氣象業(yè)務自動化_第一講ppt課件

1、氣候業(yè)務自動化授課教師舒守娟南京大學大氣科學學院中尺度災禍性天氣教育部重點實驗室.氣候業(yè)務的涵義概念：指在氣候和與之相關(guān)的領域中，從信息的采集、數(shù)據(jù)的傳輸存儲和加工處置到運用效力的全過程包括的詳細內(nèi)容：氣候綜合觀測業(yè)務地基、空基和天基氣候信息網(wǎng)絡業(yè)務通訊網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)存儲管理和共享等氣候信息加工業(yè)務天氣/氣候/農(nóng)業(yè)/專業(yè)氣候預告、預測和評價公益氣候信息效力決策、公眾及專業(yè)專項效力等.第一講 緒論我國氣候業(yè)務預告進展我國現(xiàn)代氣候業(yè)務體系存在的差距和未來建立目的我國氣候業(yè)務預告平臺.我國氣候業(yè)務體系改革進程50-60年代 初創(chuàng)階段學習蘇聯(lián)氣候部門閱歷，建立了全國四級氣候業(yè)務體制

2、的根本框架80年代 開場現(xiàn)代化階段 制定現(xiàn)代化開展綱要(1986-2000，15年)建立區(qū)域中心，構(gòu)成全國五級業(yè)務體制90年代 加快現(xiàn)代化階段 制定(1991-2020，30年)建立氣候綜合觀測、氣候信息網(wǎng)絡、根本氣候信息加工分析預測、氣候效力系統(tǒng)等四大功能技術(shù)體系9210工程、新一代天氣雷達工程、氣候衛(wèi)星工程、數(shù)值天氣預告系統(tǒng)、氣候預告人機交互處置系統(tǒng)(MICAPS)、短期氣候預測系統(tǒng)以及中尺度預告系統(tǒng)21世紀-建立現(xiàn)代氣候業(yè)務體系.我國天氣業(yè)務體制五級國家級氣候中心、衛(wèi)星中心、氣候中心、氣候信息中心、大氣探測中心，區(qū)域氣候中心省區(qū)、市氣候臺地市、州、盟氣候臺縣市、區(qū)、旗氣候站北京區(qū)域氣候中

3、心沈陽區(qū)域氣候中心上海區(qū)域氣候中心武漢區(qū)域氣候中心廣州區(qū)域氣候中心成都區(qū)域氣候中心：重慶、四川、貴州、云南、西藏蘭州區(qū)域氣候中心烏魯木齊區(qū)域氣候中心.國家級全國災害性天氣監(jiān)測、短時預報，全球短中期和延伸期天氣預報及全國天氣會商和災害性天氣聯(lián)防等；精細化氣象要素客觀指導預報；區(qū)域中心區(qū)域內(nèi)短時及中短期天氣預報及會商指導、災害天氣聯(lián)防；區(qū)域海洋、水文預報指導； 省級災害天氣監(jiān)測、短時和臨近預報；精細化的氣象要素預報；開展與鄰省的災害性天氣聯(lián)防；地市級災害天氣短時和臨近預警，補充訂正省臺中短期預報和專業(yè)氣象預報；縣級災害天氣短時和臨近預警，補充訂正省臺中短期預報；.國 家 級區(qū) 域 中 心省 級地

