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文档简介
气象监测、预报及预警陈泰然台大讲座/大气科学系特聘教授国立台湾大学综合灾害监测与预警1一、天气预报(一)天气预报的使用与提供(二)天气预报的过程二、观测系统1.地面观测2.高空观测3.飞机观测4.船舶(海洋)观测5.卫星观测6.卫星观测2三、天气预报的限制五、预警四、天气预报能力逐日预报极端天气预报定量降水预报台风预报3一、天气预报(一)天气预报的使用与提供目的:满足使用者需求使用者:一般大众特殊行业:包含军事(陆海空军)、航空、工、商、农、林、渔、牧、交通…提供者:政府气象部门(例如大陆中国气象局、台湾中央气象局、日本气象厅、美国气象局(NWS)等)4(二)天气预报的过程1.观测:地面测站、高空测站、飞机、船舶、雷达、卫星、地面遥测技术(剖风仪、声波雷达…)2.资料传送(通讯):有线、无线、卫星3.天气图填、绘、分析:资料填图、等值线绘制、天气系统分析54.气象预报:天气系统,即环流系统,预报由数值预报模式完成(
Numerical
Weather
Prediction;
NWP
)5.天气预报:为满足使用者需求,欲得知未来天气状况所做的预报,例如:温度、风、雨、云、能见度…6.预报发布传送:广播、电视、传真、报纸、电话、手机、网络…6二、观测系统1.地面观测(温度、湿度、风向、风速、气压、雨量…)地面观测场(站)7水循环8手摇式溼度计溼度观测9毛发溼度计10转杯风速计与风标风观测11舵式测风仪12加州之世界最大风力发电发展计划一角(7000座风力涡轮机)13水银气压计原理气压观测14雨量计原理雨量观测15中央气象局自动雨量站中央气象局自动雨量站162.高空观测(温度、湿度、风向、风速、气压)探空(温度、溼度、气压)探空气球与降落伞17全球探空汽球观测网(00and12
UTC)
(地面~25公里的气温溼度和风场垂直剖面)探空测站数1919探空测站数2020Dropsonde投落送与台湾追风计划21Driftsonde漂移送22Aerosonde高空送23RocketfilmsfromYoutubeRocketsonde(meteorologicalrocket)火箭探空243.飞机观测美国海洋太空总署25P3airborneRADAR26NSF/NCAR/EOLNSFNCAR-C130IntroducingHIAPERNSFNCARG-V
GulfstreamV(HIAPER)
C13027ELDORA
(ELectraDOpplerRAdar)28NOAAMOC/RonaldBrown(3250Tone)SIO/RogerRevelle(3200Tone)4.船舶(海洋)观测30船载雷达30ResearchshipsinJapan31OR-1(800T)OR-2(250Tone)FR-1(1948T)OR-2(295Tone)OR-3(295Tone)国科会OR-1/OR-2/OR-3/OR-5农委会FR-1(水试一号)ResearchshipsinTaiwanFR-1(1948Tone)32海研5号研究船(OR-5)2700Tone2011/6/10下水2012年8月启用(中信造船)33MooredbuoyDriftbuoyBuoy(浮标)英国气象局九个浮标之一342006/8/19(台东外海)35固定式海上平台(河口,海岸边)5.地面遥测气象雷达中央气象局雷达观测网38气象雷达常用的波长
S-band:约10cm,观测范围可达400~500km,通常用来作长程监测。
C-band:约5cm,观测范围约100~200km,通常架设于机场负责飞航安全。
X-band:约3cm,观测范围约50km,可置于移动平台,通常用于研究。39雷达回波40扫描原理42都卜勒雷达风场42S-bandpolarimetricDopplerradarsystemNCARS_POL43NSSLinthefieldDoppleronWheel(DOW)44Verticalcloudradar45降雨强度和含水量(~6
km)雨滴谱分布Transmitpower50mWFrequency24.1to24.15GHzVerticalPointingCompleteMicro-Rain-RADAR(MRR)46403MHz/npn/
WindProfiler剖风仪4747一般人耳听力范围极限约在20~20KHz附近1~3KHzSODAR(声达)
SODAR-SoundDetectionAndRange
以声波做为遥测系统应用范围温度,风速(Doppler)4849两大类卫星高度和轨道(geostationaryvs.polarorbiting)6.卫星观测风云2号105°
E4950GOES-WGOES-EMETEOSATELEKTROFENGYUNGMS
/
MTSAT全球地球同步气象卫星名称与涵盖面积ChannelWavelength
(µm)Resolutionatthesub-satellitepointBrightnesslevelVisible(VIS)0.55-0.901km10bitsforbothVISandIRchannels(1,024gradations)Infrared1(IR1)10.3-11.34kmInfrared2(IR2)11.5-12.54kmWaterVapor
(WV)6.5-7.04kmInfrared4(IR4)3.5-4.04km日本MTSAT地球同步卫星影像各频道波谱51其他地球科学相关卫星5253台风54森林火灾燃烧区域及浓烟飘散方向和涵盖区域Sumi-NPPRGBImage5556NOAANASAUniversityofMarylandWilfridSchroeder,VIIRSActiveFiresteamJune092013LittleBearHighParkJune102013NOAANASAVIIRS/NOAA/NASASuomiNPPSatellite火山爆发及火山灰飘散(ElSalvador)57Sahara沙尘暴
COSMIC(ConstellationObservationSystemforMeteorology,IonosphereandClimate)GPSradiooccultation(6LEOGPS/Metreceiversvs.24GPSsatellites)LaunchedonApril14,2006~daily1800T/RHprofilesworldwideFORMOSAT-3/COSMIC福卫3号59预报能力受限60三、天气预报的限制初始资料既不完整,也不正确观测误差控制方程组为非线性,无解析解截断误差重要物理过程需参数化:积云对流、乱流(混合/传送)、辐射既不真实,也有误差预报能力受限三大主因:误差(即噪声)随预报(NWP积分)长大,终至大于讯号,即预报期限瓶颈。61四、天气预报能力1.逐日预报AnnualMean500-hPaHGTDay-5AnomalyCorrelationDeterministicModelRuns注:NWSDirectorDr.LouisW.Uccellini提供部分资料预报能力不断提升(例如第5天预报)62Forecastday8.08dDayatwhichforecastlosesusefulskill(AC=0.6)
N.Hemisphere500hPaheight
calendaryearmeans预报期限不断增长636464Forecastday2.极端天气预报IncreaseinExtremeEvents
