【正文】 象衛(wèi)星獲得的隨時間變化局部的氣象資料，這就是四維分析。 ? 三維 +時間 1維 =四維 ? 四維分析是當今數(shù)值天氣預報業(yè)務最常用的分析方法。 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數(shù)值天氣預報模式的預報值與衛(wèi)星、飛機等非定時氣象要素值的最優(yōu)同化到定時觀測時刻的氣象要素值，從而可以彌補定時觀側(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 ? 應用統(tǒng)計方注來求氣象要素月、季度或年的平均值、方差，偏差等。 ? 應用三維分析方法來分析這些氣候圖。 2. 時間序列分析 ? 直接從所觀測氣象要素隨時間演變的序列，利用某一統(tǒng)計方法建立統(tǒng)計模型。 2021/6/17 76 2021/6/17 77 2021/6/17 78 (三 )、氣候分析 3. 點聚圖分析 ? 把一個氣象要素觀測值與另外某一氣象要素值或物理因子的關系以點子集聚區(qū)來表示，或以它們之間的一定概率關系曲線來表示。 壞果率與果實形成期間降水量關系 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，應用現(xiàn)代統(tǒng)計方法從中篩選出若干主要因子，然后對篩選出的因子進行分析和綜合統(tǒng)計。 ? 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間序列作經(jīng)驗正交展開，從展開系數(shù)（也稱時間系數(shù)）變化的周期找出這一氣象要素場的時空變化規(guī)律。 ? 這個方法在當今大氣科學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. 相關分析 ? 利用統(tǒng)計方法找出不同氣象要素之間的關系或某一氣象要素與控制此要素變化的物理因子的關系，從而確定氣象要素變化的可能控制因子。 2. 動力診斷方法 ? 利用實際大氣要素場的觀側(cè)資料，并根據(jù)物理上或動力上的原理來分析這些大氣物理量應滿足的物理上或動力上的關系，從而證明大氣中所發(fā)生現(xiàn)象的變化應滿足的物理上或動力上的定則。 ? 大氣科學許多現(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 ? 可以借助于電子計算機和大氣運動方程組的數(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，并且可以預測出今后的變化。 ? 這使得本來無法進行實驗的大氣科學變成可以利用計算機來對大氣的變化進行個種實驗，因此，這種方法由于具有許多優(yōu)點，它發(fā)展相當迅速，現(xiàn)在已成為大氣科學研究的一個重要手段。 2021/6/17 86 三、數(shù)值模擬對于大氣科學研究發(fā)展的作用 (一 )、 數(shù)值模擬的優(yōu)點 ? 1956年菲利普斯首先利用電子計算機對大氣環(huán)流的變化作了簡單的數(shù)值模擬。 ① 它可以同時處理大氣中動力學、熱力學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力、熱力過程，從而通過計算機的計算來討論這些動力、熱力過程的改變對大氣環(huán)流變化的作用； ⑤ 可以計算出不能觀測或暫時無法觀測的物理量，如垂直運動是暫時無注觀測的物理量；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，它從 20世紀 60年代起不斷發(fā)展，已迅速在整個大氣科學界廣泛應用。 2021/6/17 87 (二 )、數(shù)值模擬是大氣科學的一門重要分支學科 ? 上世紀 60年代的的大氣環(huán)流數(shù)值模式 ? 到 80年代大容量高速計算機的促進 ? 如今大氣環(huán)流數(shù)值模擬已不僅僅是實驗手段，而是發(fā)展成為大氣科學的一門重要的分支學科。 2021/6/17 88 (二 )、數(shù)值模擬是大氣科學的一門重要分支學科 ? 經(jīng)過 40多年的發(fā)展，它已具有如下特點： 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)值模擬來復原； 2021/6/17 89 (二 )、數(shù)值模擬是大氣科學的一門重要分支學科 ③ 由于超大型計算機的迅速發(fā)展，在當今的氣候數(shù)值模式中輻射引起的加熱、冷卻在模式計算的每步都作為氣溫、水汽和云量的函數(shù)來計算；并且在數(shù)值模式中對中、小尺度系統(tǒng)的考慮非常細致； ④ 由于數(shù)值模擬的飛快發(fā)展，它普及到大氣科學的每一領域。 2021/6/17 90 (二 )、數(shù)值模擬是大氣科學的一門重要分支學科 ? 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)境和大氣化學的研究。 2021/6/17 91 (三 ) 數(shù)值模擬是天氣氣候預測研究中一個很重要的研究手段 ? 天氣或氣候的數(shù)值模式是天氣、氣候預測中必須應用的一個很重要的手段。 ? 因此，模式的性能好壞是決定數(shù)值天氣、氣候預側(cè)的水平。 ? 對過去模擬好的數(shù)值模式，其預測能力也會強。 2021/6/17 92 (三 ) 數(shù)值模擬是天氣氣候預測研究中一個很重要的研究手段 ? 以上可見，大氣科學的研究方法不同于數(shù)學、物理和化學的研究方法，它不能從實驗室實驗得到某些原理或結(jié)論。 ? 它的研究必須基于大氣及其周圍的大量觀測事實，利用大型計算機進行數(shù)值模擬或分析診斷，從而得到某些科學結(jié)論和原理。 2021/6/17 93 復習與思考 1. 大氣科學的概念 2. 大氣科學的重要性 3. 氣象災害 4. 大氣科學研究的內(nèi)容、對象、方法 5. 大型綜合觀測試驗 6. 高空、地面的觀測時次、時間 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