中国科技馆讲座_天气预报是怎样制作出来的

1、北京市气象台北京市气象台孙冬燕孙冬燕 天气预报是怎样制作出来的？是怎样制作出来的？北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆天气预报的制作和服务天气预报的制作和服务天气预报天气预报预报服务预报服务大气观测大气观测气象通信气象通信北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆第一篇第一篇 大气观测大气观测目前我国已初步建成目前我国已初步建成天天基、基、地地基、基、空空基基相结合相结合的气象立体观测的气象立体观测系统。从地面到高空，从陆地到海洋，全方位、多层次地观测系统。从地面到高空，从陆地到海洋，全方位、多层次地观测大气变化。大气变化。气象部门现有国家气候观象台气象部门现有国家气候观象台260个

2、个国家国家气象观测站气象观测站2600多个多个自动气象站自动气象站33111个个新一代天气雷达新一代天气雷达164部部观测数据的收集观测数据的收集北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆卫星卫星地面观测地面观测雷达雷达1、地面气象观测地面气象观测气象观测场：气象观测场： 安置室外仪器设备和进行观安置室外仪器设备和进行观测的场所。测的场所。 地面气象要素的观测，都是地面气象要素的观测，都是在观测场中进行，观测场有用来在观测场中进行，观测场有用来观测气温、空气湿度变化的观测气温、空气湿度变化的百叶百叶箱箱、雨量器、日照仪雨量器、日照仪以及以及风向、风向、风速、观测仪风速、观测仪等观测设备，它们

3、等观测设备，它们将监测到的气象数据传到室内的将监测到的气象数据传到室内的显示器上。显示器上。北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆南郊观象台地面观测场南郊观象台地面观测场特点：特点：全球各地的气象观测台站每天按照世界气象全球各地的气象观测台站每天按照世界气象组织统一的规定，统一时间、统一观测与记录，无组织统一的规定，统一时间、统一观测与记录，无论有任何情况都必须按规定日夜进行观测。论有任何情况都必须按规定日夜进行观测。观测时间：观测时间：世界时世界时00、06、12、18时（时（北京时间北京时间08、14、20、02时时）观测项目观测项目:气压、气温、湿度、现在和过去一小时的气压、气温、

4、湿度、现在和过去一小时的天气、云况（云量、云状、云高、云向）、风向、天气、云况（云量、云状、云高、云向）、风向、风速、水平能见度、降水量、地面状况和特殊大气风速、水平能见度、降水量、地面状况和特殊大气现象等。现象等。观测结果观测结果：经过记录和计算，编成电码，在规定时：经过记录和计算，编成电码，在规定时次的正点后十分钟内发出情报。次的正点后十分钟内发出情报。地面气象观测地面气象观测设置要求：设置要求：设置在对当地的天气和气候具有一定代表性的地点，设置在对当地的天气和气候具有一定代表性的地点，如：如：四周空旷，场地平坦四周空旷，场地平坦，远避坡谷、水泽和林木等，远避坡谷、水泽和林木等地形地物的影

5、响。地形地物的影响。标准面积：标准面积：2525米米均匀草层：不超过均匀草层：不超过20厘米高厘米高白漆围栏：防止辐射影响白漆围栏：防止辐射影响北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆中国气象局综合观测司中国气象局综合观测司6国家级地面气象观测站观测内容国家级地面气象观测站观测内容观测要素观测要素观测方式观测方式观测频次（次观测频次（次/ /每天）每天）气温、气压、湿度、风向、风速、降水量、地温自动观测自动观测每分钟获取数据,每小时传输,加密观测时可根据要求,每5、10、15、30分钟观测云、能见度、天气现象人工观测人工观测国家基准气候站（国家基准气候站（143143个）和国家基本气象站（

6、个）和国家基本气象站（684684个）：个）：8（02、05、08、11、14、17、20、23时)国家一般气象站（国家一般气象站（15921592个）：个）：3（08、14、20时）电线积冰、雪深、冻土1（08时）日照1（日落后）基准气候站：基准气候站： 143143个个基本气象站：基本气象站： 684684个个一般气象站：一般气象站： 15921592个个24192419个国家级地面观测站全部实现基本气象要素的观测自个国家级地面观测站全部实现基本气象要素的观测自动化，观测频次达到动化，观测频次达到分钟级分钟级, , 稳定运行率超过稳定运行率超过99%99%国家级地面气象观测站布局图国家级地

