模式指标预报法不需要作形势和要素预报,而只要用过去的天气形势和气象要素与未来某一地区降水天气之间的统计关系作为依据来作降水预报,近年来许多台站还应用数理统计方法将多个预报因子进行组合建立统计预报方程,取得了一定的效果。
模式输出统计预报方法(MOS)
实践证明,同一时刻的天气形势及气象要素与降水的关系,比过去时刻的天气形势及气象要素与未来降水的关系更密切。数值预报在业务上使用以后,即可由数值预报报出未来的预报因子,再用这些预报因子与降水量或暴雨出现的概率求统计关系式,并根据这个关系式作预报。这种由数值预和统计预报相结合的方法称为“模式输出统计预报”,简称MOS法。
卫星云图的应用
卫星云图在降水预报中已得到广泛的应用。一方面从卫星云图的云系中可以直接寻找降水预报指标,同时也可以用它帮助分析降水成因,从而从物理发展上来预报降水。另外,在记录稀少的高原地区和海上,可比天气图更准确地和提前发现降水天气系统。又因为卫星云图是连续地播发出来的,所以即使在记录较多的地区,也可以发现天气图上所分析不到的中尺度系统,因此它是暴雨短期预报的一个有用工具。
2.8降水预报
各种不同类型的降水对国民经济和国防建设会产生不同的影响。大型降水对国民经济和国防建设有密切关系。农谚说:“清明要明,谷雨要雨”。这说明适时适量的降水对农业生产能提供有利的条件,而反常降水则会带来灾害。我国大部分地区降水都集中在下半年,而这时正是农作物的生长季节,大型降水的多少能造成大面积的涝旱。尤其是时间长、面积大的暴雨,还能引起洪水泛滥,不仅对生产建设造成极大的危害,而且对人民的生命财产也带来巨大的威胁。因此,无论工农业生产、航空、航海、交通运输、水利建设、防涝抗旱等都需要及时准确的降水预报。
以下介绍大型降水,即范围广大的降水,降水区可达天气尺度的大小,包括连续性或阵性的大范围雨雪及夏季暴雨。
降水形成过程
降水是大气中的水的相变(水汽凝聚成雨雪等)过程。从其机制来分析,某一地区降水的形成,大致有三个过程。
首先是水汽由源地水平输送到降水地区,这就是水汽条件。
其次是水汽在降水地区辐合上升,在上升中绝热膨胀冷却凝结成云,这就是垂直运动的条件。最后是云滴增长变为雨滴而下降,这就是云滴增长的条件。
这三个降水条件中,前两个是属于降水的宏观过程,主要决定于天气学条件。第三个条件是属于降水的微观过程,主要决定于云物理条件。
降水系统
首先应从天气图上分析是否有有利于降水的天气系统存在,以下系统有利降水的出现: 1、西风带上的高空槽
高空槽是引起降水的重要天气系统(这里指的是天气尺度的短波槽)。高空槽一般与地面锋面气旋相结合,但有时在高空槽前的地面自上只分析到槽和冷锋。有时连冷锋都分析不出来,仅有一倒槽和负变压区,同样可以观测到降水。特别是在夏季,水汽条件充分,即使是很小的高空槽,都很可能引起降水。由于高空槽的结构不同降水也不尽相同。 2、锋面气旋
锋面气旋一般位于高空槽前,造成锋面气旋降水的有高空槽;冷、暖锋和锢囚锋等。锋面性质不
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同,产生的降水性质也不同,降水常在锋附近、有时在锋前,有时在锋后,锋面气旋中降水的形成,主要是指在稳定大气中的情况。当大气处于对流不稳定时,则在气旋的各个部位皆可能有较强的降水发生;特别是在暖区也能形成暴雨。 3.低涡
