淺談天氣預(yù)報(bào)制作過程及精細(xì)化水平的提高

廖嬋?邱元?陳國平

[摘 要]在世界飛速發(fā)展的今天，天氣預(yù)報(bào)和我們的生活息息相關(guān)。天氣預(yù)報(bào)看似很簡單，其實(shí)是一個(gè)由物理數(shù)學(xué)理論和超級計(jì)算相結(jié)合的復(fù)雜而嚴(yán)格的巨型系統(tǒng)工程。提高天氣預(yù)報(bào)精細(xì)化水平是擺到我們面前的一項(xiàng)長期而重大的任務(wù)。本文以天氣預(yù)報(bào)的制作過程為基礎(chǔ)，淺談了提高天氣預(yù)報(bào)精細(xì)化水平的一些策略。

[關(guān)鍵詞]天氣預(yù)報(bào)；制作過程；精細(xì)化水平提高

在世界飛速發(fā)展的今天，人們越來越重視氣象與我們生活之間的關(guān)系，可以說，天氣預(yù)報(bào)給我們的出行帶來了諸多的便利，天氣預(yù)報(bào)和我們的生活是息息相關(guān)。天氣預(yù)報(bào)是氣象預(yù)報(bào)的一個(gè)內(nèi)容。氣象預(yù)報(bào)預(yù)測業(yè)務(wù)是現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)的核心，提高天氣預(yù)報(bào)預(yù)測準(zhǔn)確率和精細(xì)化水平是氣象預(yù)報(bào)預(yù)測業(yè)務(wù)的核心。

提高天氣預(yù)報(bào)的精細(xì)化水平，首先需要了解天氣預(yù)報(bào)是如何制作出來的。

天氣預(yù)報(bào)看似很簡單，只有寥寥幾句話，但實(shí)際上，要做出精準(zhǔn)的天氣預(yù)報(bào)，工程量非常的大。天氣預(yù)報(bào)是一個(gè)由物理數(shù)學(xué)理論和超級計(jì)算相結(jié)合的復(fù)雜而嚴(yán)格的巨型系統(tǒng)工程，它是以大氣科學(xué)理論為依托， 以各種氣象探測手段為基礎(chǔ)， 以數(shù)值天氣預(yù)報(bào)為核心， 依靠預(yù)報(bào)人員的綜合判斷分析最終形成的。

要做出精準(zhǔn)的天氣預(yù)報(bào)，第一步是收集氣象資料。氣象臺的氣象資料信息主要來中國氣象局衛(wèi)星傳送的資料和自己觀測的資料。資料信息主要包括天氣實(shí)況信息，如當(dāng)天的溫度是多少，風(fēng)是多大，什么地方有云有雨。還有衛(wèi)星云圖信息，通過對資料進(jìn)行接收后，再用軟件就可以直觀地看到國內(nèi)和世界各地風(fēng)云的變化情況。再有就是數(shù)值預(yù)報(bào)信息，這些數(shù)據(jù)信息就是將大氣如何運(yùn)動、風(fēng)云如何變化等各種信息用方程式解出來，預(yù)測未來天氣的走向和趨勢。至于氣象臺自己觀測到的信息，包括人工觀測站、自動觀測站觀測出來的信息等。人工觀測站內(nèi)有很多種探測設(shè)備，百葉箱是最常見的一種，大家最關(guān)心的氣溫就是從百葉箱中測量出來的。

第二步，分析資料。收集到的這些資料，就是天氣預(yù)測員制作天氣預(yù)報(bào)的“原材料”。計(jì)算機(jī)把收集到的“原材料”填在一張圖上，這張圖叫做天氣圖。天氣預(yù)測員運(yùn)用氣象學(xué)理論和在預(yù)報(bào)實(shí)踐中總結(jié)出來的經(jīng)驗(yàn)分析天氣圖，再結(jié)合當(dāng)?shù)氐奶鞖狻夂蛱卣鲗μ鞖庑蝿葸M(jìn)行分析。面對同樣的氣候資料，不同的預(yù)測員會有不同的預(yù)報(bào)觀點(diǎn)。為了得出最后統(tǒng)一的結(jié)論，首席預(yù)測員要組織各班次預(yù)報(bào)員進(jìn)行多次會商，大家發(fā)表各自的預(yù)報(bào)意見并陳述理由，然后由首席預(yù)報(bào)員綜合信息，排版定居，形成預(yù)報(bào)結(jié)論。

第三步，發(fā)布天氣預(yù)報(bào)。得出結(jié)論，氣象部門的影視制作中心把預(yù)報(bào)結(jié)論改成通俗易懂的語言，由氣象節(jié)目主持人用各種天氣符合及生動的天氣情況畫面展現(xiàn)給觀眾。影視中心的其他人員錄制下節(jié)目后，把節(jié)目傳到各級廣播電視局，由廣播電視局播出，這就是我們從電視上看到的天氣預(yù)報(bào)節(jié)目，社會各界通過天氣預(yù)報(bào)節(jié)目就可以了解天氣情況了。

天氣預(yù)報(bào)按其預(yù)測時(shí)間的長短，可分為短時(shí)天氣預(yù)報(bào)（0-12小時(shí)）、短期天氣預(yù)報(bào)（12-72小時(shí)）、中期天氣預(yù)報(bào)（72-240小時(shí)）和長期天氣預(yù)報(bào)（10天以上）四種。

