气象与气候预测预报作业指导书

气象与气候预测预报作业指导书TOC\o"1-2"\h\u32113第一章气象与气候预测预报基础理论 33571.1气象与气候基本概念 3160991.1.1气象基本概念 340401.1.2气候基本概念 342661.1.3气象与气候的关系 3174761.2气象观测与数据收集 350911.2.1气象观测 3323081.2.2气象数据收集 310853第二章气象要素分析与处理 4164642.1气象要素分析 4233692.2气象要素数据处理 4121962.3气象要素分析与处理方法 420587第三章天气图分析与预报 5111313.1天气图基本知识 5238853.2天气图分析方法 5197813.3天气预报编制 616836第四章数值天气预报技术 6227834.1数值天气预报原理 6121174.2数值天气预报模型 6106754.3数值天气预报误差分析 73626第五章气候预测方法与技术 7171495.1气候预测基本原理 799955.1.1气候系统 8142705.1.2气候预测方法 8168305.2气候预测模型 8223725.2.1统计模型 89475.2.2动力模型 8241745.2.3耦合模型 8309695.3气候预测技术与应用 830935.3.1气候预测技术 8168285.3.2气候预测应用 920037第六章气象灾害预警与防范 9289006.1气象灾害预警方法 9323256.1.1预警体系构建 9196046.1.2预警信息收集 9152996.1.3预警等级划分 9265086.1.4预警信息发布 984826.1.5预警效果评估 97056.2气象灾害防范措施 1090086.2.1防范意识培养 10247526.2.2防范措施制定 10163136.2.3防范措施落实 10164306.2.4防范能力提升 10311256.3气象灾害应急响应 1088946.3.1应急响应体系构建 10220396.3.2应急响应级别划分 10252826.3.3应急响应启动 10284286.3.4应急响应实施 10327666.3.5应急响应结束 111454第七章气象服务与信息传播 11320557.1气象服务体系建设 1197857.2气象信息传播途径 11163967.3气象服务效果评价 1210491第八章气象与气候预测预报业务管理 12113068.1气象业务管理原则 1213058.2气象业务运行流程 12157558.3气象业务质量保障 1319046第九章气象与气候预测预报技术培训 13167509.1培训内容与方法 137629.1.1培训内容 1330969.1.2培训方法 146189.2培训体系构建 14147589.2.1培训目标 1460919.2.2培训层次 14149739.2.3培训课程设置 152459.3培训效果评估 15123079.3.1评估指标 15124389.3.2评估方法 1513199.3.3评估周期 1517938第十章气象与气候预测预报发展趋势 161757810.1气象与气候预测预报技术发展趋势 161978710.1.1高功能计算技术的发展 16329110.1.2数据同化技术的应用 161990910.1.3人工智能与机器学习技术的应用 161034610.1.4集成预报方法的推广 161119910.2气象与气候预测预报业务发展趋势 162602010.2.1业务流程的优化 161311010.2.2预报产品的多样化 161738810.2.3服务能力的提升 17920410.3气象与气候预测预报国际合作与交流 17462410.3.1加强国际学术交流与合作 17385810.3.2共享观测数据与研究成果 171132410.3.3联合开展重大科学研究 17655510.3.4促进技术转移与人才培养 17第一章气象与气候预测预报基础理论1.1气象与气候基本概念1.1.1气象基本概念气象学是研究地球大气及其现象的科学。