中尺度数据简介
天气系统指的是一个地方的大气运动系统，是由若干个大大小小的系统(高压、低压等)相互作用、相互影响引起的。通常用特征尺度或运动尺度来衡量大气系统的影响范围，该影响范围包括水平尺度(千米)和时间尺度。根据水平尺度(千米)和时间尺度的大小，将天气系统分为行星尺度天气系统、大气尺度天气系统、中间尺度天气系统、中尺度天气系统和小尺度天气系统。
天气系统的特征尺度
根据中尺度天气系统的特征尺度得知中尺度天气运动剧烈，破坏性大。雷暴、寒潮、沙尘暴、台风等极端气候都属于中尺度天气系统的范畴，中尺度天气在风资源测量评估的过程中的重要意义可见一斑。《风电场风能资源评估方法(GB/T18710-2002)》指出在分析测风数据的时候可根据附近长期测站的观测数据对测风数据进行插补订正。而现实中在缺失长期测站信息的时候，该怎么办呢？这个时候需要中尺度模拟的风资源再分析数据来做参考，目前在最新的再分析产品中，被广泛使用的有如下三种资料：
(1)NCEP气候预报系统再分析资料—CFSR；
(2)ECMWF过渡时期再分析资料—ERA-Interim(ERA-I)；
(3)NASA现代回顾性分析研究和应用再分析资料—MERRA。三种模式的再分析资料在模式精度和分辨率上各有所长，现实在运用的过程中可根据实际情况选用更适合的资料。
三种当代再分析资料的概况
那么问题来了，什么情况下可以运用再分析数据呢？
（1）在长期测站的观测数据缺失且再分析数据的盛行风向与风场实测数据风向一致，风速相关性较好时，可暂用再分析数据进行参考计算。
（2）在长期测站的观测数据与风场实测数据相关性较差且再分析数据与风场实测数据的盛行风向基本一致、风速相关性较好，可适当选用再分析数据来进行辅助参考并与通过长期测站的观测数据计算的结果进行综合分析。其中在进行相关性分析时，分为风向和风速两个方面综合评定相关性的好坏，即盛行风向基本趋于一致，风速通过采用16扇区、8扇区和全年数据整体相关等多种相关方法得出风速相关性。通常在满足上述条件时可以运用再分析数据。
与长期测站的观测数据相比再分析数据的优点是数据稳定、灵活、方便、易获取，而长期测站的观测数据则为实际测量的数据，不管哪种数据都在风资源测量评估中发挥着巨大作用，只要是适合的数据就是好数据！
中尺度数据简介 天气系统指的是一个地方的大气运动系统，是由若干个大大小小的系统(高压、低压等)相互作用、相互影响引起的。通常用特征尺度或运动尺度来衡量大气系统的影响范围，该影响范围包括水平尺度(千米)和时间尺度。根据水平尺度(千米)和时间尺度的大小，将天气系统分为行星尺度天气系统、大气尺度天气系统、中间尺度天气系统、中尺度天气系统和小尺度天气系统。 天气系统的特征尺度 根据中尺度天气系统的特征尺度得知中尺度天气运动剧烈，破坏性大。雷暴、寒潮、沙尘暴、台风等极端气候都属于中尺度天气系统的范畴，中尺度天气在风资源测量评估的过程中的重要意义可见一斑。《风电场风能资源评估方法(GB/T18710-2002)》指出在分析测风数据的时候可根据附近长期测站的观测数据对测风数据进行插补订正。而现实中在缺失长期测站信息的时候，该怎么办呢？这个时候需要中尺度模拟的风资源再分析数据来做参考，目前在最新的再分析产品中，被广泛使用的有如下三种资料： (1)NCEP气候预报系统再分析资料—CFSR； (2)ECMWF过渡时期再分析资料—ERA-Interim(ERA-I)；