“Average”YearandTrendsintheU.S.6AtlanticBasinHurricanes1,300Tornadoes5,000Floods26,000SevereThunderstorms650Deaths$15BinLossesIncreasingnumberofextremeweathereventsatincreasingcosttothenation.Accurateforecastsforextremeeventshaveextendedto4-8daysNeedtotaketheseforecaststothenextlevelforeffectivedecisionsupport极端事件增加,灾害扩大。64ImprovedForecasting
Forecastskillsforextremeeventsextendedouttodays4-8for
Severeweather
Fireweather
SnowstormsFloodsHeat/coldwavesHurricanes极端事件预报能力提升,预报期限增长。65龙卷风与水龙卷661987年Saragosa
Texas龙卷风过后6768龙卷风警报不断改进68冰雹6970Populationsincreasingalongcoastlines,exposingriskstointensestormsandcoastalinundationIncreasingvulnerabilitytosevereweather,floods,fireweatherFloodsandsevereweatherhighlighttheimportanceofquantitativeprecipitationforecastsExtremeEvents,
IncreasingVulnerabilities脆弱度升高世界人口增加70HistoricAccomplishment:Useofmulti-modelensemblesisextendingaccuratepredictionofextremeevents5to8daysinadvance◎
SecondrevolutioninnumericalweatherpredictionUncertaintybeingreduced—predictionsnowconnectedtoawidespectrumofdecisionmakers;NWSistakingpredictiontothenextlevelTheeffortisgearedtowardbuildinga“Weather-ReadyNation”:ready,responsive,resilientinthefaceofincreasingnumberofextremeeventsaroundtheglobeKeytosuccess:partnerships—consistentcommunicationstrategytoensureproper/expectedresponse(socialscience)ForTaiwan:thisapproachcouldhaveamajorimpactonabilitiestoforecastandensurea“ready,responsive,resilient”societyTyphoons(withimprovedHWRF;globalensemble)Mei-YuconvectivesystemandrelatedheavyrainfallSummary71723.定量降水预报定量降水预报不断改进72FCT得分之概念示意图。F为预报定量降水的范围,为观测到的定量降水范围,C为正确预报范围T得分:偏倚:前估:后符:QPF(定量降水预报)现况73中央气象局豪(大)雨预报能力TS前估后符台风0.600.680.85梅雨0.170.200.57
综观尺度过程V.S.中尺度过程
梅雨季豪(大)雨:对中尺度过程缺乏了解744.台风预报75台风的结构SlidefromFredUSWRPHFIP台风路径预报误差不断改进76Whitecone–2003Bluecone-2010台风路径预报机率范围不断改进7778Trackforecastsgood,steady
improvementsErrorscutinhalfoverpast15yrsyears10-yrimprovement-Asaccurateat48hrsaswewereat24hrsin200024-48hintensityforecasthistoricallyoffby1category(2categoriesperhaps5-10%oftime)Intensityforecastsnotsogooduptolastseveralyears,butrecenttrendhasbeengoodPROGRESSinPredicting
TropicalStorms
OperationalForecastPerformance台风路径预报误差不断改进台风强度预报误差不断改进7879台风路径预报误差不断改进8080Fanapi(2010)D9/17A9/19C9/20B9/18五、预警JetStream10/30/1212Z(Blue)
UncertaintyinSandy’strackSandy路径之不确定性8182SnowTotals(Inches)...WESTVIRGINIA...
CLAYTON2NNW33.0QUINWOOD29.0DAVIS28.0FLATTOP28.0HUTTONSVILLE5WSW28.0CRAIGSVILLE26.0ALEXANDER24.0ALPINELAKE24.0NETTIE24.0TERRAALTA24.03daySnowTotal:ValidOct28-Oct303天降雪量82Ensemblesprovedtobeaninvaluablecomponentoftheforecastprocess5-7daysinadvance系集预报5-7天预报能力Operational(T574~27km)Experiment(T1500~13km)Note:Last24hofthehighresolutionexperimenttrackbasedon6hmodeloutputHypothesis:IncreasedhorizontalresolutionresolvescomplicatedAtlanticblockingpattern,slowssimulatedhurricane,andallowsittocurvetowardtheEastCoastModelInitializedat00UTC24October20127-DaySealevelPressure(mb)Forecastvalidat00UTC31October2012HurricanePositionShownEvery24hIncreasingNCEPGlobalModelHorizontal
ResolutionImprovesHurricane
SandyTrackGuidance模式水平分辨率增加,改进路径预报。8485
On19Sep2010,Kaoshiung(2ndlargestcity)wasseverelyflooded
duetotheheavycoastalrainfall(~600mm)inseveralhourswith2
deaths凡那比台风(高雄)8586Megi(2010)B10/19B10/20A10/21B10/2287On21Oct2010,38peoplewerekilledwhenstrandedonthecoastalroadnearSuaobymultiplelandslides,including
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