4、級縣 級政府、公眾、專業(yè)用戶指點產(chǎn)品指點產(chǎn)品產(chǎn)品上傳產(chǎn)品上傳產(chǎn)品上傳服 務天氣預告的業(yè)務指點關(guān)系.21世紀-我國現(xiàn)代氣候業(yè)務體系支撐預告預測科技支撐與保證保證需求綜合觀測公共效力保證保證支撐需求需求支撐根底中心根本.信息網(wǎng)絡 計算機技術(shù)保證 教育培訓決策氣候效力公眾氣候效力專業(yè)氣候效力 業(yè)務系統(tǒng)平臺 數(shù)值預告系統(tǒng)天氣監(jiān)測災禍性天氣短時臨近預告精細化天氣預告專業(yè)氣候運用研討和成果轉(zhuǎn)化環(huán)境交通水文海洋 地基探測 天基探測 空基探測綜合觀測根底預告預測中心公共效力根本.1855年，世界上第一張?zhí)鞖鈭D因克里米亞戰(zhàn)爭而誕生天氣圖是現(xiàn)代天氣預告的開端，在氣候?qū)W上意義艱苦，它把一個地點、一個地點的氣候要素有

5、機地聯(lián)絡到了一同，使眼界由點(“坐井觀天)擴展到面(“放眼世界)預告人員可以在短時間內(nèi)經(jīng)過天氣圖了解大范圍乃至全球的氣候情況，經(jīng)過延續(xù)幾張?zhí)鞖鈭D，推測天氣的未來變化。直到數(shù)值天氣預告問世，天氣圖不斷是氣候人員預告天氣的主要工具在數(shù)值預告蓬勃開展的今天，天氣圖仍不失為預告工具之一.我國氣候業(yè)務進展(1)全國絕大多數(shù)氣候臺多用手繪天氣圖方法制造天氣預告30年代從1930年起，由竺可楨指點的氣候研討所在南京正式發(fā)布天氣預告和臺風警報50年代電子信息技術(shù)的開展加快了我國氣候業(yè)務的開展進程70年代80年代數(shù)值預告(根底)+天氣圖等多種預告方法的綜合運用.多種業(yè)務天氣預告方法的綜合運用預報時效 預報對象預

6、報方法天氣監(jiān)測災害性天氣、極端天氣事件實時觀測、氣候分析臨近預報（h) 害性天氣及相關(guān)災害 外推預報(客觀主觀) 短時預報（31h) 災害性天氣及相關(guān)災害，氣象要素 精細數(shù)值預報，動力診斷短期預報（12-72h） QPF、災害天氣、氣象要素數(shù)值預報、集合預報，預報員訂正中期預報（4-10天）QPF、氣象要素、重大天氣過程數(shù)值預報、集合預報，預報員訂正延伸期預報（10-30天）重大過程，氣象要素趨勢動力統(tǒng)計、集合預報.我國氣候業(yè)務進展(2)氣候觀測系統(tǒng)得到了較快較好的開展常規(guī)觀測衛(wèi)星探測非常規(guī)觀測雷達探測.綜合氣候觀測系統(tǒng)-天基、空基和地基氣候部門各類氣候站2751個基準氣候站： 143個根本氣

7、候站： 530個普通天氣站： 1736個大氣輻射站： 98個酸雨觀測站： 86個沙塵暴監(jiān)測站一期： 46個土壤濕度觀測站： 433個農(nóng)業(yè)氣候觀測站： 624個大氣本底站： 4個閃電定位(地閃) 98個閃電定位(云間閃)： 3個多普勒雷達站 101 共 (3902)注：不包括單要素/2-3要素站和中尺度小網(wǎng)等站.120個探空站158部新一代天氣雷達600個自動氣候站七十年代開始設計和研制1988.9.7風云一號A星極軌試驗1990.9.3風云一號B星極軌試驗1997.6.10風云二號A星靜止試驗1999.5.10風云一號C星極軌業(yè)務2000.6.25風云二號B星靜止試驗2002.5.15風云一號

