《氣象預(yù)報(bào)與天氣分析》課件

氣象預(yù)報(bào)與天氣分析歡迎來(lái)到《氣象預(yù)報(bào)與天氣分析》課程。本課程將深入探討氣象學(xué)的基本原理、預(yù)報(bào)技術(shù)與應(yīng)用實(shí)踐，幫助你理解天氣系統(tǒng)的形成與演變過(guò)程。氣象預(yù)報(bào)是現(xiàn)代社會(huì)不可或缺的科學(xué)工具，它關(guān)系到人類生產(chǎn)生活的方方面面，從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)到交通運(yùn)輸，從災(zāi)害防御到能源管理。通過(guò)系統(tǒng)學(xué)習(xí)，你將掌握天氣、氣候與氣象要素的基本概念，了解氣象學(xué)從古代觀天象到現(xiàn)代高科技的發(fā)展歷程。讓我們一起踏上探索大氣奧秘的旅程，解讀云圖、分析天氣系統(tǒng)，預(yù)測(cè)未來(lái)的天氣變化！大氣層的結(jié)構(gòu)與組成大氣層是包圍地球的氣體層，按照溫度垂直分布特征，可分為四個(gè)主要層次。最接近地表的是對(duì)流層，厚度約8-16公里，氣象現(xiàn)象主要發(fā)生在此層；其上是平流層，厚度約50公里，含有臭氧層；再上是中間層，厚度約35公里；最外層是熱層，可延伸至數(shù)百公里高空。大氣的主要成分相對(duì)穩(wěn)定，其中氮?dú)庹?8%，氧氣占21%，還有少量的氬氣、二氧化碳等氣體。這些氣體對(duì)于維持地球溫度和生命存在至關(guān)重要。對(duì)流層溫度隨高度遞減，平均每上升1公里下降約6.5°C。氣象現(xiàn)象主要發(fā)生在此層，如云、雨、雪等。平流層溫度隨高度遞增，含有臭氧層，可阻擋大部分有害紫外線輻射，保護(hù)地球生命。中間層溫度再次隨高度遞減，是大氣中最冷的區(qū)域，可低至-90°C。熱層溫度顯著升高，可達(dá)1000°C以上，但密度極低，實(shí)際感受不到高溫。氣象要素：溫度溫度是描述物體冷熱程度的物理量，在氣象學(xué)中通常使用攝氏度（°C）表示，有時(shí)也用華氏度（°F）或開爾文（K）。地表溫度的測(cè)量通常在百葉箱內(nèi)進(jìn)行，以避免陽(yáng)光直射和雨雪影響，確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。溫度的日變化主要受太陽(yáng)輻射影響，一般在午后14時(shí)前后達(dá)到最高，清晨日出前達(dá)到最低。年變化則與太陽(yáng)高度角和日照時(shí)間相關(guān)，北半球通常在7月最熱，1月最冷。影響溫度分布的因素緯度差異：赤道地區(qū)接收的太陽(yáng)輻射多，溫度高；極地地區(qū)接收的太陽(yáng)輻射少，溫度低。高度影響在對(duì)流層內(nèi)，溫度隨高度增加而下降，平均每上升1000米，溫度下降約6.5°C。海陸分布陸地比海洋升溫快降溫也快，因此海洋性氣候溫差小，大陸性氣候溫差大。云量影響多云天氣，白天溫度較低，夜間溫度較高；晴朗天氣則相反，日溫差較大。氣象要素：氣壓氣壓是單位面積上受到的大氣壓力，國(guó)際單位為帕斯卡（Pa），氣象上常用百帕（hPa）或毫巴（mb），兩者數(shù)值相等。標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為1013.25hPa，相當(dāng)于76厘米高的水銀柱所產(chǎn)生的壓力。氣壓的測(cè)量主要使用水銀氣壓計(jì)或電子氣壓計(jì)。氣壓的水平分布以高低氣壓系統(tǒng)為特征。高氣壓區(qū)空氣下沉，一般天氣晴朗；低氣壓區(qū)空氣上升，常伴有陰雨天氣。這種分布直接影響天氣系統(tǒng)的形成與演變。高度影響氣壓隨高度增加而減小，海平面附近平均每上升約8米，氣壓下降1hPa。溫度影響同一高度，氣溫高的地方，氣壓相對(duì)較低；氣溫低的地方，氣壓相對(duì)較高。水汽含量水汽分子比氮氧分子輕，含水汽多的空氣柱壓力小，因此濕空氣氣壓小于干空氣。氣壓梯度力氣壓水平差異產(chǎn)生氣壓梯度力，是風(fēng)形成的主要原因，方向從高壓指向低壓。氣象要素：濕度濕度是描述空氣中水汽含量的氣象要素，有多種表示方法。絕對(duì)濕度是單位體積空氣中包含的水汽質(zhì)量，單位為g/m3；相對(duì)濕度是空氣中實(shí)際水汽壓與同溫度下飽和水汽壓的百分比，是最常用的濕度表示方法；比濕則是單位質(zhì)量空氣中水汽的質(zhì)量。濕度的測(cè)量常使用干濕球溫度計(jì)，通過(guò)干球溫度和濕球溫度的差值計(jì)算相對(duì)濕度。電子濕度計(jì)在現(xiàn)代氣象觀測(cè)中也得到廣泛應(yīng)用，提供了更便捷的濕度監(jiān)測(cè)手段。蒸發(fā)液態(tài)水轉(zhuǎn)變?yōu)樗枰諢崮?，是水分進(jìn)入大氣的主要途徑凝結(jié)水汽冷卻到露點(diǎn)溫度以下，在凝結(jié)核周圍形成小水滴，是云和霧形成的基礎(chǔ)降水云中水滴或冰晶長(zhǎng)大到足夠大，在重力作用下下落，形成雨、雪、雹等徑流降水落到地面后，一部分蒸發(fā)，一部分滲入地下，剩余形成地表徑流氣象要素：風(fēng)風(fēng)是空氣的水平運(yùn)動(dòng)，由風(fēng)向和風(fēng)速兩個(gè)要素描述。風(fēng)向表示風(fēng)吹來(lái)的方向，以16個(gè)方位表示，如東風(fēng)、西南風(fēng)等；風(fēng)速表示單位時(shí)間內(nèi)空氣運(yùn)動(dòng)的距離，常用單位是米/秒（m/s）或千米/小時(shí)（km/h）。測(cè)量風(fēng)的儀器為風(fēng)向標(biāo)和風(fēng)速計(jì)。大氣中的風(fēng)受多種力的作用，包括氣壓梯度力、地轉(zhuǎn)偏向力、離心力和摩擦力等。根據(jù)這些力的平衡關(guān)系，可以區(qū)分為地轉(zhuǎn)風(fēng)、梯度風(fēng)和摩擦風(fēng)等不同類型。地轉(zhuǎn)風(fēng)當(dāng)氣壓梯度力與地轉(zhuǎn)偏向力平衡時(shí)形成的風(fēng)，吹向與氣壓梯度力垂直的方向，在北半球平行等壓線且低壓在左。地轉(zhuǎn)風(fēng)主要出現(xiàn)在高空，是大尺度環(huán)流的重要組成部分。梯度風(fēng)等壓線彎曲時(shí)，氣壓梯度力、地轉(zhuǎn)偏向力和離心力三者平衡形成的風(fēng)。在氣旋（低壓）系統(tǒng)中，梯度風(fēng)速小于地轉(zhuǎn)風(fēng)；在反氣旋（高壓）系統(tǒng)中，梯度風(fēng)速大于地轉(zhuǎn)風(fēng)。局地風(fēng)受地形和熱力因素影響形成的區(qū)域性風(fēng)系，如海陸風(fēng)、山谷風(fēng)等。海陸風(fēng)是由于陸地和海洋熱容量不同引起的晝夜交替的風(fēng)；山谷風(fēng)則是由山地和谷地溫差導(dǎo)致的氣流循環(huán)。大氣環(huán)流：全球風(fēng)系大氣環(huán)流是大氣在全球范圍內(nèi)的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，它通過(guò)輸送熱量和水汽，調(diào)節(jié)地球各地區(qū)的溫度和降水分布。全球大氣環(huán)流的基本結(jié)構(gòu)可以用"三圈環(huán)流模型"來(lái)描述，包括哈德萊環(huán)流、費(fèi)雷爾環(huán)流和極地環(huán)流。這三個(gè)環(huán)流帶形成了地球表面的主要風(fēng)帶：赤道附近的信風(fēng)帶、中緯度的西風(fēng)帶和極地的東風(fēng)帶。這些風(fēng)帶對(duì)全球天氣和氣候格局具有決定性影響。哈德萊環(huán)流(0°-30°)赤道低壓帶空氣上升，高空向極地方向移動(dòng)，在副熱帶下沉形成高壓帶，地面回流形成信風(fēng)。這個(gè)環(huán)流帶是最強(qiáng)的，負(fù)責(zé)將大量熱量從赤道輸送到中緯度地區(qū)。費(fèi)雷爾環(huán)流(30°-60°)副熱帶高壓帶與極鋒低壓帶之間的環(huán)流系統(tǒng)。地面為西南風(fēng)，將暖濕空氣向極地輸送；高空為西北風(fēng)，將冷空氣向赤道方向輸送。這個(gè)環(huán)流帶特別容易產(chǎn)生天氣變化。極地環(huán)流(60°-90°)極地高壓區(qū)冷空氣下沉，地面向低緯度流動(dòng)形成極地東風(fēng)；高空則有回流氣流。這個(gè)環(huán)流系統(tǒng)較弱，但對(duì)極地地區(qū)的天氣有重要影響。氣團(tuán)與鋒面氣團(tuán)是一個(gè)水平范圍廣大、垂直厚度可達(dá)數(shù)千米、物理性質(zhì)（尤其是溫度和濕度）較為均勻的空氣團(tuán)。氣團(tuán)可按其源地（熱帶、極地）和下墊面性質(zhì)（海洋、大陸）分類，如熱帶海洋氣團(tuán)、極地大陸氣團(tuán)等。不同性質(zhì)的氣團(tuán)相遇時(shí)，由于密度差異，不易混合，形成了鋒面。鋒面是不同性質(zhì)氣團(tuán)之間的過(guò)渡帶，按照氣團(tuán)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)可分為冷鋒、暖鋒、靜止鋒和錮囚鋒。冷鋒移動(dòng)快，天氣變化劇烈；暖鋒移動(dòng)慢，降水范圍大；靜止鋒基本不移動(dòng)；錮囚鋒則是已經(jīng)停止移動(dòng)的冷鋒或暖鋒。冷鋒冷空氣主動(dòng)向暖空氣區(qū)域推進(jìn)，形成陡峭的鋒面，強(qiáng)迫暖空氣快速抬升，常引起短時(shí)強(qiáng)降水、雷暴等劇烈天氣變化。暖鋒暖空氣主動(dòng)向冷空氣區(qū)域推進(jìn)，形成緩坡狀鋒面，暖空氣緩慢上升，常產(chǎn)生持續(xù)性的層狀云和降水。靜止鋒冷暖氣團(tuán)勢(shì)均力敵，鋒面基本不移動(dòng)，可能帶來(lái)持續(xù)陰雨天氣，若受到外力擾動(dòng)，可能轉(zhuǎn)變?yōu)槔滗h或暖鋒。錮囚鋒移動(dòng)較快的冷鋒追上前方移動(dòng)較慢的暖鋒，將暖氣團(tuán)抬離地面，形成復(fù)雜的天氣系統(tǒng)，常帶來(lái)混合性降水。常見的天氣系統(tǒng)：低氣壓低氣壓是大氣環(huán)流中的重要天氣系統(tǒng)，中心氣壓低于周圍地區(qū)，表現(xiàn)為氣流向中心輻合并上升。低氣壓系統(tǒng)通常伴隨著多云、降水等不穩(wěn)定天氣，在天氣圖上以"L"表示，等壓線圍繞中心呈閉合的圓形或橢圓形。根據(jù)發(fā)生的緯度和形成機(jī)制不同，低氣壓可分為溫帶氣旋和熱帶氣旋兩大類。溫帶氣旋多發(fā)生在中高緯度地區(qū)，與鋒面活動(dòng)有關(guān)；熱帶氣旋則形成于熱帶和副熱帶海洋上，與海表溫度高、水汽條件充足有關(guān)。溫帶氣旋的形成溫帶氣旋多在鋒面波動(dòng)的基礎(chǔ)上發(fā)展而成，冷暖氣流交匯，氣壓下降，形成閉合的低壓環(huán)流系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)包括暖區(qū)和冷區(qū)，兩者之間以冷鋒和暖鋒分隔。溫帶氣旋的發(fā)展典型的溫帶氣旋有生成、發(fā)展、成熟和消亡四個(gè)階段，整個(gè)生命史一般為3-7天。在成熟階段，氣旋中心氣壓最低，氣壓梯度最大，風(fēng)力最強(qiáng)。熱帶氣旋特征熱帶氣旋強(qiáng)度大，中心氣壓可低至900hPa以下，風(fēng)速可達(dá)33m/s以上。結(jié)構(gòu)上具有明顯的眼區(qū)（風(fēng)眼）和眼墻，徑向?qū)ΨQ性強(qiáng)，無(wú)明顯鋒面結(jié)構(gòu)。