大气是地球表面包围地球的气体层，其成分主要包括氮气、氧气、水蒸气等。气象学关注的是大气在时间和空间上的变化规律，以及这些变化对人类活动、生态环境等方面的影响。1.1.2气候基本概念气候是指某一地区在长时间内，平均气候要素（如气温、湿度、降水、风等）的统计特性。气候与气象的区别在于，气象关注的是短期内的天气变化，而气候则侧重于长时间内的平均状况。1.1.3气象与气候的关系气象与气候紧密相连，气候是气象现象在长时间内的累积表现。气象现象的短期变化会影响到气候的长期变化，而气候的变化又会反过来影响气象现象。因此，研究气象与气候的关系对于预测未来气候变化具有重要意义。1.2气象观测与数据收集1.2.1气象观测气象观测是获取气象数据的基础工作，主要包括地面气象观测、高空气象观测和遥感气象观测。（1）地面气象观测：通过地面气象站对气温、湿度、降水、风等要素进行实时观测。（2）高空气象观测：利用探空气球、雷达等手段，对大气垂直结构进行观测。（3）遥感气象观测：通过卫星、气象雷达等遥感技术，获取大范围气象信息。1.2.2气象数据收集气象数据收集是指对气象观测数据进行整理、存储和传输的过程。气象数据包括实时数据和历史数据，其来源有以下几个方面：（1）气象站：气象站是气象数据收集的主要来源，包括地面气象站、高空气象站等。（2）卫星：卫星遥感技术可以获取全球范围内的气象数据，如风云系列卫星。（3）雷达：气象雷达主要用于观测大气垂直结构，如降水、风暴等。（4）其他：如气象浮标、无人机等新型观测设备。通过以上气象观测与数据收集，为气象与气候预测预报提供了丰富的信息资源。在后续章节中，我们将详细介绍气象与气候预测预报的方法、技术和应用。第二章气象要素分析与处理2.1气象要素分析气象要素分析是气象与气候预测预报作业的核心环节，主要包括对温度、湿度、气压、风向、风速等气象要素的观测、整理和分析。通过对气象要素的分析，可以揭示大气运动的规律，为预测未来天气提供依据。在气象要素分析过程中，首先需要对各类气象要素进行观测，包括地面气象观测、高空气象观测、卫星遥感观测等。观测数据是分析的基础，其准确性直接影响到预报结果的可靠性。气象要素分析还需关注不同时间和空间尺度上的变化特征，如季节性变化、日变化、地域差异等。2.2气象要素数据处理气象要素数据处理是对观测数据进行分析前的必要步骤。主要包括数据清洗、数据插值、数据同化等内容。数据清洗是指对观测数据进行筛选、校正和剔除异常值的过程，以保证数据的准确性和可靠性。数据插值是根据已知数据点，通过数学方法推断出未知数据点的值，以提高数据的空间分辨率。数据同化是将观测数据与数值预报模型相结合，通过优化模型参数，提高预报精度。2.3气象要素分析与处理方法气象要素分析与处理方法主要包括以下几种：（1）统计分析方法：通过对历史气象数据进行分析，揭示气象要素的统计规律。如气候平均值、气候极值、气候趋势等。（2）数值模拟方法：利用数值预报模型，模拟大气运动过程，预测未来气象要素的变化。数值模拟方法具有较高的预报精度，但计算量大，对计算机功能要求较高。（3）人工智能方法：采用人工智能技术，如神经网络、支持向量机等，对气象要素进行学习和预测。人工智能方法具有自适应能力强、预报速度快等特点。（4）遥感分析方法：利用卫星遥感数据，分析气象要素的空间分布特征。遥感分析方法具有广泛的应用前景，但受数据分辨率和观测条件的限制。（5）综合分析方法：将多种方法相结合，充分发挥各自优势，提高气象要素分析与预报的准确性和可靠性。在实际应用中，气象工作者需要根据具体情况，选择合适的气象要素分析与处理方法，以期为气象与气候预测预报提供有力支持。第三章天气图分析与预报3.1天气图基本知识天气图是一种用于表示大气状态和天气现象的图形工具，主要包括地面天气图、高空天气图和卫星云图等。