等级分析表征动力不稳定等级分析表征动力不稳定等级分析表征动力不稳定 层结的时空层结的时空层结的时空层结的时空积累强度，定量评估天气的强度。积累强度，定量评估天气的强度。积累强度，定量评估天气的强度。积累强度，定量评估天气的强度。结构分析工具的优点和不足结构分析工具的优点和不足AA等级量分析突显过程动力特征，排除异常等级量分析突显过程动力特征，排除异常气候对天气过程的影响，便于定量评估气候对天气过程的影响，便于定量评估BB贴近大气运动感应动力效益的本质，更能贴近大气运动感应动力效益的本质，更能准确把握爆发时间和灾害性天气时段准确把握爆发时间和灾害

14、性天气时段C C动力触发与不稳定层结特征分离，丰富了动力结构动力触发与不稳定层结特征分离，丰富了动力结构分析的内容，形成有效而又完备的动力分析机制分析的内容，形成有效而又完备的动力分析机制DD没有兼顾天文引潮力周期回归变化的特点，动力强迫作用机没有兼顾天文引潮力周期回归变化的特点，动力强迫作用机理没有得到很好的解释和体现理没有得到很好的解释和体现 等级分析以日为单位，年为等级分析以日为单位，年为周期，充分考虑地球公转周期下周期，充分考虑地球公转周期下地球自转和月球公转的变化规律地球自转和月球公转的变化规律和特征，把大气层作为一个整体和特征，把大气层作为一个整体来研究其运动变化特征和本质，来研究

15、其运动变化特征和本质，更能把握变化规律，但是缺乏对更能把握变化规律，但是缺乏对保守性和回归性的把握。保守性和回归性的把握。动力预报分析工具动力预报分析工具 依据天文引潮力依据天文引潮力周期变化规律和各周期变化规律和各分量相互转换的特分量相互转换的特征，设定欧氏距离征，设定欧氏距离极小值为动力不稳极小值为动力不稳定能量转换的关键定能量转换的关键日。其中以五维欧日。其中以五维欧氏距离值主要分析氏距离值主要分析指标。指标。依据天文引潮力依据天文引潮力变化速率与稳定性变化速率与稳定性的关系，变量极大的关系，变量极大值时刻，最容易引值时刻，最容易引发能量的转换。设发能量的转换。设定欧氏距离极大值定欧氏距

16、离极大值为关键日，以五维为关键日，以五维欧氏距离值为主要欧氏距离值为主要分析指标。分析指标。距平等级和变距平等级和变量等级欧氏距离值量等级欧氏距离值之差，构成动力转之差，构成动力转换的预报指标，以换的预报指标，以极小值为动力强迫极小值为动力强迫压缩作用和极大值压缩作用和极大值为动力强迫扩张作为动力强迫扩张作用为分析机理，建用为分析机理，建立分析图表并作动立分析图表并作动力诊断预报。力诊断预报。距平等级距平等级距平等级距平等级的欧氏距离的欧氏距离的欧氏距离的欧氏距离分析图表分析图表分析图表分析图表变量等级变量等级变量等级变量等级的欧氏距离的欧氏距离的欧氏距离的欧氏距离分析图表分析图表分析图表分析

17、图表动力转换动力转换动力转换动力转换的预报指标的预报指标的预报指标的预报指标分析图表分析图表分析图表分析图表动力分析和预报方法研究的演变动力分析和预报方法研究的演变状态分析状态分析（外相）结构分析结构分析（内部探究）欧氏距离特征欧氏距离特征预报分析预报分析（周期性和回归性的应用）不稳定层结分析不稳定层结分析+动力触发分析动力触发分析（总力变量等级表征不稳定层结特征，欧氏距离表征动力强迫触发）从状态分析工具到动力预报工从状态分析工具到动力预报工具，气候距平和逐日变量始终是具，气候距平和逐日变量始终是分析和研究的核心物理量，随着分析和研究的核心物理量，随着研究的深入工具和方法更接近天研究的深入工具

18、和方法更接近天文动力和天气变化的内在机制。文动力和天气变化的内在机制。天文动力预报方法的技术构成天文动力预报方法的技术构成天文动力天文动力预报方法预报方法资料同化整理技术资料同化整理技术资料同化整理技术资料同化整理技术气候距平（等级）气候距平（等级）气候距平（等级）气候距平（等级）动力作用量级分析动力作用量级分析动力作用量级分析动力作用量级分析时空积累效应及感应动力作用时空积累效应及感应动力作用时空积累效应及感应动力作用时空积累效应及感应动力作用逐日变量（等级）逐日变量（等级）欧式距离概念的引入欧式距离概念的引入欧式距离概念的引入欧式距离概念的引入天文动力结构分析方法的预报问题天文动力结构分析