影響與災(zāi)害低氣壓系統(tǒng)尤其是熱帶氣旋可帶來(lái)強(qiáng)風(fēng)、暴雨、風(fēng)暴潮等災(zāi)害性天氣，對(duì)沿海地區(qū)的人員和財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，需加強(qiáng)監(jiān)測(cè)預(yù)警。常見的天氣系統(tǒng)：高氣壓高氣壓是中心氣壓高于周圍地區(qū)的天氣系統(tǒng)，表現(xiàn)為氣流從中心向四周輻散并下沉。高氣壓區(qū)通常天氣晴朗穩(wěn)定，少云少雨，在天氣圖上以"H"表示，等壓線同樣呈閉合的圓形或橢圓形分布。高氣壓系統(tǒng)可按來(lái)源和性質(zhì)分為大陸高壓和海洋高壓。大陸高壓如西伯利亞高壓，冬季強(qiáng)盛，帶來(lái)寒冷干燥天氣；海洋高壓如副熱帶高壓，夏季強(qiáng)盛，影響范圍北移，帶來(lái)持續(xù)晴熱天氣。高氣壓天氣特征高氣壓區(qū)域通常天氣晴朗，云量少，能見度好。白天日照充足，輻射強(qiáng)；夜間輻射冷卻顯著，日溫差大。在冬季可能形成輻射霧，夏季則可能出現(xiàn)高溫天氣。副熱帶高壓副熱帶高壓是全球大氣環(huán)流中的重要系統(tǒng)，位于南北緯20°-40°之間。北半球夏季，太平洋副熱帶高壓西伸北抬，控制中國(guó)東部和南部地區(qū)，形成持續(xù)高溫少雨的伏旱天氣。西伯利亞高壓西伯利亞高壓是北半球冬季最強(qiáng)大的大陸性高氣壓，中心位于蒙古和西伯利亞地區(qū)。它控制東亞地區(qū)時(shí)，帶來(lái)寒冷干燥的天氣，是東亞冬季風(fēng)的主要組成部分，也是寒潮的重要源地。天氣圖：基本要素天氣圖是氣象分析和預(yù)報(bào)的重要工具，它通過(guò)符號(hào)和等值線直觀地表示大氣狀況。地面天氣圖包含各種氣象要素和天氣系統(tǒng)，如氣壓場(chǎng)、氣溫場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)、云量和天氣現(xiàn)象等，是判斷天氣形勢(shì)和趨勢(shì)的基礎(chǔ)。等壓線是天氣圖上最基本的要素，它連接氣壓相等的點(diǎn)，能清晰地顯示氣壓分布和高低氣壓系統(tǒng)。等溫線則連接溫度相等的點(diǎn)，反映溫度場(chǎng)分布。此外，還有風(fēng)向標(biāo)、云量符號(hào)、天氣現(xiàn)象符號(hào)等，共同構(gòu)成完整的天氣圖。符號(hào)類型符號(hào)含義天氣圖應(yīng)用等壓線連接相同氣壓值的點(diǎn)表示氣壓分布，識(shí)別高低氣壓系統(tǒng)等溫線連接相同溫度值的點(diǎn)表示溫度分布，識(shí)別冷暖區(qū)域風(fēng)向標(biāo)表示風(fēng)的方向和風(fēng)速分析風(fēng)場(chǎng)分布，判斷氣流走向云量符號(hào)表示天空云的覆蓋程度判斷各地云量多少，預(yù)測(cè)光照條件天氣現(xiàn)象符號(hào)表示降水、霧、雷電等現(xiàn)象了解各地實(shí)際天氣狀況鋒面符號(hào)表示冷鋒、暖鋒等鋒面位置分析冷暖氣團(tuán)交界位置，預(yù)測(cè)鋒面天氣天氣圖：分析方法天氣圖分析是氣象預(yù)報(bào)的核心環(huán)節(jié)，通過(guò)對(duì)天氣圖上各種要素和系統(tǒng)的識(shí)別、追蹤和演變規(guī)律研究，可以判斷天氣形勢(shì)并作出預(yù)測(cè)。分析時(shí)需綜合考慮氣壓場(chǎng)、溫度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)等多種因素，并結(jié)合衛(wèi)星云圖、雷達(dá)資料等進(jìn)行綜合判斷。天氣系統(tǒng)的識(shí)別是分析的第一步，包括辨認(rèn)高低氣壓、鋒面、氣旋、反氣旋等。隨后通過(guò)對(duì)這些系統(tǒng)前期演變的追蹤，結(jié)合數(shù)值預(yù)報(bào)指導(dǎo)，預(yù)測(cè)其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)和可能帶來(lái)的天氣影響。識(shí)別天氣系統(tǒng)辨認(rèn)高低氣壓中心、鋒面位置和類型追蹤系統(tǒng)演變分析系統(tǒng)強(qiáng)度和位置變化判斷天氣形勢(shì)確定主導(dǎo)天氣系統(tǒng)和控制范圍預(yù)測(cè)未來(lái)趨勢(shì)推斷系統(tǒng)移動(dòng)方向和速度評(píng)估天氣影響預(yù)測(cè)可能的天氣變化和影響范圍衛(wèi)星氣象：云圖衛(wèi)星云圖是通過(guò)氣象衛(wèi)星搭載的傳感器對(duì)地球大氣系統(tǒng)進(jìn)行遙感觀測(cè)獲得的圖像，能夠宏觀展示云系分布和演變。根據(jù)使用的波段不同，衛(wèi)星云圖分為可見光云圖、紅外云圖和水汽云圖三種主要類型，各具特點(diǎn)和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)?？梢姽庠茍D依靠太陽(yáng)光反射成像，只能在白天使用，但能清晰顯示云的厚度和結(jié)構(gòu)；紅外云圖利用云頂溫度差異成像，可晝夜連續(xù)監(jiān)測(cè)，還能反映云頂高度；水汽云圖則展示大氣中水汽分布，對(duì)無(wú)云區(qū)域的水汽也有探測(cè)能力。衛(wèi)星云圖在天氣分析中應(yīng)用廣泛，可識(shí)別和追蹤各類天氣系統(tǒng)，如臺(tái)風(fēng)、鋒面、氣旋等。對(duì)于廣闊的海洋和人跡罕至地區(qū)尤為重要，彌補(bǔ)了常規(guī)觀測(cè)網(wǎng)的不足。通過(guò)對(duì)云系形態(tài)、結(jié)構(gòu)、移動(dòng)和演變的分析，可預(yù)測(cè)天氣系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)和可能的天氣變化。雷達(dá)氣象氣象雷達(dá)是通過(guò)發(fā)射電磁波并接收目標(biāo)散射回波來(lái)探測(cè)大氣中降水粒子分布的設(shè)備。它基于電磁波遇到降水粒子（如雨滴、雪花、冰雹等）時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射和散射的原理，通過(guò)分析回波信號(hào)的強(qiáng)度、相位等特性，獲取降水的位置、強(qiáng)度、移動(dòng)等信息。現(xiàn)代氣象雷達(dá)多采用多普勒技術(shù)，不僅能探測(cè)降水強(qiáng)度，還能測(cè)量降水粒子的徑向速度，為強(qiáng)對(duì)流天氣監(jiān)測(cè)提供更全面的信息。偏振雷達(dá)則通過(guò)發(fā)射和接收不同極化方向的電磁波，可區(qū)分降水類型，如雨、雪、冰雹等。250探測(cè)距離（公里）現(xiàn)代氣象雷達(dá)的有效探測(cè)半徑通常為200-300公里，可覆蓋大范圍區(qū)域6分鐘/次掃描雷達(dá)通常每5-10分鐘完成一次體掃，提供準(zhǔn)實(shí)時(shí)的降水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)0.5公里分辨率空間分辨率可達(dá)0.5-1公里，能精確定位強(qiáng)對(duì)流天氣系統(tǒng)95%強(qiáng)對(duì)流預(yù)警命中率對(duì)雷暴、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣，雷達(dá)預(yù)警的命中率可達(dá)95%以上數(shù)值天氣預(yù)報(bào)：基礎(chǔ)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)是利用描述大氣運(yùn)動(dòng)和物理過(guò)程的數(shù)學(xué)方程組，在計(jì)算機(jī)上對(duì)大氣未來(lái)狀態(tài)進(jìn)行定量模擬和預(yù)測(cè)的方法。它將連續(xù)的大氣看作離散的網(wǎng)格點(diǎn)，通過(guò)數(shù)值方法求解流體力學(xué)和熱力學(xué)方程組，預(yù)測(cè)各網(wǎng)格點(diǎn)上未來(lái)的氣象要素值。數(shù)值預(yù)報(bào)過(guò)程主要包括三個(gè)環(huán)節(jié)：初始場(chǎng)準(zhǔn)備、模式積分和結(jié)果后處理。初始場(chǎng)通過(guò)資料同化技術(shù)將各種觀測(cè)數(shù)據(jù)融合為統(tǒng)一的三維大氣狀態(tài)；模式積分是計(jì)算未來(lái)大氣狀態(tài)的核心步驟；后處理則將模式的直接輸出轉(zhuǎn)化為各種預(yù)報(bào)產(chǎn)品。初始場(chǎng)準(zhǔn)備收集和處理各類觀測(cè)數(shù)據(jù)，包括地面站、高空探測(cè)、衛(wèi)星和雷達(dá)資料等，通過(guò)資料同化技術(shù)，將這些不同來(lái)源、不同時(shí)空分布的數(shù)據(jù)融合為描述當(dāng)前大氣狀態(tài)的三維格點(diǎn)場(chǎng)。模式積分使用數(shù)值方法求解描述大氣運(yùn)動(dòng)的偏微分方程組，包括動(dòng)量方程、熱力學(xué)方程、連續(xù)性方程等，從初始場(chǎng)出發(fā)，逐步積分計(jì)算未來(lái)各時(shí)刻的大氣狀態(tài)。后處理將模式直接輸出的各氣象要素場(chǎng)進(jìn)行插值、平滑、統(tǒng)計(jì)解釋等處理，轉(zhuǎn)化為各種預(yù)報(bào)產(chǎn)品，如天氣圖、降水預(yù)報(bào)、溫度預(yù)報(bào)等，供預(yù)報(bào)員和公眾使用。數(shù)值天氣預(yù)報(bào)：模式數(shù)值預(yù)報(bào)模式是數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的核心工具，根據(jù)空間覆蓋范圍和模擬分辨率，可分為全球模式和區(qū)域模式。全球模式覆蓋整個(gè)地球，水平分辨率較低，適合中長(zhǎng)期預(yù)報(bào)；區(qū)域模式僅覆蓋特定區(qū)域，分辨率較高，適合短期和臨近預(yù)報(bào)，尤其是對(duì)局地強(qiáng)對(duì)流天氣的預(yù)報(bào)。目前國(guó)際上主要的全球模式包括歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心的ECMWF模式、美國(guó)的全球預(yù)報(bào)系統(tǒng)GFS、英國(guó)氣象局的統(tǒng)一模式UM等。區(qū)域模式則有WRF、GRAPES等。各模式在動(dòng)力框架、物理過(guò)程參數(shù)化等方面存在差異，導(dǎo)致預(yù)報(bào)性能有所不同。ECMWFGFSGRAPES氣象觀測(cè)：地面觀測(cè)地面氣象觀測(cè)是氣象業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)，通過(guò)布設(shè)在地面的各類觀測(cè)設(shè)備，獲取近地層大氣的溫度、濕度、氣壓、風(fēng)、降水等氣象要素。傳統(tǒng)地面觀測(cè)依靠人工讀取儀器數(shù)據(jù)并記錄，現(xiàn)代氣象站則多采用自動(dòng)化設(shè)備，實(shí)現(xiàn)全天候連續(xù)觀測(cè)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。