天气图的基本知识包括以下几个方面：（1）等压线：等压线是连接同一时刻空间中气压相等的点所形成的闭合曲线。通过等压线可以判断气压系统的分布和演变。（2）等温线：等温线是连接同一时刻空间中气温相等的点所形成的闭合曲线。通过等温线可以判断气温的分布和变化。（3）风向和风速：风向是指风吹来的方向，通常用风向符号表示。风速是指单位时间内风移动的距离，通常用风杆和风矢表示。（4）天气现象：天气现象是指大气中的各种现象，如降水、云、雾、雷电等。天气现象在天气图上通常用符号表示。3.2天气图分析方法天气图分析方法主要包括以下几个方面：（1）天气系统识别：通过观察等压线、等温线等天气图要素，识别出高压、低压、锋面等天气系统。（2）天气系统追踪：对已识别出的天气系统进行追踪，分析其移动方向、速度和强度变化。（3）天气现象分析：根据天气图上的符号和要素，分析各种天气现象的分布和变化。（4）天气形势分析：综合分析天气系统、天气现象和其他相关要素，判断天气形势的变化。3.3天气预报编制天气预报编制是根据天气图分析和气象资料，预测未来一段时间内某一地区或区域的天气状况。以下是天气预报编制的主要步骤：（1）收集资料：收集地面气象观测资料、高空探测资料、卫星云图等。（2）分析天气图：利用收集到的资料，绘制天气图，分析天气系统、天气现象和天气形势。（3）预报要素：根据天气图分析结果，确定预报要素，如气温、降水、风向、风速等。（4）编写预报：根据预报要素，结合气象学原理和经验，编写天气预报。（5）发布预报：将预报结果通过各种渠道发布给公众，如电视、广播、报纸等。（6）预报评估：对发布的天气预报进行评估，分析预报准确率和改进方向。第四章数值天气预报技术4.1数值天气预报原理数值天气预报是基于数值模拟方法，通过求解大气运动方程、热力学方程、水汽方程等，预测未来一段时间内天气变化的一种方法。其核心原理是将大气视为连续介质，利用数值方法对大气运动方程进行离散化，从而得到一组可求解的代数方程。通过求解这些方程，得到未来一段时间内大气各要素（如温度、湿度、风向、风速等）的时空分布。数值天气预报的原理主要包括以下几个方面：（1）大气运动方程：描述大气在地球表面附近的质量、动量、能量和水分的传输过程。（2）热力学方程：描述大气温度和压力的变化规律。（3）水汽方程：描述大气中水汽的传输和转换过程。（4）辐射传输方程：描述大气中辐射能的传输过程。（5）边界条件和初始条件：确定大气运动的初始状态和边界条件。4.2数值天气预报模型数值天气预报模型是根据数值天气预报原理，运用计算机技术求解大气运动方程、热力学方程、水汽方程等的一种数学模型。数值天气预报模型主要包括以下几种：（1）全球数值天气预报模型：以全球范围为研究对象，采用球坐标系，对大气运动方程进行离散化。该模型适用于长时效、大范围的天气预报。（2）区域数值天气预报模型：以特定区域为研究对象，采用笛卡尔坐标系，对大气运动方程进行离散化。该模型适用于短时效、小范围的天气预报。（3）高分辨率数值天气预报模型：以提高预报精度为目标，采用较细的空间网格和时间步长，对大气运动方程进行离散化。（4）多尺度数值天气预报模型：结合不同尺度的数值天气预报模型，以提高预报准确性。4.3数值天气预报误差分析数值天气预报误差分析是评估和改进数值天气预报准确性的重要手段。误差分析主要包括以下几个方面：（1）初始误差：由于观测数据不完整或观测误差导致的初始场误差。（2）模型误差：由于数值模型对大气物理过程的简化或参数化导致的误差。（3）计算误差：由于计算机数值计算方法导致的误差。（4）边界条件误差：由于边界条件设置不合理导致的误差。（5）预报时效误差：预报时效的增加，预报误差逐渐增大。为了减小数值天气预报误差，可以从以下几个方面进行改进：（1）提高观测数据的精度和完整性。（2）发展和完善数值天气预报模型。（3）优化计算方法和提高计算能力。（4）引入数据同化技术，实时校正初始场。