低涡指的是低空或高空的闭合低压环流,它是影响我国降水的重要天气系统。低涡有两种。一种是尺度较小的短波系统。多存在于离地面2-3公里的低空,西南涡、西北涡、高原涡等。这些涡形成于高原及其附近地区,与青藏高原的影响分不开;它们东移后,对我国东部广大地区的降水都有影响。另一种是尺度较大的长波系统,从低空到高空都有表现,是比较深厚的系统。 4、切变线
切变线附近气在场较弱,有时分析不出等高线来、但风场表现却很明显,我国的切变线多为东西向,从气压场上来看也就是低空东西向的横槽。少数切变线为南北向、切变线在我国各地区、各个季节都可出现,会引起不同强度的降水过程。尤其在夏季,切变线是我国主要的降水天气系统之一。夏季在西北和青藏高原地区也有切变线活动,造成较强的降水。 5、静止锋
静止锋有两种.一种是以地形为主造成的,如天山静止锋。昆明静止锋等,一种是以环流形势为主造成的,如南海静止锋、华南静止锋、江淮静止锋。华北静止锋等。后一种对于降水,特别是夏季暴雨影响最大。 6、锋区降水
锋区之所以对降水有较大的影响,是因为在锋区上有较强的温度水平梯度。由于温度水平梯度大,高空风速也大,于是在锋区上冷暖平流、涡度平流、热成风涡度平流等较大,从而有利于垂直运动的发展和天气系统的生成。从能量观点看,则是锋区附近有较大的有效位能、可以释放并转变为运动系统的动能。所以释区愈强,可能造成的降水也愈大。
此外,锋生对降水也有一定的影响,如果在原来的锋区上有锋生作用,所以冷空气将下沉,暖空气将上升造成锋后北风加大,锋附近降水加强。
必须指出:锋生对于降水的作用,只是在冬、春、秋季较重要,在夏季,降水的上升运动主要是由不稳定对流所造成的,所以即使在低层并无锋区,也没有明显的锋生作用,同样也可造成强烈的降水。
以上6种系统,其源地不同,种类不同,路径不同,影响区域不同,所带来的降水性质也不同.各地预报台站根据各地的情况,总结出本地的降水预报经验及环流形式,根据天气形式及数值预报产品的形式分析判断未来某一时段是否有降水形式存在.
五、降水预报
目前作降水预报所用的预报方法主要有天气图经验预报、国内外数值预报产品、各地区的降水预报系统。
1.首先对天气图作认真分析,根据环流形势的演变情况,以及国内数值预报产品的高空、地面形势预报,判定预报时段内是否有降水形势出现。
根据历史上出现降水的天气形势和天气系统的活动特点,总结出各类降水的模型,称为天气----气候模型。在做预报时,如果预报的未来天气形势符合某一模型时,就参考这种模型的降水预报。 2.了解本地区上游已发生的降水情况,并分析其成因,找出影响降水的天气系统。特别是主要的天气系统。作汛期的降水预报一般应首先注意大的环流形势和副高位置。掌握其边缘西南风风速轴(低空急流)的变化。湿舌的演变以及直接造成降水的天气系统,如西南涡、锋面等。 3.了解雨区和天气系统的历史变化,特别是主要天气系统的历史变化。 4.根据根据数值预报形势预告,对可能影响本地区的天气系统做出预报。 5.分析本地区的温、压、湿条件及经验、天物象反应等。
6.考虑指标站的预报指标。例如在江苏一般用黄山、庐山的高空风作为降水的预报指标。当黄山、庐山的风转为大于或等于8米/秒的西南风,12-24小时后江苏地区将出现降水。其他如衡山、九
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仙山、五台山、泰山、乌鞘岭、华山、峨眉山等高山站皆可作为各地区的指标站加以利用。 7.根据雨量图(汛期一般台站具有24小时雨量图,6小时雨量图)外推,初步做出降水预报。 8.参考本地区的降水预报系统运行结果,包括降水概率、降水量、降水时段的预报,以及数值预报的降水预报、物理量场预报。