19、方法的预报问题天文动力结构分析方法的预报问题天文动力结构分析方法的预报问题1 灾害性天气过程是灾害性天气过程是大气静力能量发生剧烈大气静力能量发生剧烈转换的过程。天文动力转换的过程。天文动力只是改变大气能量状态只是改变大气能量状态的一种作用力。天文动的一种作用力。天文动力的结构配置可以给天力的结构配置可以给天气过程的发生发展提供气过程的发生发展提供动力背景和触发条件。动力背景和触发条件。天文动力天文动力能不能决定所能不能决定所有天气过程的发生时间、有天气过程的发生时间、强度和地点？强度和地点？天文引天文引潮力潮力是不是大气不稳定是不是大气不稳定能量积累的策源动力？能量积累的策源动力？（可预报性

20、问题）3 天文引潮力的周期天文引潮力的周期性变化使其对灾害性天性变化使其对灾害性天气的预报能力就是天文气的预报能力就是天文动力偏差部分的时空积动力偏差部分的时空积累。大气对流层静力能累。大气对流层静力能量的保守性在量的保守性在多大程度多大程度上平抑了天文动力的作上平抑了天文动力的作用效果？用效果？天文引潮力在天文引潮力在哪个时间尺度上预报预哪个时间尺度上预报预测能力最强？测能力最强？在不同时在不同时间段的预报中间段的预报中应该建立应该建立怎么样的天文动力分析怎么样的天文动力分析工具？工具？（预报时效和能力问题）2 在灾害性天气过程在灾害性天气过程的定性预报中，一个特的定性预报中，一个特定地区某

21、一类灾害性天定地区某一类灾害性天气气是否具有动力条件和是否具有动力条件和静力不稳定能量的拟合静力不稳定能量的拟合值域或临界指标？值域或临界指标？天文天文动力不稳定层结与静力动力不稳定层结与静力不稳定能量之间不稳定能量之间具有什具有什么样的关系（定性的和么样的关系（定性的和定量的）定量的）?天文动力调天文动力调制和触发静力不稳定能制和触发静力不稳定能量的内在机制量的内在机制是怎么样是怎么样的？的？（预报机制和指标问题）天文动力结构分析与静力不稳定能量拟合分析方法天文动力结构分析与静力不稳定能量拟合分析方法静力欧氏静力欧氏距离曲线距离曲线图表图表动力变量动力变量等级曲线等级曲线图表图表尤其灾害性天

22、气背景确定动力背景确定动力背景尤其强天气过程关键日尤其强天气过程关键日确定动力关键日确定动力关键日静力稳定层结定性判定静力稳定层结定性判定静力不稳定能量静力不稳定能量确定短时强天气过程确定短时强天气过程发布预警信号发布预警信号动力层结分析动力层结分析动力预报分析动力预报分析静力层结分析静力层结分析静力预报分析静力预报分析静力不稳静力不稳定度曲线定度曲线图表图表动力欧氏动力欧氏距离曲线距离曲线图表图表动力与静力动力与静力动力与静力动力与静力“耦合耦合耦合耦合”分析要领及拓展分析要领及拓展分析要领及拓展分析要领及拓展气候特征是天气过程气候特征是天气过程 积累的结果。积累的结果。动力动力层层 结分析

23、、动力欧结分析、动力欧氏距氏距 离分析、静力能离分析、静力能量分量分 析和静力欧氏析和静力欧氏距离分距离分 析析的逐月平的逐月平均特征可均特征可 以很好地表征以很好地表征短期气短期气 候的相应特征。候的相应特征。通过通过 历史案例的对比历史案例的对比分析分析 建立建立短期气候预测短期气候预测方方法法。检验工作准备中。检验工作准备中。静力层结分析配合动静力层结分析配合动 力层结分析，确定力层结分析，确定特特 定静力层结下灾定静力层结下灾害性害性 天气的静力天气的静力能能量背景量背景 ，判定，判定天气天气类型类型。根。根 据静力欧氏距据静力欧氏距离的离的扰扰 动强度和特征，动强度和特征，结合结合

24、动力背景，制作短期动力背景，制作短期灾害性灾害性天气过程预报天气过程预报。天文动力背景分析天文动力背景分析 确定动力不稳定确定动力不稳定和和 静力不稳定时静力不稳定时空积空积 累的累的时段时段，并，并且确且确 定灾害性天定灾害性天气爆发气爆发 的的时间段时间段。再。再根据根据 天文动力欧氏天文动力欧氏距离距离 特征值确定灾害特征值确定灾害性性天气的天气的具体时间具体时间。动力结构分析动力结构分析动力结构分析动力结构分析静力能量分析静力能量分析向气候预测的拓展向气候预测的拓展天文动力结构分析工具研发的道路天文动力结构分析工具研发的道路 逐小时天文动力及静力能量特征分析逐小时天文动力及静力能量特征分析静力层结和欧式距离特征分析静力层结和欧式距离特征分析动力结构和静力能量耦合分析动力结构和静力能量耦合分析层结及欧氏距离月度特征分析层结及欧氏距离月度特征分析常规常规+异常天文动力分析异常天文动力分析预警预警预警预警重要天气预报重要天气预报重要天气预报重要天气预报月度内灾害天气预报月度内灾害天气预报月度内灾害天气预报月度内灾害天气预报短期气候趋势预测短期气候趋势预测短期气候趋势预测短期气候趋势预测年度和季度异常气候预测年度和季度异常气候预测年度和季度异常气候预测年度和季度异常气候预测CompanyLOGO