（5）开展多模型预报和集成预报，提高预报准确性。第五章气候预测方法与技术5.1气候预测基本原理气候预测的基本原理是根据大气、海洋、陆地表面以及它们之间的相互作用，通过分析历史气候数据，建立数学模型，模拟未来一段时间内的气候状况。气候预测的准确性受到多种因素的影响，如初始场数据的准确性、模型参数的选取、模拟过程的稳定性等。5.1.1气候系统气候系统包括大气、海洋、陆地表面、冰雪以及生物等五个主要组成部分。这些部分之间相互作用，形成了复杂的气候系统。了解气候系统的基本特征和相互作用规律，是气候预测的基础。5.1.2气候预测方法气候预测方法主要包括统计分析方法、动力预测方法和集合预测方法等。统计分析方法通过对历史气候数据进行分析，建立统计模型，预测未来一段时间内的气候状况。该方法适用于短期和季节性气候预测。动力预测方法基于大气动力学原理，通过求解大气运动方程，模拟未来一段时间内的气候状况。该方法适用于中长期气候预测。集合预测方法结合多种预测方法，对气候系统进行多角度、多尺度分析，以提高气候预测的准确性。5.2气候预测模型气候预测模型是气候预测的核心部分，主要包括统计模型、动力模型和耦合模型等。5.2.1统计模型统计模型通过分析历史气候数据，建立气候要素之间的统计关系，预测未来气候状况。常见的统计模型有线性回归模型、时间序列分析模型、神经网络模型等。5.2.2动力模型动力模型基于大气动力学原理，通过求解大气运动方程，模拟未来一段时间内的气候状况。动力模型主要包括大气环流模型、海洋环流模型、耦合模型等。5.2.3耦合模型耦合模型将大气、海洋、陆地表面等气候子系统相互作用纳入模型中，实现多尺度、多角度的气候预测。耦合模型具有更高的预测精度和稳定性。5.3气候预测技术与应用5.3.1气候预测技术气候预测技术主要包括数据采集与处理技术、气候预测模型构建技术、气候预测结果验证技术等。数据采集与处理技术包括卫星遥感数据、地面气象观测数据、海洋观测数据等。气候预测模型构建技术涉及模型参数的选取、模型结构的优化等。气候预测结果验证技术主要通过对比预测结果与实际观测数据，评价预测模型的准确性。5.3.2气候预测应用气候预测在农业、水资源、灾害防御、环境保护等领域具有广泛的应用。通过气候预测，可以提前了解未来一段时间内的气候状况，为决策、社会生产和人民生活提供科学依据。第六章气象灾害预警与防范6.1气象灾害预警方法6.1.1预警体系构建气象灾害预警体系主要包括预警信息收集、预警等级划分、预警信息发布和预警效果评估四个环节。通过构建科学、高效的预警体系，为部门、企事业单位和公众提供及时、准确的气象灾害预警信息。6.1.2预警信息收集预警信息收集主要包括气象观测资料、气象卫星资料、气象雷达资料、气象模型预报结果等。通过对这些资料的实时监测和分析，为预警等级划分提供数据支持。6.1.3预警等级划分根据气象灾害的种类、强度、影响范围和可能造成的损失，将预警等级划分为特别严重、严重、较重和一般四个等级。预警等级的划分有助于明确预警响应级别，为防范和应对气象灾害提供依据。6.1.4预警信息发布预警信息发布应遵循及时、准确、权威的原则，通过多种渠道向部门、企事业单位和公众发布。发布渠道包括但不限于气象部门官方网站、手机短信、微博等。6.1.5预警效果评估预警效果评估是对预警体系运行效果的检验，主要包括预警准确率、预警时效性、预警覆盖范围等方面的评估。通过对预警效果的评估，不断优化预警体系，提高预警能力。6.2气象灾害防范措施6.2.1防范意识培养加强气象灾害防范意识的培养，提高公众对气象灾害的认识和应对能力。通过开展科普宣传、教育培训等形式，使公众了解气象灾害的特点、危害及防范方法。6.2.2防范措施制定根据气象灾害的种类和特点，制定相应的防范措施。包括工程措施、非工程措施和应急措施等。工程措施主要包括防洪、抗旱、防风等基础设施的建设；非工程措施包括法律法规、预案制定、监测预警等；应急措施包括人员疏散、救援物资准备等。