7、面气象观测站布局图自动气象观测站布局图自动气象观测站布局图建成建成3442734427个自动气象站，覆盖全国个自动气象站，覆盖全国85%85%的乡镇，的乡镇，资料可用性达到资料可用性达到92%92%红红点点:国国家家级级自自动动气气象象站站蓝蓝点点:区区域域自自动动气气象象站站北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆主要高空气象探测系统主要高空气象探测系统气气 球球 探探 测测飞飞 机机 探探 测测无线电探空和测风无线电探空和测风火火 箭箭 探探 测测卫卫 星星 探探 测测北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆2、高空气象探测高空气象探测高空气象探测高空气象探测高空气象观测项目：高空

8、气象观测项目：测定测定大气各高度上的大气各高度上的温度、湿度、气压、温度、湿度、气压、风向、风速风向、风速. .高空气象观测：高空气象观测：是测是测量近地面层以上大气量近地面层以上大气的物理、化学特性的的物理、化学特性的方法和技术，又称高方法和技术，又称高空观测或高空探测。空观测或高空探测。北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆 设置要求：设置要求： 高空观测场地应选在能保证获得具有代表性、比较性、准确性的高空观测场地应选在能保证获得具有代表性、比较性、准确性的高空气象探测资料的地方。高空气象探测资料的地方。 在半径在半径20m20m范围内的场地必须平坦，不种植任何农作物；在半径范围内的

9、场地必须平坦，不种植任何农作物；在半径50m50m范围内，不应有架空电线、高大建筑物等障碍。范围内，不应有架空电线、高大建筑物等障碍。 场地四周开阔，特剧是当地盛行风的下风方向，必须空旷无阻，场地四周开阔，特剧是当地盛行风的下风方向，必须空旷无阻，其仰角不大于其仰角不大于3 3，且，且500m500m范围内无高大建筑物；其它方向仰角不超范围内无高大建筑物；其它方向仰角不超过过5 5。 工作场地与值班室有通信联络设备。工作场地与值班室有通信联络设备。 供水、供电、通信、道路方便。供水、供电、通信、道路方便。 力求避开或减轻基本建设工程和有源于扰对雷达效能的影响。力求避开或减轻基本建设工程和有源于

10、扰对雷达效能的影响。 高空观测场：高空观测场：保证无线电探空和高空测风业务顺利进行的室外工作场地。保证无线电探空和高空测风业务顺利进行的室外工作场地。北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆目前在轨的目前在轨的气象卫星气象卫星3、地球上最高的气象探测站地球上最高的气象探测站气象卫星气象卫星北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆同步卫星同步卫星36000 公里公里极轨卫星极轨卫星720至至800公里公里地球同步卫星地球同步卫星即地球同步轨道卫星，又称对地即地球同步轨道卫星，又称对地静止卫星静止卫星，是运行在地球同步轨道上的人造卫，是运行在地球同步轨道上的人造卫星，星距离地球的高度约为星

11、，星距离地球的高度约为36000 km，卫星的，卫星的运行方向与地球自转方向相同运行方向与地球自转方向相同、运行、运行轨道为位轨道为位于地球赤道平面上圆形轨道、运行周期与地球于地球赤道平面上圆形轨道、运行周期与地球自转一周的时间相等，自转一周的时间相等，即即23时时56分分4秒，卫星秒，卫星在轨道上的绕行速度约为在轨道上的绕行速度约为3.1公里公里/秒，其运行秒，其运行角速度等于地球自转的角速度。角速度等于地球自转的角速度。同步卫星同步卫星 极轨卫星极轨卫星在离地面在离地面720720至至800800公里公里的轨道上运的轨道上运行，它们的轨道通过地球的行，它们的轨道通过地球的南北极南北极，而且

12、它，而且它们的们的轨道是与太阳同步轨道是与太阳同步的，也就是说，它们的，也就是说，它们每天两次飞越地球表面上的一个点，而且总每天两次飞越地球表面上的一个点，而且总是在同一个钟点。美国、中国、印度和俄罗是在同一个钟点。美国、中国、印度和俄罗斯拥有极轨气象卫星。斯拥有极轨气象卫星。 风云风云3号极轨卫星号极轨卫星风云一号气象卫星风云一号气象卫星北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆风云一号风云一号D星多轨道拼图星多轨道拼图北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆风云一号风云一号华北区域地貌遥感图华北区域地貌遥感图北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆渤海湾渤海湾内蒙古内蒙古平原平原

