大氣科學(xué)導(dǎo)論1章概論-資料下載頁
2025-05-15 10:13本頁面
【正文】 象衛(wèi)星獲得的隨時(shí)間變化局部的氣象資料，這就是四維分析。 ? 三維 +時(shí)間 1維 =四維 ? 四維分析是當(dāng)今數(shù)值天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)最常用的分析方法。 2021/6/17 73 (二 ) 四維分析 ? 四維分析方法與傳統(tǒng)的天氣圖分析方法不同，它利用最優(yōu)內(nèi)插方法或變分方法把一個(gè)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式的預(yù)報(bào)值與衛(wèi)星、飛機(jī)等非定時(shí)氣象要素值的最優(yōu)同化到定時(shí)觀測時(shí)刻的氣象要素值，從而可以彌補(bǔ)定時(shí)觀側(cè)系統(tǒng)在海洋和高原上空沒有資料之不足。 ? 四維資料同化分析系統(tǒng)，如下圖 2021/6/17 74 (二 ) 四維分析 2021/6/17 75 (三 )、氣候分析 1. 氣候圖分析 ? 應(yīng)用統(tǒng)計(jì)方注來求氣象要素月、季度或年的平均值、方差，偏差等。 ? 應(yīng)用三維分析方法來分析這些氣候圖。 2. 時(shí)間序列分析 ? 直接從所觀測氣象要素隨時(shí)間演變的序列，利用某一統(tǒng)計(jì)方法建立統(tǒng)計(jì)模型。 2021/6/17 76 2021/6/17 77 2021/6/17 78 (三 )、氣候分析 3. 點(diǎn)聚圖分析 ? 把一個(gè)氣象要素觀測值與另外某一氣象要素值或物理因子的關(guān)系以點(diǎn)子集聚區(qū)來表示，或以它們之間的一定概率關(guān)系曲線來表示。 壞果率與果實(shí)形成期間降水量關(guān)系 2021/6/17 79 (三 )、氣候分析 4. 多元分析 ? 從影響某一氣象要素變化的眾多物理因子中，應(yīng)用現(xiàn)代統(tǒng)計(jì)方法從中篩選出若干主要因子，然后對篩選出的因子進(jìn)行分析和綜合統(tǒng)計(jì)。 ? 其中逐步回歸和判別分析是多元分析中最常用的分析。 2021/6/17 80 2021/6/17 81 2021/6/17 82 (三 )、氣候分析 5. 周期分析 ? 利用某一氣象要素的時(shí)間序列，并利用周期分析方法來找出這一氣象要素變化的周期； ? 也有利用某一氣象要素場的時(shí)間序列作經(jīng)驗(yàn)正交展開，從展開系數(shù)（也稱時(shí)間系數(shù)）變化的周期找出這一氣象要素場的時(shí)空變化規(guī)律。 ? 這個(gè)方法在當(dāng)今大氣科學(xué)的天氣和氣候變化分析研究中經(jīng)常使用。 2021/6/17 83 2021/6/17 84 (四 ) 診斷分析 1. 相關(guān)分析 ? 利用統(tǒng)計(jì)方法找出不同氣象要素之間的關(guān)系或某一氣象要素與控制此要素變化的物理因子的關(guān)系，從而確定氣象要素變化的可能控制因子。 2. 動(dòng)力診斷方法 ? 利用實(shí)際大氣要素場的觀側(cè)資料，并根據(jù)物理上或動(dòng)力上的原理來分析這些大氣物理量應(yīng)滿足的物理上或動(dòng)力上的關(guān)系，從而證明大氣中所發(fā)生現(xiàn)象的變化應(yīng)滿足的物理上或動(dòng)力上的定則。 ? 大氣科學(xué)許多現(xiàn)象的規(guī)律和成因所滿足的定則是利用這種診斷方法來發(fā)現(xiàn)的。 2021/6/17 85 (四 ) 診斷分析 ? 可以借助于電子計(jì)算機(jī)和大氣運(yùn)動(dòng)方程組的數(shù)值模式，通過改變模式的物理因子或改變初始場的結(jié)構(gòu)，或改變模式邊界條件，從而來模擬大氣狀態(tài)及其變化情況，并且可以預(yù)測出今后的變化。 ? 這使得本來無法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的大氣科學(xué)變成可以利用計(jì)算機(jī)來對大氣的變化進(jìn)行個(gè)種實(shí)驗(yàn)，因此，這種方法由于具有許多優(yōu)點(diǎn)，它發(fā)展相當(dāng)迅速，現(xiàn)在已成為大氣科學(xué)研究的一個(gè)重要手段。 2021/6/17 86 三、數(shù)值模擬對于大氣科學(xué)研究發(fā)展的作用 (一 )、 數(shù)值模擬的優(yōu)點(diǎn) ? 1956年菲利普斯首先利用電子計(jì)算機(jī)對大氣環(huán)流的變化作了簡單的數(shù)值模擬。 ① 它可以同時(shí)處理大氣中動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)過程以及初始條件和邊界條件； ② 它可以克服非線性數(shù)學(xué)上處理的困難； ③ 可以定量地討論大氣環(huán)流的變化 ④ 可以人為地改變各種動(dòng)力、熱力過程，從而通過計(jì)算機(jī)的計(jì)算來討論這些動(dòng)力、熱力過程的改變對大氣環(huán)流變化的作用； ⑤ 可以計(jì)算出不能觀測或暫時(shí)無法觀測的物理量，如垂直運(yùn)動(dòng)是暫時(shí)無注觀測的物理量；而渦度、散度是不能觀側(cè)的物理量。 ? 由于數(shù)值模擬有以上這些優(yōu)點(diǎn)，它從 20世紀(jì) 60年代起不斷發(fā)展，已迅速在整個(gè)大氣科學(xué)界廣泛應(yīng)用。 2021/6/17 87 (二 )、數(shù)值模擬是大氣科學(xué)的一門重要分支學(xué)科 ? 上世紀(jì) 60年代的的大氣環(huán)流數(shù)值模式 ? 到 80年代大容量高速計(jì)算機(jī)的促進(jìn) ? 如今大氣環(huán)流數(shù)值模擬已不僅僅是實(shí)驗(yàn)手段，而是發(fā)展成為大氣科學(xué)的一門重要的分支學(xué)科。 2021/6/17 88 (二 )、數(shù)值模擬是大氣科學(xué)的一門重要分支學(xué)科 ? 經(jīng)過 40多年的發(fā)展，它已具有如下特點(diǎn)： ① 目前所用的是耦合氣候模式，把大氣環(huán)流模式、海洋模式、陸地模式、海冰模式、陸面模式、生態(tài)模式耦合起來，變成耦合氣候系統(tǒng)模式； ② 數(shù)值模擬的對象包括大氣環(huán)流、海洋環(huán)流、冰雪、陸面狀況甚至生態(tài)的月 —季度、年際、年代際或更長時(shí)間尺度的變化，甚至幾萬年前古氣候狀況都可以利用數(shù)值模擬來復(fù)原； 2021/6/17 89 (二 )、數(shù)值模擬是大氣科學(xué)的一門重要分支學(xué)科 ③ 由于超大型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，在當(dāng)今的氣候數(shù)值模式中輻射引起的加熱、冷卻在模式計(jì)算的每步都作為氣溫、水汽和云量的函數(shù)來計(jì)算；并且在數(shù)值模式中對中、小尺度系統(tǒng)的考慮非常細(xì)致； ④ 由于數(shù)值模擬的飛快發(fā)展，它普及到大氣科學(xué)的每一領(lǐng)域。 2021/6/17 90 (二 )、數(shù)值模擬是大氣科學(xué)的一門重要分支學(xué)科 ? 近年來，由于中、小尺度暴雨系統(tǒng)和積云發(fā)生、發(fā)展的數(shù)值模擬水平日益提高，從而可以細(xì)致地研究暴雨系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與演變； ? 數(shù)值模擬也廣泛地用于大氣環(huán)境和大氣化學(xué)的研究。 2021/6/17 91 (三 ) 數(shù)值模擬是天氣氣候預(yù)測研究中一個(gè)很重要的研究手段 ? 天氣或氣候的數(shù)值模式是天氣、氣候預(yù)測中必須應(yīng)用的一個(gè)很重要的手段。 ? 因此，模式的性能好壞是決定數(shù)值天氣、氣候預(yù)側(cè)的水平。 ? 對過去模擬好的數(shù)值模式，其預(yù)測能力也會(huì)強(qiáng)。 2021/6/17 92 (三 ) 數(shù)值模擬是天氣氣候預(yù)測研究中一個(gè)很重要的研究手段 ? 以上可見，大氣科學(xué)的研究方法不同于數(shù)學(xué)、物理和化學(xué)的研究方法，它不能從實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)得到某些原理或結(jié)論。 ? 它的研究必須基于大氣及其周圍的大量觀測事實(shí)，利用大型計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值模擬或分析診斷，從而得到某些科學(xué)結(jié)論和原理。 2021/6/17 93 復(fù)習(xí)與思考 1. 大氣科學(xué)的概念 2. 大氣科學(xué)的重要性 3. 氣象災(zāi)害 4. 大氣科學(xué)研究的內(nèi)容、對象、方法 5. 大型綜合觀測試驗(yàn) 6. 高空、地面的觀測時(shí)次、時(shí)間 7. 氣候平均值、距平值 8. 四維分析 9. 數(shù)值模擬 2021/6/17 94 End
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