6.2.3防范措施落实各级部门、企事业单位和公众应按照气象灾害防范措施的要求，切实加强防范工作。部门要加强对防范措施的监督检查，保证措施落实到位。6.2.4防范能力提升通过科技创新、人才培养等途径，不断提高气象灾害防范能力。加强气象灾害监测预警、预报预测、风险评估等方面的研究，为防范气象灾害提供技术支持。6.3气象灾害应急响应6.3.1应急响应体系构建气象灾害应急响应体系包括应急指挥、应急队伍、应急物资、应急通信、应急演练等环节。通过构建完善的应急响应体系，提高应对气象灾害的能力。6.3.2应急响应级别划分根据气象灾害的严重程度和影响范围，将应急响应级别划分为特别重大、重大、较大和一般四个等级。应急响应级别的划分有助于明确应急响应任务和责任。6.3.3应急响应启动当气象灾害预警等级达到相应级别时，应急响应启动。应急响应启动后，各级部门、企事业单位和公众要迅速行动，按照应急预案的要求开展应急工作。6.3.4应急响应实施应急响应实施过程中，要密切关注气象灾害动态，及时调整应急措施。主要包括人员疏散、救援物资调度、交通管制、通信保障等。6.3.5应急响应结束气象灾害结束后，各级部门要对应急响应工作进行总结评估，及时调整应急预案，为下一次应对气象灾害提供经验教训。同时要加强对受灾地区的恢复重建工作，帮助受灾群众恢复正常生活。第七章气象服务与信息传播7.1气象服务体系建设气象服务体系建设是我国气象事业发展的重要环节，旨在为决策、社会公众和各类用户提供及时、准确、高效的气象服务。气象服务体系主要包括以下几个方面：（1）服务内容丰富化：根据不同用户需求，提供天气预报、气候分析、气象灾害预警、气候变化评估、气象科普等服务。（2）服务手段多样化：采用现代信息技术，如互联网、移动通信、大数据等，为用户提供个性化、定制化的气象服务。（3）服务范围拓展：从城市到乡村，从陆地到海洋，从国内到国际，实现气象服务范围的全面拓展。（4）服务时效性提高：提高气象预报准确率，缩短气象灾害预警时间，提升气象服务时效性。（5）服务能力提升：加强气象科研和技术创新，提高气象服务能力。7.2气象信息传播途径气象信息传播途径是气象服务的关键环节，主要包括以下几种方式：（1）传统媒体：通过电视、广播、报纸等传统媒体发布气象信息。（2）互联网：利用互联网平台，如气象网站、微博、等，实时发布气象信息。（3）移动通信：通过手机短信、手机APP等移动通信工具，为用户提供定制化的气象服务。（4）气象预警系统：建立气象预警系统，通过预警终端向部门、企事业单位和公众发布气象灾害预警。（5）社区和乡村宣传：加强社区和乡村气象信息宣传，提高气象信息普及率。7.3气象服务效果评价气象服务效果评价是衡量气象服务质量和效益的重要手段，主要包括以下几个方面：（1）准确性评价：评估气象预报、预警等信息的准确性，包括预报准确率、预警时效性等指标。（2）及时性评价：评估气象信息传播的及时性，包括信息发布速度、传播范围等指标。（3）满意度评价：调查用户对气象服务的满意度，包括服务内容、服务方式、服务态度等方面。（4）社会效益评价：评估气象服务对社会经济发展、防灾减灾、人民生活等方面的贡献。（5）经济效益评价：评估气象服务产生的直接和间接经济效益。通过对气象服务效果的评价，有助于发觉气象服务中的不足，进一步优化气象服务体系建设，提高气象服务水平。第八章气象与气候预测预报业务管理8.1气象业务管理原则气象业务管理原则主要包括以下几个方面：（1）科学性原则：气象业务管理应遵循科学性原则，保证预测预报结果的准确性、客观性和可靠性。（2）系统性原则：气象业务管理应遵循系统性原则，将气象观测、预报、服务等工作环节有机地结合起来，形成一个完整的业务体系。（3）动态性原则：气象业务管理应遵循动态性原则，根据气象业务发展的需要，不断调整和完善业务流程、管理制度和技术手段。