地面氣象站按照功能和觀測(cè)內(nèi)容可分為基本站、基準(zhǔn)站、一般站等類型?；菊居^測(cè)項(xiàng)目最全，包括常規(guī)氣象要素和輻射、土壤溫濕度等特殊要素；基準(zhǔn)站是氣候變化監(jiān)測(cè)的重要依托；一般站則主要觀測(cè)基本氣象要素。觀測(cè)站的密度和分布對(duì)天氣分析和預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性有重要影響。溫度觀測(cè)使用溫度計(jì)或溫度傳感器測(cè)量空氣溫度，通常安裝在百葉箱內(nèi)，避免陽(yáng)光直射和雨雪影響。自動(dòng)站采用電阻式或熱電偶式溫度傳感器，精度可達(dá)±0.1℃。濕度觀測(cè)傳統(tǒng)使用干濕球溫度計(jì)，通過(guò)干球與濕球溫度差計(jì)算相對(duì)濕度。現(xiàn)代氣象站多采用電容式或電阻式濕度傳感器，直接測(cè)量相對(duì)濕度，反應(yīng)靈敏且維護(hù)簡(jiǎn)便。氣壓觀測(cè)使用水銀氣壓計(jì)、空盒氣壓計(jì)或電子氣壓計(jì)測(cè)量大氣壓力。自動(dòng)站通常采用振動(dòng)弦式或電容式氣壓傳感器，精度高、穩(wěn)定性好、便于自動(dòng)化觀測(cè)。降水觀測(cè)傳統(tǒng)使用人工雨量筒，現(xiàn)代自動(dòng)站采用翻斗式、稱重式或光學(xué)雨量計(jì)。除測(cè)量降水量外，還可記錄降水起止時(shí)間和雨強(qiáng)變化，部分站點(diǎn)還具備降水類型識(shí)別功能。氣象觀測(cè)：高空觀測(cè)高空氣象觀測(cè)是通過(guò)各種技術(shù)手段獲取對(duì)流層和平流層大氣狀態(tài)的觀測(cè)方法，為天氣分析和數(shù)值預(yù)報(bào)提供三維大氣資料。探空氣球是最傳統(tǒng)也是最主要的高空觀測(cè)工具，它攜帶探空儀緩慢上升，測(cè)量不同高度的氣象要素，并通過(guò)無(wú)線電信號(hào)傳回地面接收站?，F(xiàn)代探空系統(tǒng)通常由氫氣或氦氣充填的氣球、無(wú)線電探空儀和地面接收處理設(shè)備組成。探空儀裝有溫度、濕度、氣壓傳感器和GPS接收機(jī)，可測(cè)量垂直氣象剖面和風(fēng)向風(fēng)速。隨著氣球上升，外部氣壓降低，氣球逐漸膨脹，最終在高空爆裂，探空儀則借助降落傘緩慢下落。探空氣球準(zhǔn)備氣象人員使用氫氣或氦氣充填特制的乳膠氣球，并將其與探空儀連接。氣球的充氣量根據(jù)期望的上升速率（通常為5-6米/秒）和最大高度要求進(jìn)行調(diào)整。探空儀在釋放前需進(jìn)行校準(zhǔn)和功能測(cè)試。探空氣球施放全球主要探空站每天在世界協(xié)調(diào)時(shí)00和12時(shí)同步施放探空氣球，部分站點(diǎn)還增加了06和18時(shí)的觀測(cè)。施放時(shí)需注意周圍環(huán)境，避免氣球碰到障礙物。探空儀起飛后立即開始發(fā)送數(shù)據(jù)至地面站。數(shù)據(jù)接收與處理地面接收站持續(xù)追蹤探空儀發(fā)送的無(wú)線電信號(hào)，接收溫度、濕度、氣壓和GPS位置數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)質(zhì)量控制和處理后，生成標(biāo)準(zhǔn)氣壓面上的氣象要素值，并編發(fā)為高空探測(cè)電碼，供各級(jí)氣象部門使用。探測(cè)資料應(yīng)用高空探測(cè)資料是天氣分析和數(shù)值預(yù)報(bào)的關(guān)鍵輸入，用于繪制等壓面天氣圖、垂直剖面圖，分析大氣穩(wěn)定度，識(shí)別逆溫層，評(píng)估降水潛勢(shì)等。它也是研究大氣垂直結(jié)構(gòu)變化和驗(yàn)證衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的重要依據(jù)。短期天氣預(yù)報(bào)短期天氣預(yù)報(bào)是指對(duì)未來(lái)0-72小時(shí)天氣狀況的預(yù)測(cè)，是氣象部門最基本、應(yīng)用最廣泛的預(yù)報(bào)產(chǎn)品。它具有時(shí)效性強(qiáng)、預(yù)報(bào)精度高、更新頻率快的特點(diǎn)，為公眾日常生活和各行業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)提供重要參考。短期預(yù)報(bào)綜合運(yùn)用天氣圖分析、數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品和預(yù)報(bào)員經(jīng)驗(yàn)，著重預(yù)測(cè)降水、氣溫、風(fēng)向風(fēng)速等要素，特別關(guān)注強(qiáng)對(duì)流天氣、暴雨、大風(fēng)等災(zāi)害性天氣過(guò)程。預(yù)報(bào)方法通常采用天氣學(xué)-動(dòng)力學(xué)相結(jié)合的方式，既重視歷史天氣形勢(shì)的類比，又充分利用數(shù)值模式的客觀指導(dǎo)。天氣形勢(shì)分析分析當(dāng)前天氣形勢(shì)和系統(tǒng)演變趨勢(shì)，確定主導(dǎo)天氣系統(tǒng)和影響范圍數(shù)值產(chǎn)品參考利用多種數(shù)值模式產(chǎn)品，對(duì)比分析各模式預(yù)報(bào)結(jié)果的一致性和差異歷史案例對(duì)比尋找歷史上相似的天氣形勢(shì)案例，參考其演變規(guī)律和天氣影響綜合預(yù)報(bào)制作根據(jù)上述分析，綜合判斷未來(lái)天氣變化，制作預(yù)報(bào)產(chǎn)品并發(fā)布中期天氣預(yù)報(bào)中期天氣預(yù)報(bào)是指對(duì)未來(lái)3-15天天氣狀況的預(yù)測(cè)，處于短期預(yù)報(bào)和長(zhǎng)期預(yù)報(bào)之間，是連接天氣預(yù)報(bào)和氣候預(yù)測(cè)的重要環(huán)節(jié)。隨著數(shù)值模式性能的提高，中期預(yù)報(bào)的應(yīng)用價(jià)值日益凸顯，為各行業(yè)中長(zhǎng)期規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。中期預(yù)報(bào)主要依賴數(shù)值預(yù)報(bào)技術(shù)，特別是全球模式如ECMWF、GFS等。由于時(shí)效較長(zhǎng)，中期預(yù)報(bào)更加關(guān)注大尺度環(huán)流形勢(shì)和天氣型的變化，而非具體的天氣要素細(xì)節(jié)。預(yù)報(bào)內(nèi)容主要包括氣溫趨勢(shì)、降水分布、重要天氣過(guò)程等，通常以5天為界限，前5天可給出較為具體的預(yù)報(bào)，后期則以天氣趨勢(shì)為主。中期預(yù)報(bào)關(guān)鍵技術(shù)中期預(yù)報(bào)主要依靠全球數(shù)值模式，關(guān)鍵技術(shù)包括集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)、延伸期預(yù)報(bào)技術(shù)和模式輸出統(tǒng)計(jì)等。集合預(yù)報(bào)通過(guò)多次略微不同的初始場(chǎng)積分，得到一組預(yù)報(bào)結(jié)果，可評(píng)估預(yù)報(bào)的不確定性；模式輸出統(tǒng)計(jì)則利用歷史資料校正模式系統(tǒng)性誤差，提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)示意圖：多條預(yù)報(bào)路徑表示不同初始條件下的預(yù)報(bào)結(jié)果，路徑散度越大表示不確定性越高。預(yù)報(bào)員通過(guò)分析這些可能路徑，給出最可能的天氣趨勢(shì)和發(fā)生概率。中期預(yù)報(bào)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、水資源管理、電力調(diào)度等行業(yè)具有重要指導(dǎo)意義。例如，農(nóng)業(yè)可根據(jù)未來(lái)一周的降水預(yù)報(bào)安排農(nóng)事活動(dòng)；水庫(kù)調(diào)度可依據(jù)中期降水趨勢(shì)調(diào)整蓄放水計(jì)劃；電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)也需參考未來(lái)7-10天的氣溫變化。因此，提高中期預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域都有顯著價(jià)值。長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)是指對(duì)未來(lái)一個(gè)月以上，甚至數(shù)月至一年的天氣趨勢(shì)預(yù)測(cè)，又稱氣候預(yù)測(cè)。長(zhǎng)期預(yù)報(bào)不關(guān)注具體某一天的天氣狀況，而是預(yù)測(cè)一段時(shí)期內(nèi)氣溫、降水等要素的平均狀態(tài)和異常特征，如"未來(lái)一個(gè)月降水偏多""冬季氣溫偏暖"等。長(zhǎng)期預(yù)報(bào)的理論基礎(chǔ)是大氣與海洋、陸面等其他圈層之間的相互作用，以及大氣內(nèi)部低頻振蕩信號(hào)。例如，厄爾尼諾-南方濤動(dòng)(ENSO)是影響全球氣候年際變化的重要信號(hào)；北極濤動(dòng)、南極濤動(dòng)等大氣環(huán)流型態(tài)也與區(qū)域氣候異常密切相關(guān)。統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方法利用歷史資料，通過(guò)相關(guān)分析、回歸分析等統(tǒng)計(jì)方法，建立前期信號(hào)與后期天氣異常的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。關(guān)鍵信號(hào)包括海溫異常、積雪覆蓋、土壤濕度等，這些慢變量具有較強(qiáng)的持續(xù)性和預(yù)報(bào)意義。統(tǒng)計(jì)方法簡(jiǎn)便易行，但物理機(jī)制不夠明確，遇到極端異常情況時(shí)可能失效。動(dòng)力預(yù)報(bào)方法使用氣候模式進(jìn)行長(zhǎng)期積分，模擬大氣-海洋-陸面耦合系統(tǒng)的長(zhǎng)期演變。氣候模式比天氣預(yù)報(bào)模式更加復(fù)雜，包含更完整的物理過(guò)程和邊界條件。動(dòng)力方法物理基礎(chǔ)更加扎實(shí)，但計(jì)算資源需求大，且模式對(duì)初始場(chǎng)和參數(shù)化方案敏感，存在不確定性。動(dòng)力—統(tǒng)計(jì)結(jié)合方法結(jié)合動(dòng)力模式和統(tǒng)計(jì)方法的優(yōu)勢(shì)，綜合多種預(yù)報(bào)信息。例如，利用動(dòng)力模式預(yù)報(bào)環(huán)流場(chǎng)，再通過(guò)統(tǒng)計(jì)降尺度技術(shù)得到區(qū)域天氣要素；或者利用統(tǒng)計(jì)方法校正動(dòng)力模式的系統(tǒng)性誤差，提高預(yù)報(bào)技巧。目前業(yè)務(wù)長(zhǎng)期預(yù)報(bào)多采用動(dòng)力—統(tǒng)計(jì)結(jié)合的方法。