8、D星極軌業(yè)務2004.9.19風云二號C星靜止業(yè)務2006.10.19風云二號D星靜止業(yè)務.我國新一代天氣雷達分布資料源自中國氣候局.我國氣候業(yè)務進展(3)-現(xiàn)狀1建立了比較完好的數(shù)值天氣預告業(yè)務體系全球中期天氣預告，中尺度數(shù)值天氣預告，全球資料變分同化系統(tǒng)、全球集合預告系統(tǒng)，熱帶氣旋途徑數(shù)值預告，沙塵、紫外線、海浪、核放射性污染物分散傳輸?shù)葘I(yè)數(shù)值預告方式及相應的業(yè)務運轉(zhuǎn)與監(jiān)控系統(tǒng) 2建立了以數(shù)值天氣預告為根底、人機交互信息加工處置系統(tǒng)為平臺、綜合運用多種預告技術(shù)方法的天氣預告業(yè)務技術(shù)體系建立了以氣候信息綜合分析處置系統(tǒng)MICAPS為中心的天氣預告業(yè)務技術(shù)平臺，天氣預告程度穩(wěn)定提高，其中臺風

9、途徑預告已接近國際先進程度.數(shù)值預告業(yè)務系統(tǒng)2. 區(qū)域方式3. 精細方式1.全球方式4770km3500km3000km1000km程度分辨率 60 公里預告時效 未來十天區(qū)域范圍 全球程度分辨率 20公里預告時效 未來2天區(qū)域范圍 931230E 20450N程度分辨率 5公里預告時效 未來2天區(qū)域范圍 1151200E 37420N.數(shù)值預告的業(yè)務分工國家級數(shù)值預告業(yè)務區(qū)域中心數(shù)值預告業(yè)務省級數(shù)值預告業(yè)務全球中期數(shù)值天氣預告510公里分辨率區(qū)域數(shù)值天氣預告13公里分辨率的區(qū)域精細數(shù)值天氣預告數(shù)值天氣預告產(chǎn)品解釋和運用.高空探測信息天氣雷達網(wǎng)網(wǎng)絡信息雷電監(jiān)測信息氣候衛(wèi)星資料數(shù)值預告(根底)現(xiàn)

10、代天氣預告.預告員參考信息的四個來源數(shù)值預告產(chǎn)品(ECMWF、日本、T213及本地方式)本地預告產(chǎn)品和方法(統(tǒng)計、動力和天氣)大量的原始檢測和觀測信息上級指點預告預告員.資料分析交叉重疊+信息種類繁雜天氣預告人機交互處置應運而生！將圖形圖像處置技術(shù)、人機交互技術(shù)、圖形顯示和編輯功能有機結(jié)合，為預告員提供了一個非常方便的任務平臺更充分的運用信息節(jié)省預告員的手工勞動時間提高任務效率提供強有力的預告產(chǎn)品便于修正、移植和擴展.最早的預告員任務平臺：美國AFOS預告任務站(80年代)美國SWISS系統(tǒng)，主要用于衛(wèi)星云圖顯示美國AWIPS(日本的COSMETS )天氣預告人機交互處置系統(tǒng)(90年代)功能齊

11、全人機交互處置才干強綜合處置各種信息可以編輯各類天氣預告.我國“9210工程(氣候衛(wèi)星綜合運用業(yè)務系統(tǒng))國家計委在1992年10月正式同意中國氣候局建立簡稱9210工程。 覆蓋全國地(市)級以上氣候臺，建立基于通訊衛(wèi)星的VSAT (VerySmalApertureTerminal)通訊網(wǎng)和計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)。以衛(wèi)星通訊為主，地面通訊為輔，將分布在各地的計算機局域網(wǎng)相連，構(gòu)成一個完好的局域網(wǎng)。計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)是在地(市)以上各級氣候部門分別建立由小型機、任務站、微機組成的局域網(wǎng)，以加強數(shù)據(jù)的搜集、處置和分發(fā)才干，并經(jīng)過衛(wèi)星通訊網(wǎng)把全國連成一個集中控制、分級管理的計算機廣域網(wǎng)，建成國家級網(wǎng)絡管理系統(tǒng)，實