13、密云水库密云水库官厅水库官厅水库风云二号气象卫星风云二号气象卫星北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆风云二号风云二号D星第一幅高分辨率图像星第一幅高分辨率图像北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆卫卫星星云云图图北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆云高、厚云高、厚度、移动度、移动速度、冷速度、冷暖程度暖程度 4、新一代天气雷达观测新一代天气雷达观测 采用采用多普勒多普勒技术对云、雨、降水等天气现象技术对云、雨、降水等天气现象进行探测，在获取降水强度分布的同时进行探测，在获取降水强度分布的同时, , 还能获还能获取降水区中风场分布的信息。取降水区中风场分布的信息。我国新一代

14、天气雷达探测原理我国新一代天气雷达探测原理实现了每实现了每6 6分钟分钟一次的数据实时传输和联网拼图，业务一次的数据实时传输和联网拼图，业务可用性超过可用性超过95%95%北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆701二次雷达二次雷达L波段二次雷达波段二次雷达GPS高空探测高空探测过去过去现在现在未来未来L L波段雷达高空观测波段雷达高空观测高空气象探测装备高空气象探测装备 进入国际先进行列进入国际先进行列 北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆L波段探空系统工作原理波段探空系统工作原理气球和探空仪气球和探空仪雷达雷达数据接收和处理处理数据

15、接收和处理处理发射信号发射信号回波信号回波信号探测仪器：探测仪器：750g气球携带气球携带L波段波段电子探电子探空仪空仪地面设备：地面设备：L波段二次波段二次测风雷达测风雷达辅助设备：辅助设备：基测箱、水电解制氢设备基测箱、水电解制氢设备黄山天气雷达黄山天气雷达北海北海“大力神杯大力神杯”北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆赤峰赤峰 “南山之巅的王冠南山之巅的王冠”岳岳 阳阳北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆舟舟 山山丽丽 江江北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆长长 沙沙深深 圳圳北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普

16、馆北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆北京市气象局北京市气象局C C波段波段多普勒天气雷达塔多普勒天气雷达塔北京市气象局北京市气象局北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆南郊观象台南郊观象台S S波段波段天气雷达塔全貌天气雷达塔全貌南郊观象台南郊观象台北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆南郊南郊S波段多普勒天气雷达产品图波段多普勒天气雷达产品图（回波强度）（回波强度）北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆南郊南郊S波段多普勒天气雷达产品图波段多普勒天气雷达产品图（回波径向速度）（回波径向速度）北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆雷雷达达回回波波强强度度图图北

17、京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆230公里范围公里范围 1圈圈50公里范围公里范围第二篇第二篇 气象通信气象通信 60年前，中国气象局年前，中国气象局通信台通信台里有里有100多人多人坐坐在电报机前，在不绝于耳的嘀嗒声中收发气象电在电报机前，在不绝于耳的嘀嗒声中收发气象电报报. 60年后，中国气象局通信台里只有年后，中国气象局通信台里只有6、7个人个人管理着大型计算机系统，通过空中卫星与地面通管理着大型计算机系统，通过空中卫星与地面通信网络收发来自海陆空的多种气象资料。信网络收发来自海陆空的多种气象资料。 气象通信气象通信60年：从年：从手指嘀嗒手指嘀嗒到到自动化自动化的飞跃的飞跃气

18、象通信走过了气象通信走过了60年的历程，一代代气象通信人渐行变老，年的历程，一代代气象通信人渐行变老，气象通信事业的发展却日新月异气象通信事业的发展却日新月异. 北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆气象通信发展阶段气象通信发展阶段 莫尔斯电报阶段莫尔斯电报阶段 电传通信阶段电传通信阶段 图形传真阶段图形传真阶段 三代自动化通信阶段三代自动化通信阶段 北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆1.1.莫尔斯电报阶段莫尔斯电报阶段1835年第一台电报机问世年第一台电报机问世 莫尔斯莫尔斯北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆2.2.电传通信阶段电传通信阶段电传打字机电传打字机北京市

19、气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆3.3.图形传真阶段图形传真阶段北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆4.4.三代自动化通信阶段三代自动化通信阶段北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆神威计算机神威计算机天河一号计算机天河一号计算机北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆IBM新生产的大型计算机大型计算机有8192個中央處理器，每秒運行次數達12.3萬億次 北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆通信与数值预报通信与数值预报 观测数据迅速通过高速计算机通信网观测数据迅速通过高速计算机通信网络传递，并输入到大型计算机进行运算，络传递，并输入到大型计算机进行运算，求解描写