概率預(yù)報(bào)概率預(yù)報(bào)是以概率形式表達(dá)的天氣預(yù)報(bào)，不同于傳統(tǒng)的確定性預(yù)報(bào)，它明確承認(rèn)預(yù)報(bào)的不確定性，并量化這種不確定性。概率預(yù)報(bào)通常表述為"降水概率為60%"或"氣溫在15-20°C之間的概率為80%"等形式，為用戶提供更全面的風(fēng)險(xiǎn)信息。預(yù)報(bào)不確定性來(lái)源于兩個(gè)方面：一是大氣本身的混沌性，即對(duì)初始條件的微小誤差會(huì)隨時(shí)間放大；二是現(xiàn)有觀測(cè)資料的局限性和數(shù)值模式的簡(jiǎn)化，導(dǎo)致無(wú)法完全準(zhǔn)確描述和模擬大氣狀態(tài)。概率預(yù)報(bào)通過(guò)集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)等技術(shù)，量化這些不確定性，幫助用戶做出更合理的決策。概率預(yù)報(bào)最常見的表現(xiàn)形式是降水概率，它指特定時(shí)段內(nèi)預(yù)報(bào)區(qū)域任一點(diǎn)出現(xiàn)降水的概率。例如，"明天降水概率60%"意味著在預(yù)報(bào)區(qū)域內(nèi)隨機(jī)選擇一點(diǎn)，它明天出現(xiàn)降水的概率為60%。此外，還有氣溫區(qū)間概率、強(qiáng)對(duì)流天氣概率、臺(tái)風(fēng)路徑概率等多種表達(dá)方式，為不同用戶提供針對(duì)性的風(fēng)險(xiǎn)信息。天氣預(yù)報(bào)的檢驗(yàn)與評(píng)估天氣預(yù)報(bào)檢驗(yàn)是對(duì)預(yù)報(bào)質(zhì)量進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)的過(guò)程，通過(guò)比較預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)，計(jì)算各種評(píng)分指標(biāo)，量化預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。預(yù)報(bào)檢驗(yàn)既是對(duì)過(guò)去預(yù)報(bào)工作的總結(jié)，也是改進(jìn)預(yù)報(bào)技術(shù)的重要依據(jù)，同時(shí)還能為用戶提供預(yù)報(bào)可信度的參考。預(yù)報(bào)檢驗(yàn)采用多種評(píng)分方法，針對(duì)不同預(yù)報(bào)要素有不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)。對(duì)降水預(yù)報(bào)，常用TS評(píng)分（臨界成功指數(shù)）和Bias評(píng)分（偏差評(píng)分）；對(duì)連續(xù)變量如溫度、氣壓等，則使用均方根誤差、相關(guān)系數(shù)等指標(biāo)。此外，還有針對(duì)概率預(yù)報(bào)的特殊評(píng)分方法，如ROC曲線和可靠性圖等。24小時(shí)預(yù)報(bào)48小時(shí)預(yù)報(bào)72小時(shí)預(yù)報(bào)災(zāi)害性天氣：暴雨暴雨是指24小時(shí)內(nèi)降水量達(dá)50毫米以上，或12小時(shí)內(nèi)降水量達(dá)30毫米以上的降水過(guò)程。按照強(qiáng)度劃分，24小時(shí)降水量50-99.9毫米為暴雨，100-249.9毫米為大暴雨，250毫米以上為特大暴雨。暴雨往往引發(fā)洪水、山體滑坡、泥石流等次生災(zāi)害，給人民生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)嚴(yán)重威脅。暴雨形成需要三個(gè)基本條件：充足的水汽供應(yīng)、強(qiáng)烈的抬升運(yùn)動(dòng)和不穩(wěn)定的大氣層結(jié)。水汽主要來(lái)自海洋，通過(guò)水汽輸送帶進(jìn)入降水區(qū)域；抬升機(jī)制包括鋒面抬升、地形抬升、氣旋輻合和對(duì)流不穩(wěn)定等；大氣不穩(wěn)定度則決定了對(duì)流發(fā)展的強(qiáng)度和高度。70%暴雨發(fā)生概率我國(guó)每年6-8月的夏季是暴雨高發(fā)期，全國(guó)約70%的暴雨發(fā)生在這一時(shí)段400歷史最大降水（毫米）我國(guó)歷史單日最大降水量超過(guò)1000毫米，小時(shí)降水強(qiáng)度可達(dá)100毫米以上6預(yù)警等級(jí)暴雨預(yù)警分為藍(lán)、黃、橙、紅四個(gè)等級(jí)，根據(jù)降水量和持續(xù)時(shí)間確定85%預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率現(xiàn)代暴雨預(yù)報(bào)技術(shù)的24小時(shí)命中率達(dá)到85%以上，提前發(fā)布預(yù)警信息災(zāi)害性天氣：臺(tái)風(fēng)臺(tái)風(fēng)是發(fā)生在西北太平洋和南海的熱帶氣旋，當(dāng)近地面最大風(fēng)速達(dá)到12級(jí)（32.7m/s）以上時(shí)稱為臺(tái)風(fēng)。臺(tái)風(fēng)具有風(fēng)力強(qiáng)、降水大、風(fēng)暴潮高的特點(diǎn)，是我國(guó)東南沿海地區(qū)最主要的氣象災(zāi)害之一。臺(tái)風(fēng)中心氣壓低，外圍氣流呈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)（北半球），中心有一個(gè)風(fēng)力較小的"臺(tái)風(fēng)眼"。臺(tái)風(fēng)生成需要一定條件：海水溫度高于26°C，具有充足的熱量和水汽供應(yīng)；較弱的垂直風(fēng)切變，使對(duì)流系統(tǒng)能夠垂直發(fā)展；離赤道5°以上，有足夠的科里奧利力；具有初始擾動(dòng)如低壓槽或東風(fēng)波等。臺(tái)風(fēng)在生命史中經(jīng)歷生成、發(fā)展、成熟和消亡四個(gè)階段，從熱帶擾動(dòng)發(fā)展為臺(tái)風(fēng)一般需要4-5天時(shí)間。熱帶擾動(dòng)海面上出現(xiàn)小范圍低壓區(qū)，云系開始組織化，最大風(fēng)速小于8級(jí)。氣象衛(wèi)星可觀測(cè)到初步的螺旋狀云帶，但尚未形成明顯的環(huán)流中心。熱帶低壓低壓中心加深，組織化程度增強(qiáng)，8-9級(jí)風(fēng)圈出現(xiàn)。這一階段環(huán)流閉合，形成明顯的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，但強(qiáng)度仍然較弱，尚未達(dá)到臺(tái)風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)。3臺(tái)風(fēng)形成中心氣壓顯著下降，最大風(fēng)速達(dá)到12級(jí)以上，形成明顯的臺(tái)風(fēng)眼。此時(shí)云系已高度組織化，形成典型的臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)，輻射狀螺旋雨帶清晰可見。4登陸或消亡臺(tái)風(fēng)登陸后，因能量供應(yīng)減少和地面摩擦增加而逐漸減弱。也可能未登陸但移至高緯度冷水區(qū)，轉(zhuǎn)變?yōu)闇貛庑蛑苯酉?。?zāi)害性天氣：寒潮寒潮是強(qiáng)冷空氣大規(guī)模南下造成的大范圍、顯著降溫天氣過(guò)程。根據(jù)我國(guó)氣象標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)48小時(shí)內(nèi)氣溫下降幅度達(dá)到8°C以上，且最低氣溫降至4°C或以下時(shí)，即可判定為寒潮。寒潮常伴有大風(fēng)、降溫、霜凍等多種災(zāi)害性天氣，對(duì)農(nóng)業(yè)、交通、能源和人體健康帶來(lái)不利影響。寒潮形成的主要原因是冷高壓的迅速加強(qiáng)和南移。西伯利亞或蒙古高原上的冷高壓顯著增強(qiáng)后，大量極地冷空氣沿高壓南側(cè)向南推進(jìn)，形成強(qiáng)冷鋒，導(dǎo)致鋒后地區(qū)氣溫驟降。冷空氣強(qiáng)度、鋒面移動(dòng)速度和影響范圍決定了寒潮的強(qiáng)度和影響程度。寒潮天氣圖特征寒潮天氣圖上表現(xiàn)為高空槽東移南下，地面等壓線密集，冷鋒推進(jìn)迅速。高空西北氣流加強(qiáng)，有明顯的冷平流；地面則有強(qiáng)盛的偏北風(fēng)，引導(dǎo)冷空氣快速南下。預(yù)報(bào)員通過(guò)分析環(huán)流形勢(shì)變化，可提前預(yù)測(cè)寒潮過(guò)程。寒潮的社會(huì)影響寒潮對(duì)社會(huì)生產(chǎn)生活影響廣泛。農(nóng)業(yè)方面可能導(dǎo)致越冬作物凍害；交通方面因道路結(jié)冰影響出行安全；能源消耗急劇增加，供暖系統(tǒng)負(fù)荷加大；公共衛(wèi)生方面則可能誘發(fā)心腦血管疾病，增加呼吸系統(tǒng)疾病發(fā)病率。寒潮監(jiān)測(cè)預(yù)警氣象部門通過(guò)密集觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)，密切監(jiān)視寒潮發(fā)展。寒潮預(yù)警分為藍(lán)、黃、橙、紅四級(jí)，根據(jù)降溫幅度和最低氣溫確定預(yù)警等級(jí)。預(yù)警發(fā)布后，各部門啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)，采取防寒保暖、防凍防滑等防御措施。災(zāi)害性天氣：高溫高溫是指日最高氣溫達(dá)到35°C或以上的天氣現(xiàn)象。連續(xù)三天以上日最高氣溫達(dá)到35°C以上時(shí)，稱為高溫?zé)崂?。我?guó)高溫天氣主要出現(xiàn)在夏季6-8月，尤其集中在7月下旬至8月上旬，俗稱"三伏天"。長(zhǎng)江中下游地區(qū)、華南地區(qū)和新疆吐魯番盆地是我國(guó)高溫的主要發(fā)生區(qū)域。高溫形成的主要原因是副熱帶高壓控制。夏季，副熱帶高壓北抬并向西伸展，其控制區(qū)域內(nèi)，下沉氣流增溫增熱，云量少，日照強(qiáng)，導(dǎo)致氣溫持續(xù)升高。此外，城市熱島效應(yīng)、地形輻合、焚風(fēng)效應(yīng)等局地因素也會(huì)加劇高溫強(qiáng)度。高溫常伴隨干旱發(fā)生，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、供電系統(tǒng)、人體健康等構(gòu)成嚴(yán)重威脅。副熱帶高壓控制下沉增溫，晴空輻射強(qiáng)土壤水分減少潛熱減少，感熱增加城市熱島效應(yīng)建筑吸熱，散熱緩慢健康風(fēng)險(xiǎn)增加中暑，心腦血管疾病高溫預(yù)警分為黃色、橙色、紅色三級(jí)，當(dāng)預(yù)計(jì)未來(lái)24小時(shí)內(nèi)最高氣溫將達(dá)到35°C、37°C、40°C以上時(shí)，分別發(fā)布相應(yīng)級(jí)別預(yù)警。防御措施包括調(diào)整戶外作業(yè)時(shí)間，加強(qiáng)防暑降溫，做好電力調(diào)度，關(guān)注老弱病幼群體等。在氣候變化背景下，極端高溫事件有增多趨勢(shì)，防御工作愈發(fā)重要。