9.综合数值预报产品对预报区域降水时段、降水量,降水落区的预报,以及各地区台地降水的概率预报,同时根据所分析天气图的影响系统,卫星及雷达对降水系统的跟踪观测,确定降水系统的发展演变情况,以及未来降水系统的影响区域,确定降水的影响时间,降水量级预报。经天气会商后,最后确定降水落区、降水时间和降水量。
10.制作发布降水预报,并向公众及有关部门进行预报、服务。
随着气象科学技术的不断发展,数值预报产品的准确率在不断提高,天气预报在很大程度上要参考数值预报产品对高空天气形势、地面天气形势的预报,预报员根据未来环流形势的发展,对不同的环流形势有不同的预报侧重点。
2.9龙卷风的预报
龙卷风在我国大陆出现的季节大多数是6~8月,出现时间绝大部分是傍晚前后,以17-19时为最多。我国西沙群岛一年四季均可发生龙卷,但以8、9月为最多,发生时间则多出现在白天6—14时,尤以6时前后为最多,这是因为在海洋上清晨对流云发展最盛的缘故,不过西沙龙卷常常出现在浓积云底部,多半不及地。而大陆上的龙卷多半发生在强盛的积雨云下,常常及地,造成很大的破坏。
龙卷风的预报现在还相当困难,主要是因为它范围很小,来去突然,。且对其内部结构成因也了解不多。目前预报龙卷主要是通过分析它出现的形势背景,不稳定度以及雷达图等办法来进行的。 一般来说,龙卷生成前大气层结相当不稳定。低层潮湿、高层干燥。对流性不稳定度很大。另外,引起龙卷的抬升力要求很强,这种抬升作用常常是由于强冷锋、飑线等造成的。流体力学实验表明,通常在上空先有风的切变,造成涡。然后再由地面吸起尘沙或液态水,最后就形成龙卷。在两条飑线交点上气旋性涡度很大,容易出现龙卷。
近年来有人从理论上说明产生龙卷的条件主要有两个。一个是不稳定层结,它的作用是产生上升运动和气流的辐合。另一个条件是基本的旋转流场,它使强的辐合上升气流发生旋转。天气分析实践也发现,龙卷常常发生在一些叫做“龙卷气旋”的中尺度低压系统中。
预报龙卷的发生,首先要预报是否有强雷暴发生的可能性。同时还要注意中尺度天气系统,如飑线、中低压的活动。此外,在有条件的地方,应该充分利用雷达观测来监视和预报龙卷活动。
2.10气温的预报
气温变化对人们生活与生产有重要影响,特别是灾害性气温(霜冻、持久的异常低温、酷暑干旱中的持久异常高温)常会给工农业带来损失。此外,气温也是决定大气状况的基本要素,它的高低直接决定一些天气现象的生消,例如最低气温与霜冻、辐射雾的形成,以及最高气温与雷雨、冰雹的形成都有密切关系。
在水平气流方向上气温分布不均匀时,空气水平运动将引起气温局地变化,暖平流使局地气温上升,冷平流使局地气温下流,因而气温变化的程度决定于温度平流的强度。
垂直运动对局地气温变化的影响,主要是通过垂直运动的方向、强度和大气的稳定度来实现的。较强的系统性垂直运动,对气温变化常常影响较大。如在冷槽后部有强烈的下沉运动时,就可使局地气温增高很多。在气旋和反气旋中心区,平流作用一般是很微弱的,但垂直运动所引起的变温值却很大。在高原与平原交界处,或是高山的谷地里,如空气沿山坡下沉,则每下沉100米,它就增温约1℃。而当较弱的冷锋过境时当地温度常不降低,有时甚至还略为上升。
对于某一固定地点来说,太阳辐射和地表辐射都具有明显的日变化,因而气温也相应地有明显的日变化。运动着的气团由于受到不同下垫面的影响,并通过辐射、乱流以及蒸发凝结作用而其气温
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就发生变化。因此气温的非绝热变化主要表现为气温的日变化和气团的变性。