12、現(xiàn)全網(wǎng)的監(jiān)視、控制、調(diào)度和管理。同時，建立一致的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和天氣預告人機交互處置系統(tǒng)。 1999年，9210工程全面業(yè)務化運轉(zhuǎn)，衛(wèi)星數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)建立全面展開，全國建成1800個PC-VSAT接納站，國家氣候中心承當了衛(wèi)星主站的運轉(zhuǎn)和運用軟件維護義務，氣候衛(wèi)星綜合運用業(yè)務系統(tǒng)在我國氣候通訊和業(yè)務開展中發(fā)揚了重要作用。 .MICAPS系統(tǒng)簡介MICAPS (Meteorological Information Comprehensive Analysis And Process System)是9210工程的天氣預告人機交互處置系統(tǒng)，是氣候信息綜合分析處置系統(tǒng)的英文縮寫。MICAPS是充分利用92

13、10工程通訊系統(tǒng)得到的各種數(shù)據(jù)進展我國天氣分析和預告的任務平臺。它是與9210工程通訊、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)配套的人機交互系統(tǒng)，分為任務站版省級臺用和微機版地市級臺用，操作系統(tǒng)分別為UNIX和WINDOWS。目前該系統(tǒng)已配備在我國各級氣候業(yè)務部門。經(jīng)過檢索各種氣候數(shù)據(jù)，顯示氣候數(shù)據(jù)的圖形圖像，對各種圖形進展編輯加工，為氣候預告人員提供一個中期、短期、短時天氣預告的任務平臺。.3建立了水文氣候、海洋氣候、交通氣候、航空氣候、城市環(huán)境氣候等專業(yè)氣候業(yè)務具有中國特征的以天氣業(yè)務信息與技術(shù)為根底的公共氣候效力體系專業(yè)預報預報對象海洋氣象全球及近海海面風、霧、能見度、海浪等海洋環(huán)境氣象要素預報水文氣象流域面雨量、

14、匯流、徑流、流量及區(qū)域漬澇預報；交通氣象交通干線氣象要素、災害天氣及路面溫度、結(jié)冰等預報， 環(huán)境氣象 空氣質(zhì)量、森林草原火險、地質(zhì)災害等；航空氣象機場及航線上氣象要素短時和短期預報公共衛(wèi)生氣象與人體健康有關(guān)的氣象指數(shù)及環(huán)境指數(shù)監(jiān)測和預報；能源氣象電力負荷、能源安全的氣象條件；旅游氣象風景點區(qū)域的氣象要素預報 體育氣象體育場館的氣象要素預報； 鹽業(yè)氣象與鹽業(yè)生產(chǎn)活動有關(guān)的氣象條件預報；全球海浪數(shù)值預告方式2005全球分散傳輸方式系統(tǒng)2003沙塵暴數(shù)值預告系統(tǒng)2002空氣質(zhì)量預告系統(tǒng)2001年紫外線指數(shù)預告系統(tǒng)1998年森林火險氣候條件預告系統(tǒng)1999年.全球海浪方式實驗麥莎.開縣高橋鎮(zhèn)有毒氣體分

15、散傳輸途徑23日22時-26日20時)0-500米高度內(nèi)傳輸途徑1500米高度上傳輸途徑3000米高度上傳輸途徑開縣高橋鎮(zhèn)48小時內(nèi)有毒氣體影響到地面的區(qū)域分布23日22時-25日20時)重慶井噴事故應急呼應決策效力產(chǎn)品污染物分散緊急呼應.2005年4月17日20時起報地面沙塵濃度藍色數(shù)字為地面實況15小時預告19小時預告39小時預告. 紫外線指數(shù)數(shù)值預告中期方式方式層要素場IBM-SP臭氧資料生成太陽天頂角逐日4時次的紫外線輻射強度的3天預告轉(zhuǎn)換為指數(shù)和等級產(chǎn)品制造數(shù)據(jù)存檔天氣會商室intranet專業(yè)氣候臺中期方式方式層輸出前處置Provided by Guan Chenggong of