災(zāi)害性天氣：干旱干旱是一種緩發(fā)性氣象災(zāi)害，指因降水長(zhǎng)期偏少或無(wú)降水，導(dǎo)致土壤和空氣異常干燥的現(xiàn)象。與其他氣象災(zāi)害相比，干旱發(fā)生緩慢，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，影響范圍廣，造成的經(jīng)濟(jì)損失往往最為嚴(yán)重。根據(jù)成因和特點(diǎn)，干旱可分為氣象干旱、農(nóng)業(yè)干旱、水文干旱和社會(huì)經(jīng)濟(jì)干旱四種類型。干旱形成的主要原因是大氣環(huán)流異常導(dǎo)致的降水偏少。如副熱帶高壓長(zhǎng)期控制，阻斷水汽輸送和對(duì)流發(fā)展；或者強(qiáng)盛的冷高壓控制，使空氣干燥少云，降水難以形成。此外，厄爾尼諾-南方濤動(dòng)等全球氣候事件也會(huì)影響某些地區(qū)的降水格局，誘發(fā)區(qū)域性干旱。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水資源供應(yīng)生態(tài)環(huán)境工業(yè)生產(chǎn)其他領(lǐng)域干旱監(jiān)測(cè)主要通過(guò)降水量、土壤濕度、河湖水位等指標(biāo)進(jìn)行，常用的干旱指數(shù)包括標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)(SPI)、帕爾默干旱指數(shù)(PDSI)等。防御干旱的措施包括興修水利設(shè)施、改良灌溉技術(shù)、優(yōu)化農(nóng)作物布局、開展人工增雨和節(jié)水宣傳等。在氣候變化背景下，許多地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)增加，需加強(qiáng)監(jiān)測(cè)預(yù)警和適應(yīng)能力建設(shè)。災(zāi)害性天氣：沙塵暴沙塵暴是一種在強(qiáng)風(fēng)作用下，大量沙塵被卷入空中，使空氣混濁，能見度顯著降低的災(zāi)害性天氣。根據(jù)能見度標(biāo)準(zhǔn)，可分為浮塵（能見度1-10公里）、揚(yáng)沙（能見度0.5-1公里）、沙塵暴（能見度小于0.5公里）和強(qiáng)沙塵暴（能見度小于0.05公里）等級(jí)別。沙塵暴多發(fā)生在春季，對(duì)大氣環(huán)境、交通運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人體健康造成嚴(yán)重影響。沙塵暴形成需要三個(gè)條件：強(qiáng)風(fēng)、松散干燥的沙源地和不穩(wěn)定的大氣層結(jié)。我國(guó)沙塵暴多源于蒙古高原和我國(guó)西北地區(qū)的沙漠、戈壁，在強(qiáng)冷空氣活動(dòng)引發(fā)的大風(fēng)條件下，地面沙塵被卷入空中，隨氣流向下游輸送，影響范圍可達(dá)數(shù)百至上千公里。強(qiáng)風(fēng)觸發(fā)強(qiáng)冷空氣南下，產(chǎn)生8級(jí)以上大風(fēng)，為沙塵暴提供動(dòng)力條件沙源起沙源區(qū)土壤松散干燥，植被稀少，沙塵容易被風(fēng)力揚(yáng)起3垂直輸送不穩(wěn)定層結(jié)促進(jìn)沙塵垂直混合，形成高大沙塵云團(tuán)水平傳輸沙塵隨氣流向下游輸送，影響范圍擴(kuò)大，甚至跨國(guó)傳播氣候變化：基本概念氣候變化是指氣候系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)間尺度上的變化，包括全球溫度、降水模式、風(fēng)場(chǎng)以及極端天氣頻率等的改變。氣候變化既有自然因素引起的部分，如太陽(yáng)活動(dòng)、火山噴發(fā)等，也有人類活動(dòng)導(dǎo)致的變化，其中以工業(yè)革命以來(lái)人為溫室氣體排放引起的全球變暖最為顯著。氣候觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，全球平均溫度自19世紀(jì)末以來(lái)已上升約1.1°C，且近幾十年升溫加速。海平面上升、冰川退縮、北極海冰范圍縮小等物理證據(jù)進(jìn)一步證實(shí)了全球變暖的事實(shí)。與此同時(shí)，極端天氣氣候事件如熱浪、強(qiáng)降水、干旱等在全球多地呈增多趨勢(shì)。溫度上升全球平均氣溫自工業(yè)化前已上升約1.1°C，陸地升溫快于海洋，高緯度地區(qū)升溫幅度大于低緯度地區(qū)。若不采取強(qiáng)有力減排措施，本世紀(jì)末全球升溫可能超過(guò)2°C，帶來(lái)嚴(yán)重后果。海平面上升由于冰川融化和海水熱膨脹，全球平均海平面自1900年以來(lái)已上升約20厘米，且上升速率不斷加快。預(yù)計(jì)到2100年，海平面可能上升30-100厘米，威脅沿海低洼地區(qū)。極端事件增多全球變暖導(dǎo)致大氣含水量增加，能量積累增多，使得極端高溫、強(qiáng)降水等事件頻率和強(qiáng)度增加。同時(shí)，某些地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)也有所上升，氣候系統(tǒng)變得更不穩(wěn)定。生態(tài)系統(tǒng)影響氣候變化影響生物季節(jié)節(jié)律、物種分布范圍和生物多樣性。例如，許多物種正向極地或高海拔遷移，植物花期提前，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能受到擾動(dòng)。氣候變化：溫室氣體溫室氣體是指能夠吸收地球表面發(fā)出的長(zhǎng)波輻射，導(dǎo)致溫室效應(yīng)的大氣成分。主要的溫室氣體包括二氧化碳(CO?)、甲烷(CH?)、氧化亞氮(N?O)、氫氟碳化物(HFCs)、全氟化碳(PFCs)和六氟化硫(SF?)等。不同溫室氣體的全球變暖潛勢(shì)不同，例如，甲烷的溫室效應(yīng)是二氧化碳的28倍，氧化亞氮?jiǎng)t是265倍。人為溫室氣體排放主要來(lái)源于化石燃料燃燒、工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)活動(dòng)和土地利用變化等。自工業(yè)革命以來(lái)，大氣中主要溫室氣體濃度顯著上升：二氧化碳從280ppm增加到現(xiàn)在的415ppm以上，甲烷和氧化亞氮也分別增加了150%和20%以上。這些溫室氣體增加強(qiáng)化了大氣的保溫效應(yīng)，導(dǎo)致全球變暖。能源生產(chǎn)工業(yè)過(guò)程交通運(yùn)輸農(nóng)業(yè)活動(dòng)森林砍伐建筑能耗氣候變化：應(yīng)對(duì)策略應(yīng)對(duì)氣候變化主要有兩大策略：減緩和適應(yīng)。減緩策略旨在減少溫室氣體排放和增加碳匯，從源頭上控制氣候變化；適應(yīng)策略則是調(diào)整自然或人類系統(tǒng)，以應(yīng)對(duì)實(shí)際或預(yù)期的氣候變化影響，降低其危害或利用有利機(jī)會(huì)。兩種策略相輔相成，缺一不可。減緩氣候變化的核心是發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，主要措施包括提高能源效率、發(fā)展可再生能源、發(fā)展核能、推廣碳捕集與封存技術(shù)、保護(hù)森林和濕地等碳匯。適應(yīng)措施則因地區(qū)和行業(yè)而異，包括改良農(nóng)作物品種、調(diào)整種植結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)防洪排澇設(shè)施建設(shè)、改進(jìn)城市規(guī)劃和建筑設(shè)計(jì)等。減緩戰(zhàn)略發(fā)展清潔可再生能源，如太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能等提高能源利用效率，降低單位產(chǎn)值能耗調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展綠色交通，推廣電動(dòng)汽車和公共交通保護(hù)和增加森林、草地、濕地等自然碳匯開發(fā)碳捕集、利用與封存技術(shù)適應(yīng)戰(zhàn)略農(nóng)業(yè)適應(yīng)：培育抗旱耐熱作物品種，調(diào)整種植結(jié)構(gòu)和農(nóng)事安排水資源管理：節(jié)約用水，加強(qiáng)水利設(shè)施建設(shè)，發(fā)展水循環(huán)利用技術(shù)海岸帶保護(hù)：建設(shè)海堤，保護(hù)紅樹林，退灘還海公共衛(wèi)生：加強(qiáng)防疫體系建設(shè)，應(yīng)對(duì)氣候變化帶來(lái)的疾病風(fēng)險(xiǎn)城市規(guī)劃：優(yōu)化城市布局，增加綠地，改善排水系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)管理：保護(hù)生物多樣性，建立生態(tài)廊道，促進(jìn)物種遷移氣象服務(wù)：面向公眾面向公眾的氣象服務(wù)是氣象部門最基礎(chǔ)、覆蓋面最廣的服務(wù)內(nèi)容，旨在為公眾日常生活提供精準(zhǔn)、及時(shí)的天氣信息。隨著科技發(fā)展，氣象信息傳播渠道日益多樣化，從傳統(tǒng)的電視、廣播、報(bào)紙，到現(xiàn)代的網(wǎng)站、手機(jī)APP、社交媒體，使氣象信息更加便捷可及。公眾氣象服務(wù)的主要內(nèi)容包括常規(guī)天氣預(yù)報(bào)、氣象災(zāi)害預(yù)警、生活指數(shù)和氣象科普等。其中，天氣預(yù)報(bào)以未來(lái)1-7天為主，提供溫度、降水、風(fēng)等基本要素；氣象災(zāi)害預(yù)警則針對(duì)可能發(fā)生的災(zāi)害性天氣，及時(shí)發(fā)布預(yù)警信號(hào)；生活指數(shù)如穿衣、洗車、旅游等指數(shù)，為公眾日常決策提供參考。移動(dòng)端氣象服務(wù)隨著智能手機(jī)普及，手機(jī)氣象APP成為公眾獲取天氣信息的主要渠道。這些應(yīng)用提供精細(xì)化預(yù)報(bào)，包括分鐘級(jí)降水預(yù)報(bào)、未來(lái)24小時(shí)逐小時(shí)預(yù)報(bào)等。同時(shí)，借助定位功能，可為用戶提供精準(zhǔn)的位置化服務(wù)，使預(yù)報(bào)更加個(gè)性化。氣象災(zāi)害預(yù)警服務(wù)氣象災(zāi)害預(yù)警通過(guò)多種渠道發(fā)布，包括廣播電視、手機(jī)短信、應(yīng)急廣播、微信公眾號(hào)等。預(yù)警信息內(nèi)容包括災(zāi)害類型、影響范圍、發(fā)生時(shí)間、可能危害和防御建議等，便于公眾及時(shí)采取防御措施，減輕災(zāi)害影響。氣象科普教育氣象科普是提高全民氣象素養(yǎng)的重要手段。通過(guò)科普讀物、網(wǎng)絡(luò)科普文章、氣象科普展覽、氣象開放日等活動(dòng)，向公眾普及氣象科學(xué)知識(shí)，提高防災(zāi)減災(zāi)意識(shí)和能力，形成全社會(huì)關(guān)注氣象、支持氣象的良好氛圍。氣象服務(wù)：面向行業(yè)面向行業(yè)的氣象服務(wù)是將氣象信息與特定行業(yè)需求相結(jié)合，為各行業(yè)提供專業(yè)化、針對(duì)性的氣象服務(wù)產(chǎn)品。