（4）安全性原则：气象业务管理应遵循安全性原则，保证气象观测设施、数据和预报产品的安全。8.2气象业务运行流程气象业务运行流程主要包括以下几个环节：（1）气象观测：通过地面气象观测、高空观测、卫星遥感等手段，获取气象要素数据。（2）数据传输与处理：将观测数据传输至数据处理中心，进行数据质量控制、处理和存储。（3）数值预报：利用数值预报模型，对气象要素进行时空演变模拟，预报场。（4）预报会商：组织专家进行预报会商，结合数值预报结果、历史数据和现场观测，制定预报方案。（5）预报产品制作与发布：根据预报方案，制作各类气象预报产品，并通过各种渠道发布。（6）服务与反馈：为部门、企事业单位和公众提供气象服务，收集用户反馈，不断改进服务质量。8.3气象业务质量保障气象业务质量保障是气象业务管理的重要组成部分，主要包括以下几个方面：（1）建立健全质量管理体系：制定气象业务质量管理规定，明确质量目标和质量要求，保证业务运行符合相关规定。（2）加强观测设施维护与检测：定期对气象观测设施进行维护和检测，保证观测数据准确可靠。（3）提高数据处理能力：加强数据处理中心建设，提高数据质量控制、处理和存储能力。（4）加强预报技术研发与应用：积极研发新型预报技术，提高预报准确率。（5）加强预报服务培训与交流：组织预报人员培训，提高预报服务水平，促进业务交流与合作。（6）建立质量评估与反馈机制：定期对气象业务质量进行评估，及时发觉问题，制定整改措施，并反馈给相关部门。第九章气象与气候预测预报技术培训9.1培训内容与方法9.1.1培训内容气象与气候预测预报技术培训内容主要包括以下几个方面：（1）气象与气候基础知识：涵盖大气科学、气候学、气象观测与数据采集等基本概念和理论。（2）预测预报方法：包括数值预报、统计预报、人工智能预报等方法及其应用。（3）预报产品制作与发布：涉及预报产品的制作流程、发布渠道、信息传递等环节。（4）预报服务与应急响应：包括气象灾害预警、气象灾害应急预案、气象服务对象等。（5）预报技术发展动态：关注国内外气象与气候预测预报技术的最新研究进展。9.1.2培训方法培训方法分为理论培训、实践操作和案例分析三种。（1）理论培训：通过讲解、演示等方式，使学员掌握气象与气候预测预报的基本理论和方法。（2）实践操作：组织学员进行实际操作，培养学员动手能力和实际操作技能。（3）案例分析：分析典型气象与气候事件，使学员深入了解预测预报技术在实际工作中的应用。9.2培训体系构建9.2.1培训目标构建气象与气候预测预报技术培训体系，旨在提高气象与气候预测预报人员的技术水平，提升预报服务质量，满足社会对气象与气候信息的需求。9.2.2培训层次培训体系分为初级、中级和高级三个层次，分别针对不同水平的学员。（1）初级培训：面向新入职人员和基层预报员，重点培养基本理论和操作技能。（2）中级培训：面向具有一定工作经验的预报员，提高其预报能力和服务水平。（3）高级培训：面向具有丰富工作经验的预报员，关注预报技术发展动态，培养预报领军人才。9.2.3培训课程设置根据培训层次，设置相应的培训课程，包括：（1）初级课程：气象与气候基础知识、预测预报方法、预报产品制作与发布等。（2）中级课程：高级预测预报方法、预报服务与应急响应、预报技术发展动态等。（3）高级课程：前沿预测预报技术、预报技术管理与创新、国际交流与合作等。9.3培训效果评估9.3.1评估指标培训效果评估指标包括：（1）学员满意度：通过问卷调查、访谈等方式了解学员对培训内容、培训方法等方面的满意度。（2）学员能力提升：通过考核、竞赛等方式评估学员在培训过程中的能力提升。（3）培训成果应用：跟踪学员在实际工作中应用培训成果的情况。9.3.2评估方法评估方法包括：（1）定性评估：通过问卷调查、访谈等方式收集学员反馈意见，对培训效果进行定性分析。（2）定量评估：通过考核、竞赛等方式对学员能力提升进行量化评估。（3）成果跟踪：对学员在实际工作中应用培训成果情况进行跟踪调查，评估培