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）课件

Company LOGO 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） 天文动力与静力能量对比分析工具的建立天文动力与静力能量对比分析工具的建立 屈屈 信信 军军 研 发 的 阶 段 性 成 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） 一个 老预报员 的追求和 困惑 1 2 3 4 5 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） 动力预报分析工具（距平和变量欧氏距离曲线图） 开 场 白 v一个事实 + 一个方向 + 一种精神 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 、有很多偏见、有很多偏见 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 验、再交流、再修正验、再交流、再修正 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 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 报判断工具、报判断工具、“ “天地耦合天地耦合” ” 分析工具分析工具 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 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 1000年逐小时天文 资料 精确计算公式 直接计算逐小时天 文动力指标 合成逐 日平均位置和平均强 度的天文动力指标 单站图表和全球图表 八大行星和11颗放 点天体加入构成立体 天文动力 常规动力 +异常动力结构分析 完整天文引潮力的 结构分析。 100年08时天文资料 近似公式 迭代法 计算逐小时资料 水 平力和垂直力 分解 出南北、东西力合成出 总力 以强度值、气 候距平、逐日变量为分 析指标 反演过程强 度值、冷空气值、动力 不稳定值 推演出单 站图表和和全球图表 形成天文动力锋面系统 的分析方法。 计算公式计算公式 和和 分析指标分析指标 动力层结分离 剔除错误 结构分析立体化 点变时空 精度提高 天文动力指标设计完全出自气象学观点 气候距平是 气侯分析指 标、逐日变 量是天气预 报指标、离 散度是气候 评价的指标。 气象观点 气候距平气候距平 逐日变量逐日变量 离散度离散度 天文动力=气候资料 天文数据与天气学 平台数据融合，对 天文动力的作用效 果评价具有了明确 的天气学意义。 数据格式 场数据为场数据为 micapsmicaps第第 十四类格式十四类格式 同台分析可比性强 直角坐标 当要素不变时 结构决定性质。 天文动力的配 置决定动力作 用的性质和由 此引发的天气 过程的类别。 垂直力垂直力 南北力南北力 东西力东西力 系统论观点 动力状态分析工具动力状态分析工具 气候距平 逐日变量 过程强度 分析指标 总力值 水平力值 垂直力值 南北力值 东西力值 不稳定度值 冷空气值 过程强度值 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 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 分析工具 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 总力强度表征不稳定度 水平力表征动力触发强度 不一定形成明显天气现象 与背景脱节出现时间错位 层结和动力触发不分离 动力结构分析工具 不稳定层结主要的判据 垂直力与水平力转换不保守 水平不稳定积累的动力 动力结构分析的基础 水平力和总力分析 东西力分析东西力分析 南北力分析南北力分析 垂直力分析垂直力分析 垂直力距平等级和变量等级分析是 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 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 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 等级分析表征动力不稳定 层结的时空 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 AA 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 BB 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 C C 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 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 理没有得到很好的解释和体现 等级分析以日为单位，年为 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 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， 更能把握变化规律，但是缺乏对 保守性和回归性的把握。 动力预报分析工具 依据天文引潮力 周期变化规律和各 分量相互转换的特 征，设定欧氏距离 极小值为动力不稳 定能量转换的关键 日。其中以五维欧 氏距离值主要分析 指标。 依据天文引潮力 变化速率与稳定性 的关系，变量极大 值时刻，最容易引 发能量的转换。设 定欧氏距离极大值 为关键日，以五维 欧氏距离值为主要 分析指标。 距平等级和变 量等级欧氏距离值 之差，构成动力转 换的预报指标，以 极小值为动力强迫 压缩作用和极大值 为动力强迫扩张作 用为分析机理，建 立分析图表并作动 力诊断预报。 距平等级距平等级 的欧氏距离的欧氏距离 分析图表分析图表 变量等级变量等级 的欧氏距离的欧氏距离 分析图表分析图表 动力转换动力转换 的预报指标的预报指标 分析图表分析图表 动力分析和预报方法研究的演变 状态分析 （外相） 结构分析 （内部探究） 欧氏距离特征 预报分析 （周期性和回归性 的应用） 不稳定层结分析 +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 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 研究的深入工具和方法更接近天 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 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） 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 逐日变量（等级） 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方法的预报问题 1 灾害性天气过程是 大气静力能量发生剧烈 转换的过程。天文动力 只是改变大气能量状态 的一种作用力。天文动 力的结构配置可以给天 气过程的发生发展提供 动力背景和触发条件。 天文动力能不能决定所 有天气过程的发生时间 、强度和地点？ 天文 引潮力是不是大气不稳 定能量积累的策源动力 ？（可预报性问题） 3 天文引潮力的周期 性变化使其对灾害性天 气的预报能力就是天文 动力偏差部分的时空积 累。大气对流层静力能 量的保守性在多大程度 上平抑了天文动力的作 用效果？天文引潮力在 哪个时间尺度上预报预 测能力最强？在不同时 间段的预报中应该建立 怎么样的天文动力分析 工具？ （预报时效和能力问题） 2 在灾害性天气过程 的定性预报中，一个特 定地区某一类灾害性天 气是否具有动力条件和 静力不稳定能量的拟合 值域或临界指标？天文 动力不稳定层结与静力 不稳定能量之间具有什 么样的关系（定性的和 定量的）? 天文动力调 制和触发静力不稳定能 量的内在机制是怎么样 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 静力欧氏 距离曲线 图表 动力变量 等级曲线 图表 尤其灾害性天气背景 确定动力背景 尤其强天气过程关键日 确定动力关键日 静力稳定层结定性判定 静力不稳定能量 确定短时强天气过程 发布预警信号 动力层结分析动力预报分析静力层结分析静力预报分析 静力不稳 定度曲线 图表 动力欧氏 距离曲线 图表 动力与静力动力与静力“ “耦合耦合” ”分析要领及拓展分析要领及拓展 气候特征是天气过程 积累的结果。动力 层 结分析、动力欧 氏距 离分析、静力能 量分 析和静力欧氏 距离分 析的逐月平 均特征可 以很好地表征 短期气 候的相应特征 。通过 历史案例的对比 分析 建立短期气候预测 方 法。检验工作准备中 。 静力层结分析配合动 力层结分析，确定 特 定静力层结下灾 害性 天气的静力能 量背景 ，判定天气 类型。根 据静力欧氏距 离的扰 动强度和特征， 结合 动力背景，制作短期 灾害性天气过程预报 。 天文动力背景分析 确定动力不稳定 和 静力不稳定时 空积 累的时段，并 且确 定灾害性天 气爆发 的时间段。再 根据 天文动力欧氏 距离 特征值确定灾害 性 天气的具体时间。 动力结