(3)NASA现代回顾性分析研究和应用再分析资料—MERRA。三种模式的再分析资料在模式精度和分辨率上各有所长，现实在运用的过程中可根据实际情况选用更适合的资料。 三种当代再分析资料的概况 那么问题来了，什么情况下可以运用再分析数据呢？ （1）在长期测站的观测数据缺失且再分析数据的盛行风向与风场实测数据风向一致，风速相关性较好时，可暂用再分析数据进行参考计算。 （2）在长期测站的观测数据与风场实测数据相关性较差且再分析数据与风场实测数据的盛行风向基本一致、风速相关性较好，可适当选用再分析数据来进行辅助参考并与通过长期测站的观测数据计算的结果进行综合分析。其中在进行相关性分析时，分为风向和风速两个方面综合评定相关性的好坏，即盛行风向基本趋于一致，风速通过采用16扇区、8扇区和全年数据整体相关等多种相关方法得出风速相关性。通常在满足上述条件时可以运用再分析数据。 与长期测站的观测数据相比再分析数据的优点是数据稳定、灵活、方便、易获取，而长期测站的观测数据则为实际测量的数据，不管哪种数据都在风资源测量评估中发挥着巨大作用，只要是适合的数据就是好数据！
1 行业大数据 电力行业应用特点：基于GIS 组件与动态组件的实时数据监控展示，基于静态组件的多样化报表分析展示。 用电量预测：基于海量历史电量数据，规划区域面积、历史人口、历史国民经济数据、三产比例等变化情况，对区域用电量进行预测，作为进一步规划设计依据。 空间负荷预测：基于全网中各小区的占地面积、用地类型、容积率，行业的建筑面积负荷密度、占地面积负荷密度，小区目标年占地面积、小区目标年建筑面积，总负荷值、行业负荷值等数值，对远景年负荷进行预测。 多指标关联分析：从多个外部系统（如GIS ，PMS ，OMS 等）抓取所需数据的时间一致性切片，进行综合分析利用，从而支持规划设计。 金融相关行业应用特点：基于矢量图组件与动态组件的实时资金交易数据监控展示，基于静态组件的多样化报表分析展示。 资金实时流向分析：重点地区资金流向、重点行业资金流向、频繁且相近额度资金流向、季节资金流向、节假日资金流向、偶尔大额资金流向。 数据辅助征信风控：通过连接大数据(包括P2P 平台、小额信贷机构、征信机构、银行、第三支付、互联网大数据等)、连接不同的应用场景，挖掘和探索虚拟经济形态下的网络和商务平台数据，提供去中心化分布式查询，打破行业内信息各自孤立而形成信息漏洞的现状，高效控制风险。 业务拓展：客户挖掘、精准投放、二次开发、战略指导、全民分析等多种智能分析模型，为管理层的管理决策提供了最直接的数据依据，同时绚丽易读的可视化展现带来了清晰直观的产品体验， 让管理层不再拍脑袋发愁。 电子政务应用特点：基于GIS 组件的基础数据关联展示，基于静态组件的多样化报表分析展示。 整合分析发现群众真实需求，并强化数据预测应用功能，助推政府采取更加人性化、便民化，更有 WYDC Viewer 产品白皮书 四方伟业大数据分析Data Discovery 系列产品 WYDC Viewer 是Data Discovery 系列产品中的数据可视化分析展示平台，本白皮书介绍了大数据平台的基础架构，对 WYDC Viewer 的功能及要求做了简要介绍。 成都四方伟业软件股份有限公司
大数据一体化教学实训平台简介 大数据一体化教学实训平台是由泰迪科技自主研发，旨在为高校大数据相关专业提供一体化教学实训环境及课程资源。 本平台共包含9大模块：云资源管理平台、教学管理平台、大数据分析平台、Python 数据挖掘建模平台、R语言数据挖掘建模平台、大数据开发实训平台、Python编程实训平台、R语言编程实训平台、大数据整合平台。以教学管理平台、云资源管理平台为支撑，以优质的课程、项目案例资源为核心，并以自主研发的数据挖掘建模平台为实训工具，把课程、软件、硬件内容统一结合，满足高校大数据教学与实训的一体化平台。 大数据一体化教学实训平台架构（总）
大数据一体化教学实训平台架构（理学方向） 大数据一体化教学实训平台架构（工学方向）
