十 天氣預報(一)

天氣預報方法

1. 主觀,單靠看天氣圖及用人類經驗

2. 物理學,用力學及熱力學

3. 統計學,歸納出結果

4. 數值預報模式

概念

天氣:大氣在某時某地的狀態

狀態:例子:天晴、有雨、大風、能見度高等等

天氣預測:預測未來天氣情況及其轉變

氣候:長時間平均的大氣狀況

大氣的表現受動力方程、初始條件和邊界條件(如陸地或大氣層頂部)限制。

天氣預測的基本元素

1. 三維空間的風

2. 三維空間氣壓

3. 三維空間水氣

4. 三維空間溫度

5. 化學成份

以上資料可推導出以下數據:

1.雲

2.降水

3.放電

數值天氣預測

數值天氣預測是用物理學的公式,在電腦中模擬大氣未來的活動走向。預報範圍可大可小,時限分為極短(兩天內)、中期(八天內)及長期天氣預報。

世界500大電腦,用於氣象預報及地球科學研究的,就佔超過10%,而歐洲中期氣象預報中心佔總數約1%。

氣候模擬及預測

方法和上述相似,時限比較長(由一個月至幾百年),主要用來推算氣候變化。

全球關於數值預報的網站

歐洲中期氣象預報中心

日本氣象廳

NCEP

UKMO

Germany

France

Canada

氣象觀測與監測

觀測方法分為地面(自動氣象站、浮標)、高空(探空氣球、飛機)及太空(衛星)。

例如,在2008年,ECMWF(歐洲中期氣象預報中心)在海面收集約六千浮標數據。

同化資料

其目的在於提供大氣環境最好的估計,以及為數值預報模式提供最好的初始條件。

資料的前期處理

其目的在於排除或更新搜集回來,有問題的資料。有問題的資料會扭曲預報結果,而它們可以源自儀器失常、紀錄錯誤或者通訊錯誤。

就算資料是正常,但資料的位置未必在區塊點之上,需要把資料分拆在最近資料所在位置的區塊點上,才能把資料放進電腦分析。此時,可假設區塊點有影響半徑,如距離遠於此半徑看資料則不對該區塊點構成影響。揀選影響半徑沒有一定規則,通常靠經驗。

統計方法

其原理在於任何搜集回來的資料都有誤差,而靠預報員/電腦估計出來的數據也有誤差,有辦法讓兩種數據並用,使誤差減到最低。

計算誤差要用矩陣。

部分數值預報的例子(ECMWF,1950年代)