1.天气现象对气温变化的影响
预报气温变化时,不同的天空状况对气温变化有不同的影响,当天空中有云时,白天云能减弱地面获得的太阳辐射,使地面受热减少,而夜间云却能使地面不致散失更多热量。云的这种作用,使得白天地面气温不易升得很高,夜间不易降得很低。例如我国北方地区,在同一时期里。晴朗日的最高气温比阴雨日可以高出10度之多。
雾对气温的影响与云类似,白天使气温不易升得太高,夜间不易降得太低。据统计,在浓雾日空气增温值相当于晴天正常增温值的1/4,最低气温值与形成雾时气温值的差不超过4℃。
在有降水的情况下,雨滴在降水中不断地蒸发。并大量地吸收周围空气的热量,这就可使地面气温降低。在降雪的情况下,气温一股并不降低。雪后天晴时,由于地面积雪反射太阳辐射,使地面吸收热量减少,加之雪融化消耗热量,可使气温降低。
风对气温日变化有着重要影响。风速大时,乱流交换强,有利于空气的热量上下交换。这在白天可使地面气温增温减慢,夜间则降温减慢。例如,北京地区夜间风速达2—3米/秒时,最低气温比静风时高2度左右。
2.下垫面性质对气温变化的影响
下垫面性质不同,热容量也不同。热容量大的地表面,增温和冷却都比较慢,受其影响的地面气温的日变化相应也比较小;反之,就大。一般情况下,潮湿地表比干燥地表的气温口较差约小2℃左右。远海上的气温日变化只有1~2℃,沙漠地带的气温日变化可达20~30℃。
当气团流经不同性质的下垫面时,通过乱流交换,蒸发凝结等过程的作用,气团的温度就会发生改变。例如,冷气团流经较暖的下垫面时,温度将会不断地上升。特别是当冷气团经过暖海洋面时,气温可在一昼夜内升高10度左右只 上述因子在不同情况下作用是不同的。一般来说,在近地面层中以非绝热变温和平流变温为主,而在自由大气中以平流和垂直运动所引起的变温为主。
二、气温预报方法
目前一般气象台只作最低温度和最高温度。 (-)最低温度的预报
最低温度的高低和出现时间,随着季节和气象条件的不同而不同,其规律性可根据历史资料的统计和预报实践的经验总结得到。目前台站上预报最低温度的方法,基本上是在天气形势预报的基础上应用经验和指标的方法。具体方法有以下几种。
1.在天气形势预报的基础上,根据经验作预报。预报某一地的最低温度,首先应考虑天气形势的变化。若在预报时限内,天气形势无大变化,预报地区仍受同一气团的控制,则可根据预报气团内部气温变化的经验来预报最低温度的变化。若在预报时限内,有锋面过境,则必须根据锋面强度和移动的预报,综合分析平流变温和非绝热变温对最低温度的影响,然后根据预报经验作出最低温度的预报。
2.应用比较法进行定性判断若在预报时限内天气形势无大变化(无锋面过境),可通过对当天和前一两天气象条件和最低温度的比较,大致判断未来的最低温度。例如,前一日最低温度为8℃,当天最低温度为10℃,当天天气情况与前一日相似,而且预报当天夜里到次日清晨的天气情况与前一日差不多,则根据趋势就可预报次日最低温度不低于10℃。如果前一日白天少云,当天白天是阴到多云,而预报夜间为少云,则因白天云多不易升温,夜间冷却辐射强烈,可预报次日最低温度低于10度,具体数值则要根据经验来估计。
3.利用夜间降温量进行定量查算、在无锋面过境的情况下,通常最低温度出现在清晨。若以当天傍晚17时的气温为基本值,减去当晚至次日早晨的降温量(可由历史资料统计得出),就可得到最低温度预报值。
(二)最高温度的预报方法
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