不同于公眾氣象服務(wù)的普適性，行業(yè)氣象服務(wù)更加專業(yè)化、定制化，直接服務(wù)于行業(yè)生產(chǎn)決策和風(fēng)險(xiǎn)管理，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。主要的行業(yè)氣象服務(wù)包括農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)、交通氣象服務(wù)、能源氣象服務(wù)、旅游氣象服務(wù)、建筑氣象服務(wù)等。這些服務(wù)通過(guò)專業(yè)的行業(yè)氣象指標(biāo)、分析模型和決策產(chǎn)品，滿足行業(yè)用戶的特殊需求，提高生產(chǎn)效率，降低氣象風(fēng)險(xiǎn)。農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)提供農(nóng)業(yè)氣象預(yù)報(bào)、農(nóng)事建議、病蟲害預(yù)警等信息，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供科學(xué)指導(dǎo)。包括關(guān)鍵農(nóng)事期天氣預(yù)報(bào)、農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育預(yù)測(cè)、災(zāi)害性天氣預(yù)警及防御建議等，幫助農(nóng)民合理安排農(nóng)事活動(dòng)，減輕氣象災(zāi)害影響，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益。交通氣象服務(wù)為公路、鐵路、航空、航運(yùn)等提供專門的交通氣象服務(wù)。如公路氣象提供路面結(jié)冰、大霧等預(yù)警；航空氣象提供機(jī)場(chǎng)和航路天氣預(yù)報(bào)，保障飛行安全；航海氣象提供海況、風(fēng)浪預(yù)報(bào)，為船舶航行提供參考。能源氣象服務(wù)為風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源提供資源評(píng)估和發(fā)電量預(yù)測(cè)，為電網(wǎng)調(diào)度提供負(fù)荷預(yù)測(cè)。如風(fēng)電場(chǎng)提供未來(lái)數(shù)小時(shí)至數(shù)天的風(fēng)速、風(fēng)向預(yù)報(bào)，幫助調(diào)整發(fā)電計(jì)劃；為電網(wǎng)提供氣溫變化預(yù)報(bào)，協(xié)助預(yù)測(cè)用電負(fù)荷，優(yōu)化電力調(diào)度。人工影響天氣：原理人工影響天氣是通過(guò)人為手段干預(yù)大氣物理過(guò)程，改變局部天氣狀況的技術(shù)。其中應(yīng)用最廣泛的是人工增雨（雪）、人工防雹和人工消霧，這些技術(shù)主要通過(guò)向云中播撒催化劑，改變?cè)浦形⑽锢磉^(guò)程，從而影響降水的形成和發(fā)展。人工增雨（雪）的原理是向云中播撒催化劑，如碘化銀、干冰或鹽粉等，增加云中冰晶核或凝結(jié)核數(shù)量，促進(jìn)降水形成。碘化銀晶體結(jié)構(gòu)與冰晶相似，能作為冰核催化水汽凝華；干冰則通過(guò)降低局部溫度，使過(guò)冷水滴凍結(jié)；鹽粉主要用于暖云作業(yè)，增加凝結(jié)核數(shù)量，促進(jìn)碰并過(guò)程。人工增雨技術(shù)人工增雨主要針對(duì)具有一定降水潛勢(shì)但自然降水效率不高的云系。作業(yè)前需進(jìn)行云系監(jiān)測(cè)和評(píng)估，判斷云的厚度、含水量、云頂溫度等參數(shù)是否滿足作業(yè)條件。根據(jù)云的類型和垂直結(jié)構(gòu)，選擇合適的催化劑和播撒方法，以達(dá)到最佳增雨效果。增雨作業(yè)在農(nóng)業(yè)抗旱、森林防火、水庫(kù)蓄水等方面具有重要應(yīng)用價(jià)值。人工增雨作業(yè)方式主要包括飛機(jī)播撒、地面炮（火箭）播撒和地面煙爐播撒。飛機(jī)播撒是最為常用的方式，可直接將催化劑送入目標(biāo)云層，效率高但成本也較高。地面炮（火箭）播撒適用于低云基云系，設(shè)備機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，便于在山區(qū)等復(fù)雜地形區(qū)域開展作業(yè)。地面煙爐播撒則適用于山區(qū)層狀云系的增雨作業(yè)，成本低但效率相對(duì)較低。人工影響天氣：效果評(píng)估人工影響天氣的效果評(píng)估是檢驗(yàn)作業(yè)成效、指導(dǎo)技術(shù)改進(jìn)的重要環(huán)節(jié)。由于天氣系統(tǒng)的復(fù)雜性和隨機(jī)性，人工影響天氣的效果評(píng)估面臨很大挑戰(zhàn)，需要采用多種方法，從不同角度進(jìn)行綜合分析。評(píng)估方法主要包括歷史對(duì)比法、目標(biāo)區(qū)—對(duì)照區(qū)法、數(shù)值模擬對(duì)比法和物理過(guò)程分析法等。人工增雨效果評(píng)估主要考察降水量的增加幅度。研究表明，在條件適宜的情況下，人工增雨可使降水量增加10-30%。人工防雹則評(píng)估雹災(zāi)損失的減少程度，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，適時(shí)防雹作業(yè)可使農(nóng)作物雹災(zāi)損失減少40-70%。人工消霧效果則通過(guò)能見度改善程度和持續(xù)時(shí)間來(lái)評(píng)估。作業(yè)次數(shù)有效率(%)人工影響天氣效果評(píng)估面臨的主要困難是無(wú)法確切知道不進(jìn)行人工干預(yù)時(shí)的"自然狀態(tài)"，因此很難將降水增加完全歸因于人工作業(yè)。為解決這一問(wèn)題，研究人員采用統(tǒng)計(jì)方法分析大量作業(yè)案例，結(jié)合多種評(píng)估技術(shù)，以提高評(píng)估結(jié)果的可靠性。同時(shí)，隨著雷達(dá)、衛(wèi)星等觀測(cè)手段的發(fā)展和數(shù)值模擬技術(shù)的進(jìn)步，人工影響天氣的效果評(píng)估正變得越來(lái)越科學(xué)。氣象裝備：地面觀測(cè)設(shè)備地面氣象觀測(cè)設(shè)備是氣象觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，用于測(cè)量地面附近大氣的各種氣象要素。隨著科技發(fā)展，傳統(tǒng)的人工觀測(cè)儀器逐漸被自動(dòng)觀測(cè)設(shè)備取代，實(shí)現(xiàn)了全天候、連續(xù)、實(shí)時(shí)的氣象觀測(cè)。現(xiàn)代氣象站通常配備溫度、濕度、氣壓、風(fēng)向風(fēng)速、降水、日照和能見度等傳感器，全面監(jiān)測(cè)地面氣象要素。自動(dòng)氣象站是目前最主要的地面觀測(cè)設(shè)備，由各類傳感器、數(shù)據(jù)采集器、供電系統(tǒng)和通信系統(tǒng)組成。傳感器負(fù)責(zé)氣象要素的測(cè)量；數(shù)據(jù)采集器收集、處理和存儲(chǔ)觀測(cè)數(shù)據(jù)；供電系統(tǒng)提供穩(wěn)定電源，通常結(jié)合太陽(yáng)能和蓄電池；通信系統(tǒng)則負(fù)責(zé)將觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至氣象中心。傳感器類型測(cè)量參數(shù)測(cè)量原理精度要求溫度傳感器空氣溫度電阻式、熱電偶式±0.1℃濕度傳感器相對(duì)濕度電容式、電阻式±3%RH氣壓傳感器大氣壓力振動(dòng)弦式、電容式±0.3hPa風(fēng)向風(fēng)速傳感器風(fēng)向風(fēng)速超聲波式、杯輪式風(fēng)向±3°，風(fēng)速±0.5m/s雨量計(jì)降水量翻斗式、稱重式±0.2mm或4%能見度儀水平能見度散射式、透射式±10%或±0.2km氣象裝備：高空探測(cè)設(shè)備高空氣象探測(cè)設(shè)備用于獲取大氣垂直剖面資料，測(cè)量不同高度的溫度、濕度、氣壓、風(fēng)向風(fēng)速等要素。探空氣球系統(tǒng)是最主要的高空探測(cè)手段，由探空氣球、無(wú)線電探空儀和地面接收設(shè)備組成。此外，風(fēng)廓線雷達(dá)、微波輻射計(jì)等遙感設(shè)備也能提供部分高空氣象要素的垂直分布信息。現(xiàn)代探空系統(tǒng)通常采用GPS定位技術(shù)，通過(guò)跟蹤氣球位置變化計(jì)算風(fēng)向風(fēng)速，精度大大提高。探空儀內(nèi)置溫度、濕度、氣壓傳感器，采集數(shù)據(jù)后通過(guò)無(wú)線電信號(hào)傳輸至地面，由接收機(jī)解調(diào)并輸入計(jì)算機(jī)處理。一次探空可達(dá)到30公里以上高度，獲取整個(gè)對(duì)流層和低層平流層的氣象資料。1探空前準(zhǔn)備設(shè)備檢查、儀器校準(zhǔn)和氣球充氣氣球施放在特定時(shí)間協(xié)同施放，確保安全起飛信號(hào)追蹤接收機(jī)鎖定探空儀信號(hào)，持續(xù)接收數(shù)據(jù)4數(shù)據(jù)處理原始數(shù)據(jù)解碼、質(zhì)量控制和標(biāo)準(zhǔn)層插值資料傳輸編發(fā)電碼，提交國(guó)際數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)氣象裝備：遙感設(shè)備氣象遙感設(shè)備是通過(guò)遙測(cè)手段獲取大氣信息的設(shè)備，主要包括氣象衛(wèi)星和氣象雷達(dá)。這些設(shè)備不需要直接接觸觀測(cè)目標(biāo)，能夠大范圍、連續(xù)地探測(cè)大氣狀態(tài)，彌補(bǔ)了常規(guī)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)在空間覆蓋上的不足，尤其對(duì)海洋、高山、沙漠等人跡罕至地區(qū)的氣象監(jiān)測(cè)具有重要價(jià)值。氣象衛(wèi)星按軌道可分為極軌衛(wèi)星和地球同步衛(wèi)星。極軌衛(wèi)星在低軌道運(yùn)行，能提供高空間分辨率的全球觀測(cè)；地球同步衛(wèi)星固定在赤道上空36000公里處，能提供固定區(qū)域的連續(xù)監(jiān)測(cè)。氣象雷達(dá)則通過(guò)發(fā)射電磁波并接收目標(biāo)散射回波，探測(cè)降水的位置、強(qiáng)度和移動(dòng)?，F(xiàn)代氣象遙感設(shè)備功能越來(lái)越強(qiáng)大。新一代氣象衛(wèi)星配備了多波段掃描儀、垂直探測(cè)儀、閃電成像儀等，能提供大氣三維結(jié)構(gòu)、海表溫度、閃電分布等多種信息。多普勒天氣雷達(dá)則能同時(shí)測(cè)量降水強(qiáng)度和徑向速度，新型偏振雷達(dá)更能區(qū)分雨、雪、冰雹等不同類型的降水。這些設(shè)備為天氣監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)和氣候研究提供了寶貴資料。氣象大數(shù)據(jù)：來(lái)源氣象大數(shù)據(jù)是指氣象領(lǐng)域中產(chǎn)生的海量、多源、異構(gòu)、快速變化的數(shù)據(jù)集合。隨著觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)密度增加、觀測(cè)頻率提高和數(shù)值模式分辨率提升，氣象數(shù)據(jù)量呈爆炸式增長(zhǎng)，已進(jìn)入典型的大數(shù)據(jù)時(shí)代。