16、NWPD/NMC.探空資料地形特征地表特征數(shù)值預告物理量場初始時辰污染物濃度 PPI指數(shù)污染潛勢指數(shù) API指數(shù)空氣污染指數(shù)客觀分析物理量場方式初始物理量場方式側(cè)邊境條件T213預告場mm5方式箱格方式空氣質(zhì)量CAPPS方式的系統(tǒng)框架.現(xiàn)代天氣預告業(yè)務的標志!更多的觀探測信息的實時運用數(shù)值預告的根底作用更加突出基于大氣動力學根底的多種預告技術(shù)方法綜合運用信息技術(shù)提供了有利的支撐 .Progress in 20th Century20世紀最偉大的科技提高之一Tremendous strides have been taken in numerically predicting the weath

17、er: This is one of the greatest scientific achievements of the 20th Century, with huge societal and economic benefits. From Thorpex Report.1982. 2大B模式(L5，d=381km)North hemisphere3 days forecast1991. 6T42L9North hemisphere5 days forecast 我國第一代1995. 6T63L16Global7 days forecast 我國第二代1997. 6T106L19Glob

18、al10 days forecast 我國第三代2002. 9T213L31Global10 days forecast 我國第四代我國業(yè)務化數(shù)值天氣方式的開展.天氣預告技術(shù)的提高 SatelliteRainfallRadar mosaic0622 June 21 2005, real time monitoring of severe torrential rain in South ChinaSubtropical HighMCSULJLLJMeiyu frontHigh moisture areaMid-level trough.24H、48H降水預告評分汛期大雨、暴雨預告評分中央氣候臺

19、預告質(zhì)量.艱苦災禍性天氣預告臺風我國臺風途徑預告誤差逐年減小 24小時:120KM(05),121.4KM(06) 48小時: 184KM 72小時: 282KM.中國-D3中國-D5中國-D7、 分別T213L312003年7月份3、5、7天預告500hPa距平相關(guān)系數(shù)歐洲中心業(yè)務方式500hPa的距平相關(guān)系數(shù)全球中期數(shù)值預告60公里程度空間分辨率可用預告時效以北半球500hPa的高度距平相關(guān)超越60%為準已到達6天夏季5天 .多方式的比較降水TS評分.2007年臺風途徑預告主客觀預告誤差.熱帶氣旋預告途徑誤差中國：24H：120公里48H：240公里72H：300公里美國：24H：90公里

20、48H：160公里72H：250公里.美國單位：海里/小時臺風強度預告現(xiàn)狀：臺風強度預告業(yè)務仍以閱歷方法為主，客觀性較強，為數(shù)甚少的統(tǒng)計或統(tǒng)計釋用方法還不夠成熟,預告精度也較低，預告技巧評分不斷不高.日本美國.氣候業(yè)務中存在的問題方式的預告時效與精細程度與世界先進方式相比還有很大差距艱苦災禍性、關(guān)鍵性、轉(zhuǎn)機性天氣 氣候探測、資料同化系統(tǒng)與國外先進程度相差甚遠衛(wèi)星、飛機、雷達、風廓線儀、閃電定位儀等信息運用效率不高，業(yè)務尚未建立數(shù)值分析預告產(chǎn)品的解釋運用程度不高專業(yè)數(shù)值預告(海洋、水文、能源等)方式以國外引進為主，開展緩慢業(yè)務體制、規(guī)劃、構(gòu)造方面的不合理資源不能充分共享；研討型業(yè)務有待完善.我國