天氣預(yù)報(bào)不確定是全世界共有的問題。從科學(xué)技術(shù)絕對水平上來說，因?yàn)闅庀笥^測員考慮的因素有限，天氣預(yù)報(bào)不會絕對準(zhǔn)確，誤差肯定存在。出現(xiàn)誤差的原因主要有兩個(gè)，一是天氣是多因子大氣要素不斷變化的反映，現(xiàn)今的預(yù)報(bào)工具還不可能真實(shí)完美的反映實(shí)際情況，許多應(yīng)該考慮的因子都沒有或者無法考慮。數(shù)值預(yù)報(bào)模式數(shù)以百計(jì)，用于業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)的模式達(dá)幾十種。雖然新的參數(shù)能更細(xì)致地描述大氣運(yùn)動，大氣模式會越來越逼真，但在求解微分方程組時(shí)不得不做出各種各樣的簡化，加上探測資料的精度和密度不足，致使數(shù)據(jù)天氣預(yù)報(bào)的結(jié)果難以完全客觀的反映天氣變化。二是老百姓對預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的理解存在偏差。比如預(yù)報(bào)某地有雨，但客觀上只是該地北部下了雨，那么該地南部的百姓就會認(rèn)為預(yù)報(bào)不準(zhǔn)。

隨著氣象信息化程度的日益提高，提高天氣預(yù)報(bào)精細(xì)化水平也成為擺在眼前的重要課題。

首先要重視并充分利用好氣象部門積累的大量的氣象數(shù)據(jù)。對海量氣象數(shù)據(jù)的充分利用是提高天氣預(yù)報(bào)預(yù)測準(zhǔn)確率實(shí)現(xiàn)其精細(xì)化水平提高的的關(guān)鍵。這些海量氣象數(shù)據(jù)主要包括以地面、高空、太陽輻射、農(nóng)業(yè)氣象等臺站的觀測資料及其統(tǒng)計(jì)加工產(chǎn)品為主的臺站資料 ；以各種數(shù)值模式的同化分析資料和各種遙感探測的數(shù)值反演產(chǎn)品為主的格點(diǎn)資料 ；以各類衛(wèi)星云圖和各種雷達(dá)圖像為主的圖形圖像資料 ；以面向主題的、有多種資料構(gòu)成的某一區(qū)域或領(lǐng)域范圍的綜合資料構(gòu)成綜合氣象數(shù)據(jù)。

其次，建立氣象綜合數(shù)據(jù)倉庫，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)預(yù)報(bào)過程、信息服務(wù)最強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持?，F(xiàn)階段天氣預(yù)測預(yù)報(bào)并沒有充分利用龐大而又珍貴的氣象資料。由于預(yù)報(bào)模式的復(fù)雜性，在一般臺站的預(yù)報(bào)中，預(yù)報(bào)員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，利用當(dāng)天或者前幾天的少數(shù)站點(diǎn)的實(shí)況資料以及小范圍區(qū)域內(nèi)極少數(shù)的幾個(gè)物理量，提取認(rèn)為與某一天氣現(xiàn)象相關(guān)性較高的天氣要素作為因子，進(jìn)行回歸、判別分析，得出預(yù)報(bào)結(jié)論。提高天氣預(yù)報(bào)精細(xì)化水平，需要對各種資料進(jìn)行聚類分析、關(guān)聯(lián)分析、時(shí)間序列分析，以求發(fā)現(xiàn)各種物理量和氣象要素與未來天氣之間的關(guān)系 ；根據(jù)氣象資料做出氣象的預(yù)測，減少預(yù)報(bào)中的主觀因素，有利于預(yù)報(bào)技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)，提高預(yù)測的準(zhǔn)確度。

再次，挖掘氣象數(shù)據(jù)。在天氣預(yù)報(bào)中，主要還是利用天氣學(xué)基本原理分析及時(shí)得到的探測數(shù)據(jù)；而基于數(shù)據(jù)挖掘和統(tǒng)計(jì)的氣象預(yù)報(bào)方法未得到充分的應(yīng)用。氣象數(shù)據(jù)往往具有很強(qiáng)的時(shí)空關(guān)聯(lián)特性，采用時(shí)空關(guān)聯(lián)分析進(jìn)行天氣預(yù)報(bào)是一個(gè)較好的途徑。

常用的氣象數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)有時(shí)空分析、降維分析和分類預(yù)測。時(shí)空分析指采用時(shí)間分析、空間分析以及時(shí)空聯(lián)合分析氣象數(shù)據(jù)。降維分析主要有精確降維和近似降維兩種方法。前者主要以粗糙集分析方法為為代表，后者以主成分分析為代表。分類預(yù)測數(shù)據(jù)挖掘就是在大量氣象資料和數(shù)據(jù)中，建立描述復(fù)雜非線性天氣系統(tǒng)的模型，分析隱藏在數(shù)據(jù)背后的氣象知識和規(guī)律，對未來天氣因素進(jìn)行預(yù)測，為天氣預(yù)報(bào)提供決策支持。

綜上所述，天氣預(yù)報(bào)和人們生活息息相關(guān)，采用多種方法提高天氣預(yù)報(bào)精細(xì)化水平有利于充分發(fā)揮氣象在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中的趨利避害雙重作用，為建設(shè)美麗中國提供優(yōu)質(zhì)氣象服務(wù)。

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