氣象大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)量大、類型多、變化快、價(jià)值密度低，需要特殊的存儲(chǔ)、處理和分析技術(shù)。氣象大數(shù)據(jù)的主要來(lái)源包括常規(guī)觀測(cè)數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、數(shù)值預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)和社會(huì)感知數(shù)據(jù)。常規(guī)觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)自全球氣象觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)，包括地面站、高空站、海洋站等；遙感數(shù)據(jù)來(lái)自衛(wèi)星、雷達(dá)等平臺(tái)；數(shù)值預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)由各種預(yù)報(bào)模式生成；社會(huì)感知數(shù)據(jù)則來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和社交媒體等新興渠道。常規(guī)觀測(cè)數(shù)據(jù)全球有數(shù)萬(wàn)個(gè)氣象站點(diǎn)，每小時(shí)甚至每分鐘產(chǎn)生觀測(cè)數(shù)據(jù)。這些站點(diǎn)包括地面氣象站、高空探測(cè)站、海洋氣象站、農(nóng)業(yè)氣象站等，提供溫度、氣壓、濕度、風(fēng)、降水等基礎(chǔ)氣象要素的精確測(cè)量值。遙感觀測(cè)數(shù)據(jù)氣象衛(wèi)星每15-30分鐘提供一次全球或區(qū)域云圖，每天產(chǎn)生TB級(jí)數(shù)據(jù)。氣象雷達(dá)每6-10分鐘完成一次體掃，生成高分辨率的降水和風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)具有高時(shí)空分辨率特點(diǎn)，數(shù)據(jù)量極大。數(shù)值預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)數(shù)值預(yù)報(bào)模式每天運(yùn)行多次，生成未來(lái)數(shù)天甚至數(shù)周的預(yù)報(bào)場(chǎng)。全球模式和區(qū)域模式的格點(diǎn)數(shù)以億計(jì)，涵蓋多個(gè)氣壓層面和多種氣象要素，是氣象大數(shù)據(jù)的主要組成部分。社會(huì)感知數(shù)據(jù)包括手機(jī)氣壓計(jì)、私人氣象站、社交媒體氣象信息等。這類數(shù)據(jù)來(lái)源廣泛、更新快速，但質(zhì)量參差不齊，需要嚴(yán)格的質(zhì)量控制才能應(yīng)用于氣象業(yè)務(wù)。氣象大數(shù)據(jù)：應(yīng)用氣象大數(shù)據(jù)在天氣預(yù)報(bào)、氣候研究、防災(zāi)減災(zāi)等多個(gè)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)，可以整合多源數(shù)據(jù)，挖掘其中的規(guī)律和關(guān)聯(lián)，提高氣象預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，加深對(duì)氣候系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，為社會(huì)各行業(yè)提供更精準(zhǔn)的氣象服務(wù)。在天氣預(yù)報(bào)方面，大數(shù)據(jù)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)的快速同化、多模式集成和智能訂正，提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率和時(shí)效性。在氣候變化研究中，大數(shù)據(jù)分析有助于識(shí)別復(fù)雜的氣候變化信號(hào)和影響因素。在防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域，大數(shù)據(jù)可支持風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、影響預(yù)估和精準(zhǔn)預(yù)警，提高社會(huì)對(duì)災(zāi)害性天氣的應(yīng)對(duì)能力。數(shù)據(jù)采集與整合從各類觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)值模式和社會(huì)感知渠道收集氣象數(shù)據(jù)，進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、質(zhì)量控制和數(shù)據(jù)融合，建立統(tǒng)一的氣象大數(shù)據(jù)平臺(tái)。數(shù)據(jù)整合過(guò)程需解決異構(gòu)數(shù)據(jù)兼容、實(shí)時(shí)流處理和海量存儲(chǔ)等技術(shù)挑戰(zhàn)。2數(shù)據(jù)處理與挖掘運(yùn)用分布式計(jì)算、并行處理等技術(shù)處理氣象大數(shù)據(jù)，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘算法，從海量數(shù)據(jù)中提取有價(jià)值的模式、關(guān)聯(lián)和趨勢(shì)。這一階段著重解決計(jì)算效率和特征提取等問(wèn)題。模型構(gòu)建與應(yīng)用基于數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果，建立天氣預(yù)報(bào)、氣候預(yù)測(cè)、災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等應(yīng)用模型。這些模型結(jié)合傳統(tǒng)氣象理論和大數(shù)據(jù)分析，可提供更準(zhǔn)確、更個(gè)性化的氣象服務(wù)產(chǎn)品。決策支持與服務(wù)將氣象大數(shù)據(jù)分析結(jié)果轉(zhuǎn)化為決策支持信息，服務(wù)社會(huì)各行業(yè)。例如，為能源行業(yè)提供負(fù)荷預(yù)測(cè)，為農(nóng)業(yè)提供種植決策支持，為交通部門提供航班延誤預(yù)警等。氣象AI：機(jī)器學(xué)習(xí)機(jī)器學(xué)習(xí)是人工智能的核心技術(shù)之一，它使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)規(guī)律，而無(wú)需顯式編程。在氣象領(lǐng)域，機(jī)器學(xué)習(xí)通過(guò)分析歷史氣象數(shù)據(jù)和實(shí)際天氣狀況，構(gòu)建預(yù)測(cè)模型，輔助甚至部分替代傳統(tǒng)的數(shù)值預(yù)報(bào)和統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方法，為氣象預(yù)報(bào)提供新的技術(shù)路徑。常用的氣象機(jī)器學(xué)習(xí)方法包括決策樹、隨機(jī)森林、支持向量機(jī)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。這些方法各有特點(diǎn)，適用于不同類型的氣象預(yù)報(bào)問(wèn)題。例如，隨機(jī)森林適合處理多變量預(yù)報(bào)問(wèn)題；支持向量機(jī)在小樣本學(xué)習(xí)方面有優(yōu)勢(shì)；人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)則能捕捉復(fù)雜的非線性關(guān)系，但需要大量訓(xùn)練數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)預(yù)處理氣象機(jī)器學(xué)習(xí)首先需要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括缺測(cè)值處理、異常值檢測(cè)、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化等步驟。氣象數(shù)據(jù)通常具有高維度、高度相關(guān)性和時(shí)空依賴性特點(diǎn)，預(yù)處理階段需要進(jìn)行特征選擇和降維處理，提取最相關(guān)的預(yù)報(bào)因子，降低后續(xù)計(jì)算復(fù)雜度。模型訓(xùn)練使用歷史氣象數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的實(shí)況資料訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型。訓(xùn)練過(guò)程中需要?jiǎng)澐钟?xùn)練集和驗(yàn)證集，通過(guò)交叉驗(yàn)證等技術(shù)調(diào)整模型參數(shù)，防止過(guò)擬合。對(duì)于氣象預(yù)報(bào)，通常使用前期氣象場(chǎng)、典型環(huán)流模式和相關(guān)氣候指數(shù)作為輸入特征，預(yù)測(cè)未來(lái)的天氣狀況。模型評(píng)估使用獨(dú)立的測(cè)試數(shù)據(jù)評(píng)估模型性能，計(jì)算均方根誤差、命中率、TS評(píng)分等評(píng)價(jià)指標(biāo)。將機(jī)器學(xué)習(xí)模型與傳統(tǒng)預(yù)報(bào)方法進(jìn)行對(duì)比，分析其優(yōu)勢(shì)和局限性。評(píng)估還需考慮不同天氣類型、不同季節(jié)、極端事件等特殊情況下的預(yù)報(bào)技巧。業(yè)務(wù)應(yīng)用將訓(xùn)練好的機(jī)器學(xué)習(xí)模型應(yīng)用于業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)。結(jié)合傳統(tǒng)預(yù)報(bào)方法，構(gòu)建集成預(yù)報(bào)系統(tǒng)，發(fā)揮各種方法的優(yōu)勢(shì)。此外，建立定期重訓(xùn)練機(jī)制，使模型能夠適應(yīng)氣候變化和觀測(cè)系統(tǒng)的更新。氣象AI：深度學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)是機(jī)器學(xué)習(xí)的一個(gè)分支，它通過(guò)構(gòu)建多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，自動(dòng)從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)特征表示。與傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)相比，深度學(xué)習(xí)具有自動(dòng)特征提取、處理高維數(shù)據(jù)能力強(qiáng)、可捕捉復(fù)雜非線性關(guān)系等優(yōu)勢(shì)，在圖像識(shí)別、自然語(yǔ)言處理等領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展，近年來(lái)也被廣泛應(yīng)用于氣象預(yù)報(bào)領(lǐng)域。常用的氣象深度學(xué)習(xí)模型包括卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(RNN)、長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)(LSTM)和圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(GNN)等。CNN適合處理空間結(jié)構(gòu)明顯的氣象場(chǎng)，如衛(wèi)星云圖和雷達(dá)回波；RNN和LSTM擅長(zhǎng)處理時(shí)序數(shù)據(jù)，捕捉大氣狀態(tài)的時(shí)間演變；GNN則能有效建模氣象站點(diǎn)之間的空間關(guān)系。強(qiáng)對(duì)流天氣識(shí)別深度學(xué)習(xí)在雷達(dá)回波和衛(wèi)星云圖中識(shí)別強(qiáng)對(duì)流特征，如超級(jí)單體、弓形回波等，為強(qiáng)對(duì)流預(yù)警提供支持。這類模型通常采用CNN結(jié)構(gòu)，訓(xùn)練數(shù)據(jù)包括歷史雷達(dá)圖像和對(duì)應(yīng)的實(shí)際天氣記錄，模型可實(shí)現(xiàn)對(duì)強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)的實(shí)時(shí)識(shí)別和短期預(yù)測(cè)。降水臨近預(yù)報(bào)使用深度學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)短時(shí)（0-6小時(shí)）降水演變。這類模型通常結(jié)合CNN和LSTM，輸入連續(xù)多幀雷達(dá)或衛(wèi)星圖像，輸出未來(lái)數(shù)小時(shí)的降水分布預(yù)測(cè)。相比傳統(tǒng)外推方法，深度學(xué)習(xí)模型能更好地捕捉降水系統(tǒng)的生消發(fā)展過(guò)程。數(shù)值模式后處理使用深度學(xué)習(xí)對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行訂正，減少系統(tǒng)性誤差，提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。這類應(yīng)用通常結(jié)合數(shù)值預(yù)報(bào)輸出和觀測(cè)資料，訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型學(xué)習(xí)誤差分布規(guī)律，例如溫度預(yù)報(bào)、降水預(yù)報(bào)的系統(tǒng)性偏差校正等。4動(dòng)態(tài)降尺度利用深度學(xué)習(xí)將粗分辨率的全球模式預(yù)報(bào)降尺度為高分辨率的區(qū)域預(yù)報(bào)。這類模型通常采用生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)(GAN)或超分辨率網(wǎng)絡(luò)，能生成更加細(xì)膩的局地預(yù)報(bào)結(jié)果，適用于復(fù)雜地形區(qū)域的精細(xì)化預(yù)報(bào)。未來(lái)氣象學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)氣象學(xué)作為一門融合物理、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)的綜合性學(xué)科，正經(jīng)歷快速發(fā)展和變革。未來(lái)氣象學(xué)的發(fā)展將圍繞提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率、延長(zhǎng)預(yù)報(bào)時(shí)效、加強(qiáng)極端天氣預(yù)警和應(yīng)對(duì)氣候變化等方向。技術(shù)進(jìn)步、觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和計(jì)算能力提升將是推動(dòng)氣象學(xué)發(fā)展的三大驅(qū)動(dòng)力。數(shù)值預(yù)報(bào)模式將向更高分辨率、更完善的物理過(guò)程參數(shù)化方向發(fā)展。全球模式分辨率有望達(dá)到1公里級(jí)別，實(shí)現(xiàn)對(duì)流尺度天氣系統(tǒng)的明確模擬。地球系統(tǒng)模式將更全面地耦合大氣、海洋、陸面、冰雪、生物地球化學(xué)等過(guò)程，提高季節(jié)至年代際預(yù)測(cè)能力。機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)將深度融入氣象業(yè)務(wù)，與傳統(tǒng)動(dòng)力模式形成互補(bǔ)。觀測(cè)技術(shù)革新新型傳感器和觀測(cè)平臺(tái)廣泛應(yīng)用計(jì)算能力飛躍E級(jí)超算助力高分辨率模擬人工智能融合AI+氣象推動(dòng)預(yù)報(bào)模式革新服務(wù)精細(xì)化個(gè)性化、定制化氣象服務(wù)普及氣象服務(wù)將向智能化、精細(xì)化、個(gè)性化方向轉(zhuǎn)變。借助大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，氣象部門能夠?yàn)椴煌脩籼峁┒ㄖ苹臍庀蠓?wù)產(chǎn)品。例如，根據(jù)個(gè)人出行計(jì)劃推送精準(zhǔn)到小時(shí)和公里級(jí)的天氣預(yù)報(bào)；為特定行業(yè)提供基于影響的預(yù)警信息；為城市精細(xì)化管理提供街區(qū)級(jí)別的氣象監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)等。氣象服務(wù)的價(jià)值將得到更充分的釋放。氣象職業(yè)生涯：氣象預(yù)報(bào)員氣象預(yù)報(bào)員是負(fù)責(zé)分析天氣資料、制作天氣預(yù)報(bào)并發(fā)布預(yù)警信息的專業(yè)人員。他們需要綜合利用觀測(cè)資料、衛(wèi)星云圖、雷達(dá)資料和數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品，通過(guò)分析天氣形勢(shì)，判斷未來(lái)天氣變化，制作各類預(yù)報(bào)產(chǎn)品。氣象預(yù)報(bào)員是氣象部門的核心崗位，也是氣象服務(wù)的重要支撐。成為一名合格的氣象預(yù)報(bào)員需要扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在學(xué)歷方面，通常要求本科及以上氣象學(xué)或相關(guān)專業(yè)背景；在能力方面，需要具備氣象分析、天氣學(xué)、動(dòng)力氣象學(xué)等專業(yè)知識(shí)，熟練掌握氣象資料分析和預(yù)報(bào)技術(shù)，具有良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作和表達(dá)能力。崗位職責(zé)收集、整理和分析各類氣象資料，包括觀測(cè)資料、衛(wèi)星云圖、雷達(dá)資料等利用數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品和統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方法，制作短期、中期天氣預(yù)報(bào)監(jiān)測(cè)災(zāi)害性天氣，及時(shí)發(fā)布預(yù)警信息，提供防御建議針對(duì)重大活動(dòng)、重要時(shí)段和特殊部門提供專項(xiàng)氣象服務(wù)開展預(yù)報(bào)技術(shù)研究，總結(jié)預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)，提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率職業(yè)發(fā)展預(yù)報(bào)員助理：輔助收集整理資料，學(xué)習(xí)預(yù)報(bào)技術(shù)，積累預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)員：獨(dú)立制作常規(guī)天氣預(yù)報(bào)，參與災(zāi)害性天氣預(yù)警高級(jí)預(yù)報(bào)員：負(fù)責(zé)關(guān)鍵時(shí)期和復(fù)雜天氣過(guò)程的預(yù)報(bào)，指導(dǎo)年輕預(yù)報(bào)員工作首席預(yù)報(bào)員：負(fù)責(zé)重大天氣過(guò)程會(huì)商，作出最終預(yù)報(bào)決策，承擔(dān)主要責(zé)任預(yù)報(bào)技術(shù)專家：專注預(yù)報(bào)技術(shù)研究創(chuàng)新，改進(jìn)預(yù)報(bào)方法，提高預(yù)報(bào)水平專業(yè)技能天氣圖和衛(wèi)星云圖分析能力，能識(shí)別各類天氣系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)特征數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品解讀和應(yīng)用能力，了解模式特點(diǎn)和局限性局地天氣特點(diǎn)和規(guī)律的掌握，熟悉預(yù)報(bào)區(qū)域的氣候背景數(shù)據(jù)分析和可視化能力，能熟練使用各類氣象軟件和工具清晰準(zhǔn)確的口頭和書面表達(dá)能力，能將專業(yè)信息轉(zhuǎn)化為公眾易懂的語(yǔ)言氣象職業(yè)生涯：氣象研究員氣象研究員是專注于氣象科學(xué)理論研究和技術(shù)開發(fā)的專業(yè)人員。他們探索大氣運(yùn)動(dòng)規(guī)律，研發(fā)先進(jìn)的預(yù)報(bào)技術(shù)和模式，解決氣象科學(xué)中的基礎(chǔ)性和應(yīng)用性問(wèn)題。氣象研究工作不僅推動(dòng)學(xué)科發(fā)展，也為業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)提供技術(shù)支撐，是氣象事業(yè)發(fā)展的重要力量。成為氣象研究員通常需要較高學(xué)歷，碩士或博士學(xué)位是基本要求。研究領(lǐng)域多樣，包括天氣學(xué)、氣候?qū)W、大氣物理學(xué)、大氣化學(xué)、氣象觀測(cè)技術(shù)等。研究員需具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)、創(chuàng)新思維、計(jì)算機(jī)編程能力和科研寫作能力，能獨(dú)立開展科學(xué)研究和技術(shù)開發(fā)。問(wèn)題提出從業(yè)務(wù)需求或科學(xué)前沿確定研究方向和具體問(wèn)題方法設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)