21、氣候災禍種類多、范圍廣、強度大、災情重1990-2006年每年因氣候災禍呵斥的直接經(jīng)濟損失為1859億元，約占國內(nèi)消費總值的1%3%，年均2.8%；1990-2006年因氣候災禍呵斥的平均年死亡人數(shù)為4427人，每年近4億人次受災，農(nóng)作物受災面積達5000萬公頃.氣候觀測的開展趨勢從人工觀測到自動化遙感觀測；從定性觀測到定量觀測；從以地基觀測為主到以天基觀測為主；從單一的大氣圈觀測到地球各大圈層及其相互作用的綜合觀測綜合利用多種手段、多種技術(shù)，實現(xiàn)高準確度、高時空分辨率、延續(xù)、自動、一體化的定量觀測實現(xiàn)對我國大部分地域災禍性天氣的延續(xù)監(jiān)測，高影響中尺度災禍性天氣監(jiān)測率達90%以上提高數(shù)據(jù)處置技

22、術(shù)，交融各種觀測數(shù)據(jù)加強部門和國際間的協(xié)作，共享觀測資料.天氣/氣候業(yè)務的開展趨勢數(shù)值天氣預告業(yè)務程度到達國際同期先進程度；全球數(shù)值天氣預告方式的程度分辨率到10 km中國區(qū)域達1 km，中期數(shù)值天氣情勢預告可用達10天以上資料同化和交融應更好地滿足數(shù)值預告業(yè)務的需求專業(yè)氣候效力精細化、個性化和針對性顯著提高氣候系統(tǒng)方式顯著開展，并向地球系統(tǒng)方式開展氣候業(yè)務向定量化、多領域、多運用方向開展.中美氣候中心業(yè)務數(shù)值預告系統(tǒng)單次運用的氣候資料資 料 數(shù) 量JULY, 200000UTC美國：511 645中國：41 759.北半球提高近0.5天南半球提高近1天同化技術(shù)和衛(wèi)星資料的運用是重點之一三維變

23、分及ATOVS資料同化的預告可用時效.區(qū)域數(shù)值預告方式的開展與臨近預告技術(shù)結(jié)合，改良局地劇烈災禍性天氣的短時預警；提高QPF的質(zhì)量； 專業(yè)氣候預告、城市環(huán)境氣候；難點問題：物理過程優(yōu)化、中尺度資料同化未來的業(yè)務系統(tǒng)： Grapes-meso；WRF天氣預告業(yè)務需求研討性業(yè)務的開展 高素質(zhì)的預告員隊伍是關(guān)鍵.專業(yè)氣候效力開展趨勢效力產(chǎn)品的精細化、專業(yè)化和效力手段的現(xiàn)代化實現(xiàn)對社會各行業(yè)無縫隙運用和效力航空氣候農(nóng)業(yè)氣候水文氣候交通氣候海洋氣候電力與能源氣候空間天氣空氣質(zhì)量與突發(fā)環(huán)境污染事件.氣候信息系統(tǒng)開展趨勢高性能計算機才干明顯加強建成全國廣域網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)成資料和檔案管理體系，建立分布式數(shù)據(jù)庫水文、

24、航空、海洋等部門的氣候信息系統(tǒng)獲得較大開展全球范圍的通訊網(wǎng)絡和信息技術(shù)快速開展數(shù)據(jù)管理技術(shù)和數(shù)據(jù)處置技術(shù)迅速開展.氣候信息綜合分析處置系統(tǒng)(MICAPS)Meteoroligical Information Comprehensive Analysis and Processing System: MICAPS“9210工程(氣候衛(wèi)星綜合運用工程)：衛(wèi)星通訊和地面通訊相結(jié)合的氣候信息網(wǎng)絡系統(tǒng)氣候信息的網(wǎng)絡化傳輸和共享MICAPS與“9210工程通訊、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)配套，是“9210工程下的一個子系統(tǒng)天氣預告人機交互處置系統(tǒng).氣候信息綜合分析處置系統(tǒng)(MICAPS)主要功能：經(jīng)過檢索，顯示氣候數(shù)據(jù)圖像，對圖形進展編輯和輸出(還有搜集預告業(yè)務管理數(shù)據(jù)等外圍功能)，為預告