《气象预报确定性理论》课件

《气象预报确定性理论》PPT课件气象预报的概念和需求气象预报是指利用科学的方法，对未来一段时间内大气的状态进行预测。气象预报的需求广泛，涵盖多个领域，如农业、交通、航空、水利、能源、环保、公共安全等。气象预报的误差来源观测误差气象观测仪器的不精确性以及观测过程中的随机误差。模式误差气象模式对大气物理过程的模拟存在局限性和偏差。初始条件误差对大气初始状态的观测存在误差，导致预报偏差逐渐积累。气象预报的确定性理论1数值预报利用大气运动方程和物理方程，通过计算机模拟大气未来演变。2统计预报利用历史气象数据和统计方法建立预报模型，进行预测。3动力-统计预报结合数值预报和统计预报，提高预报精度。特征方程和边界条件特征方程描述大气运动的数学方程，包括动量方程、质量方程、热力学方程等。边界条件大气运动的边界条件，包括地面边界条件、侧边界条件、上边界条件等。预报模型的基本构建格点化将大气划分为网格，将连续的物理场离散化。时间步长根据模式的稳定性条件确定时间步长，进行时间积分。方程求解利用数值方法求解特征方程，模拟大气未来状态。初始条件的敏感性分析1初始条件误差对预报的影响会随着时间的推移而放大，导致预报偏差积累。2敏感性分析通过改变初始条件，分析预报结果的变化，了解初始条件误差的影响。模型参数的敏感性分析模型参数影响气象模式模拟的物理过程，如辐射参数、云参数、湍流参数等。敏感性分析通过改变模型参数，分析预报结果的变化，优化模型参数。边界条件的敏感性分析1边界条件误差对预报的影响可能较小，但对于特定区域的预报可能影响较大。2敏感性分析通过改变边界条件，分析预报结果的变化，优化边界条件。气象预报的确定性分析1预报技巧利用经验和技术手段，对预报结果进行修正，提高预报精度。2预报验证评估预报结果的准确性，验证预报模型的有效性。3预报误差分析分析预报误差的来源和特征，改进预报方法。问题定义与研究目标1预报误差研究数值预报模式产生的误差来源和特性，以及预报误差的统计和非线性分析。2初始条件分析初始场扰动和边界扰动对数值预报的影响，探讨多模式集合预报方法。研究对象和研究方法数值预报模式以常用的数值预报模式（如WRF、GFS）为研究对象，分析其误差特征和预报能力。统计分析方法利用统计方法对预报误差进行分析，评估预报模式的准确性和稳定性。数值预报模式概述数值预报模式的误差系统误差由于模式本身的缺陷，导致的预报偏差。随机误差由于初始条件误差、边界条件误差等随机因素引起的预报偏差。预报误差的统计分析平均误差衡量预报值与实况值之间的平均偏差。均方根误差衡量预报值与实况值之间的平方误差的均方根。相关系数衡量预报值与实况值之间的线性关系。预报误差的非线性分析1混沌理论研究大气运动的非线性特性，分析预报误差的演变规律。2非线性分析方法利用非线性分析方法，对预报误差进行深入研究。初始场扰动和边界扰动初始场扰动对预报结果的影响会随着时间的推移而放大。边界扰动对预报结果的影响可能较小，但对于特定区域的预报可能影响较大。多模式集合预报分析1多模式集合利用多个预报模式进行预报，得到预报结果的集合。2集合预报分析集合预报结果，评估预报的不确定性，提高预报精度。确定性预报的预报技巧1经验修正利用历史预报经验，对预报结果进行修正。2技术手段利用各种技术手段，提高预报精度，如模式融合、数据同化等。3预报检验通过预报检验，评估预报技巧的有效性。概率预报的基本原理1预报不确定性由于预报误差的存在，预报结果存在不确定性。2概率预报利用概率方法表达预报结果的不确定性，提供预报事件发生的概率。概率预报的应用实践降水概率预报预报特定时间段内发生降水的概率。极端天气预报预报极端天气事件发生的概率，如强降水、暴雪、龙卷风等。概率预报的验证方法评分方法使用各种评分方法评估概率预报的准确性和可靠性。检验指标包括Brier评分、ROC曲线、概率预报偏差等。确定性和概率预报融合优势互补结合确定性预报和概率预报的优势，提高预报精度和可靠性。融合方法包括多模式集合预报、概率预报校正、确定性和概率预报的融合等。数值预报的发展趋势高分辨率提高数值预报模式的空间分辨率，更精细地模拟大气过程。数据同化利用各种观测数据，提高预报初始场的精度。人工智能利用人工智能技术，改进预报模式，提高预报精度。数值模式的关键问题1物理过程参数化对一些难以直接模拟的物理过程进行简化处理。2边界条件边界条件的精度直接影响预报结果。3计算效率提高计算效率，满足实时预报的需求。模式改进的关键技术模式物理过程改进改进对云、降水、辐射、湍流等物理过程的模拟。数据同化技术利用各种观测数据，提高预报初始场的精度。高性能计算采用高性能计算技术，提高计算效率，降低模式运行时间。数值预报的应用前景1精细化预报提供更精确的预报，满足不同用户的需求。2预警预报提前预警极端天气事件，减少灾害损失。3气候预测利用数值预报模式，对未来气候进行预测。气象预报的未来展望1模式集成融合多个数值预报模式，提高预报精度。2人工智能应用利用人工智能技术，