20、天气演变的求解描写天气演变的方程组方程组，未来天气很，未来天气很快就被快就被“算算”出来（数值天气预报）。将出来（数值天气预报）。将数据进行处理，得到天气图等各科类图表，数据进行处理，得到天气图等各科类图表，供预报员进行分析使用。供预报员进行分析使用。北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆资料采集后，全国各地资料采集后，全国各地观测站点观测站点将观测到的要素资料通过将观测到的要素资料通过气象网络传气象网络传输输到到国家气象中心国家气象中心，再由国家气象中心汇总处理，再由国家气象中心汇总处理发送到世界气象组织发送到世界气象组织。气象不分国界，气象信息在全世界范围是气象不分国界，气象信息在全

21、世界范围是共享共享的。世界气象组织会将的。世界气象组织会将收集的气象信息汇总发布。收集的气象信息汇总发布。1、根据采集到的资料，用各种规定的符号绘制成天气图，天气图就、根据采集到的资料，用各种规定的符号绘制成天气图，天气图就好像医生给病人拍的好像医生给病人拍的X光片，它反映出各地天气情况。光片，它反映出各地天气情况。2、根据大气的实际情况，通过计算求解描写天气演变的方程组，预、根据大气的实际情况，通过计算求解描写天气演变的方程组，预报未来天气，这种方法被称为报未来天气，这种方法被称为数值天气预报数值天气预报。国家气象中心拥有全国最先进的巨型计算机，运用这种计算能力为每国家气象中心拥有全国最先进

22、的巨型计算机，运用这种计算能力为每秒数千亿次的计算机，未来天气很快就被秒数千亿次的计算机，未来天气很快就被“算算”出来。各级气象台的出来。各级气象台的计算机将国家气象中心下发的数据进行处理，得到天气图等各类图表，计算机将国家气象中心下发的数据进行处理，得到天气图等各类图表，供预报员进行分析使用。供预报员进行分析使用。 资料加工资料加工北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆现代天气预报现代天气预报北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆第三篇第三篇 天气预报天气预报天气预报过程天气预报过程天天气气会会商商天天气气分分析析发发布布预预报报北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆一、天

23、气分析一、天气分析各地气象台站收到各种资料与产品后，各地气象台站收到各种资料与产品后，迅速把各种观测迅速把各种观测数据数据填写到天气图上，预报填写到天气图上，预报员对填绘的员对填绘的天气图天气图和各种收到的和各种收到的气象信息气象信息进进行综合分析，分析大气环流形势，运用各种行综合分析，分析大气环流形势，运用各种天气预报理论、方法与工具，综合计算机处天气预报理论、方法与工具，综合计算机处理结果和多年的预报经验，结合本地气候背理结果和多年的预报经验，结合本地气候背景与天气实况来推断出未来天气变化的趋势，景与天气实况来推断出未来天气变化的趋势，作出本地区的天气预报。作出本地区的天气预报。北京市气象

24、台气象科普馆北京市气象台气象科普馆预报员分析天气图预报员分析天气图 北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆地面天气图地面天气图北京时间北京时间02、08、14、20点点高空天气图高空天气图850500700北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆天气符号天气符号任何时间段、任何时间段、任意时间间隔任意时间间隔处理，可实现处理，可实现滤波功能滤波功能风廓线资料的分析风廓线资料的分析多部风廓线资料诊断的散度多部风廓线资料诊断的散度单风廓线资料倒算温度平流单风廓线资料倒算温度平流北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆自自动动站站资资料料的的分分析析地面总温度地面总温度变温变温变压变压变温梯度变温梯度北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆 完成微波辐射计资料的应用开发，能实现完成微波辐射计资料的应用开发，能实现4747个高度层温压湿个高度层温压湿3 3线时线时序图，任意时间点的温、湿廓线，自由显示序图，任意时间点的温、湿廓线，自由显示00层高度、层高度、-20-20和云底高和云底高度的时序变化。度的时序变化。 温度层结温度层结湿度层结湿度层结微波辐射计资料的分析微波辐射计资料的分析北京市气象台气象科普馆北京市气象台气象科普馆二、天气会商二、天气会商 天气会商天气会商是做