[发明专利]瞬变扰动天气图和低频扰动天气图制作方法及其在天气预报中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及气象学的技术领域，尤其涉及一种对气象预报业务部门日常使用的传统天气图的改革，本发明的瞬变扰动天气图和低频扰动天气图适用于气象业务部门作为1至3天的短期降水落区预报和4至9天中期降水落区预报以及10至30天延伸期降水过程的预报的工具。

背景技术

强降水，如暴雨是指1日（24小时）内达到和大于50mm的降水量。区域强降水和暴雨过程是洪涝和泥石流等重大灾害性事件发生的关键触发机制。能否提前几天做出区域强降水的落区预报，事关政府组织防灾、抗灾和灾后救援。10至30天的降水过程预报也是各级政府应对相关灾害事件预先防备的重要信息。

降水预报会出现三种结果：报对、漏报和空报，其中漏报和空报统称为错报。一个时段的暴雨预报正确率用所谓的TS评分法，即报对次数与报对、漏报、空报三种结果总次数的比较。如果只有报对的次数，没有错报（漏报和空报）的次数，则TS评分为1.00分。如果没有报对的次数，则TS评分为0.00分。所以，降水的预报TS评分在0和1之间。近十年来，很多国家预报员的1日（24小时）和2日（48小时）的暴雨预报TS得分平均在0.10左右。这一得分表明，预报10次未来1至2天出现暴雨，报对的可能性只有1次。较多的错报次数会降低预报的信息价值和防范的心理意识。可见，目前的暴雨预报准确率与社会的要求相差甚远。3至9天的暴雨落区预报水平可能更低。10至30天的延伸期天气预报，在预报员的视野上被称为是一个“盲区”^[3]，即缺少预报方法。

暴雨预报TS评分成绩是在预报员利用了常规天气图、国内外数值天气预报产品等多源信息之后，再根据自己的经验综合做出的。按理，预报员的预报水平（TS得分）应该高于常规天气图暴雨预报方法和单一数值天气预报中暴雨预报方法的得分。

暴雨产生的主要条件是低层风场的辐合，其次是水汽和大气热力稳定度。于是，暴雨预报能否成功的关键是，能否提前预报出产生暴雨的环流系统（如气流辐合系统）。提高预报准确率是要降低漏报和空报的次数。从天气系统上考虑，漏报可能源于实况出现了辐合系统，而没有提前预报出辐合系统。空报可能源于实况没有出现辐合系统，而预报出了辐合系统。更有一种可能，预报的辐合系统与实况系统之间存在强度和位置上的偏差，造成对应的暴雨落区预报不对，也可降低暴雨TS评分。

目前欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的逐时天气图上的环流形势预报接近观测的时效能达到8天，可是降水和暴雨预报水平怎么还那么低呢？问题就出现在数值天气预报模式预报的未来8天大气变量中包含了与降水落区有关的信息和与降水落区无关的信息。

目前国际上最先进的未来10至30天的天气预报方法是欧洲中心的10至30天的预报系统。预报产品包括时间平均的天气图形势场：500hPa位势高度场、海平面气压场和850hPa温度场，以及预报的累加降水量。这些量均以周平均的形式给出，即第1至第4周分别为第5至第11天、第12至第18天、第19至第25天和第26至第32天。一个月的预报相当于只有4个时段的平均要素场和积累降水量。显然，这样的每7天时间间隔的平均场和累积降水量不能指示暴雨或降水发生的天气过程，信息的时间分辨率和可应用性不够。

使用同样的传统天气图，少数有经验的预报员对异常天气的预报有较高的技巧，但经验只可会意，难以言传。是什么面纱遮住了预报员的判断视线，又能否为预报员研发揭开面纱的天气图呢？

名称为“基于大气变量物理分解的低温雨雪冰冻天气的中期预报系统和方法”的ZL201110061438.7号发明专利申请公开了一种基于大气变量物理分解的低温雨雪冰冻天气的中期预报系统和方法，该专利申请利用历史观测的、当前观测的和中期数值预报模式输出的大气三维多变量与时间连续的格点资料，把气象变量分解成为表征太阳辐射季节变化的气候分量、表征海陆、地形热力差异的海陆分量以及由天气尺度扰动引发的纬圈距平扰动分量和瞬时扰动分量，由此形成物理分解四分量的数据库。本发明试图借用其大气变量物理分解方法，形成一套比传统天气图对异常天气更有识别意义的新天气图。

发明内容

本发明要解决的技术问题是利用现有的大气变量物理分解法设计出对异常天气更具有识别意义的瞬变扰动天气图和低频扰动天气图，从而提供一种适用于短中期天气预报和时效偏长的延伸期天气预报的工具。

本发明采用如下技术方案解决上述技术问题：

一种瞬变扰动天气图的制作方法，包括如下步骤：