大数据一体化教学实训平台特点 ?B/S架构：可直接通过客户机的浏览器对服务器端的一体化教学实训平台进行访问。?模块丰富：提供软硬件管理、教学管理、实验实训等系列模块，满足不同的教学与实训场景使用。 ?拓展性强：教师自主开设新课程、添加各种课程资源与活动，满足用户的个性化需求。?单点登录：用户只需一次登录即可访问所有的教学与实训平台，解决了登录繁琐、操作不便等问题。 ?资源一体：提供教学大纲、教学视频、教学PPT、课后习题、实验指导书、实验数据、实验代码、实验环境等一系列的教学实训资源，全方位解决实际教学与实训过程中所遇到的问题。 ?教学一体：分别提供“教”与“学”的软件环境，教学与实训模块深度融合，真正实现一体化。 ?软硬件一体：硬件环境采用云柜的方式进行搭建，内部集成机柜、服务器（部署一体化教学实训平台）、供配电、UPS、变频空调、应急通风等，整个云柜架构和谐统一、方便安装与维护。 云资源管理平台简介 云资源管理平台主要对实验室云虚拟化资源进行管理及维护，负责对实验室所有软件系统进行管理与监控，将云存储资源、服务器资源和网络资源整合，然后通过虚拟化搭建私有云平台，在私有云平台上搭建教学管理平台与一系列的大数据实训平台。 云资源管理平台功能及特点 ●支持系统资源实时统计和监控 ●支持云主机批量操作和管理 ●支持云主机模板创建与分配 ●支持操作日志查看和可视化分析 ●支持物理服务器集群管理 ●支持基础网络与私有网络 ●云硬盘可独立挂于云主机 ●平台系统高可用，容错性强 ●云主机性能卓越，媲美物理机
中小尺度数值模拟复习整理 第一章绪论 第二章控制大气运动的基本方程组和地图投影 1、中尺度动力学控制方程 （1）为什么需要将方程组重新写成平均意义上的方程形式 答：①气象实际观测资料是在一定意义下的时空平均值 ②数值模式由于时空离散化，变量值均为间隔为x, y, z, t点上的值，即网格点上值，也可理解为网格区域的平均值 2、数值模拟：给定初值和边值条件，数值求解控制大气运动方程组。其中，主要用格点法（或谱方法）把连续的时间空间变为离散的时间空间，用变量在离散点上（网格点上）的值来代替连续变量场，用差商代替微商，将微分方程变为差分方程（谱方程） 3、次网格过程：用格点值不能直接描述的过程 4、湍流与对流有区别： 湍流：发生在边界层，耗散动量、输送热量和水汽 对流：发生在对流层，对流凝结释放潜热加热大气，输送热量和水汽到中高层，也具有耗散作用 5、地图投影：把地球投影到一个投影曲面上，然后把投影曲面展开成平面，这就是投影平面，最后将投影平面缩小一定的倍数，就成为地图。 6、比例尺：投影平面上某一线段长度和地球上相应长度的比值。 7、为什么要进行地图投影？ 答：①进行有限区域数值模拟时，常常使用平面直角坐标系，因此常需将球面投影于平面上，重新划分网格。 ②应用于天气图分析（天气图底图是用来填写各地气象站观测记录的特种空白地图）和和数值预报（数值模拟初值来自客观分析，结果也表示在天气图上） 8、投影面：把地球表面的地形，经纬线等投影到一个有简单图形的面上，如：平面，圆锥面，圆柱面（后二者可展开成平面），这些面称为投影面。 9、投影变形：地球表面经投影的方法描绘在平面上，地球上地理区域的距离、方向、面积、形状等特征会有变形。 10、等距投影：距离不变的投影 11、正形投影：两条交线交角保持不变、且各方向放大(或缩小倍数)相等的投影（即地图上某一个点各个方向的比例尺保持不变） 12、透视：按几何透视来分，如一平面与地球北极相切，球心有一光源，由球心发出的光线将经纬线投影到平面。
大数据服务平台简介 1.1 建设目标 大数据服务平台以“整合资源、共享数据、提供服务”为指导思想，构建满足学校各部门信息化建设需求，进而更好为广大师生、各级管理人员、院领导等角色提供集中、统一的综合信息服务。因此， 要建设大数据服务平台 主要包括综合查询，教学、科研、人事、学生、图书、消费、资产、财务等数据统计分析和数据采集终端(含数据录入及数据导入)。通过此平台为学校的校情展示提供所需的基础数据，为学校的决策支持积累所需的分析数据，为广大师生、各级管理人员、校领导的综合信息服务提供所需的开发数据，为学校的应用系统建设提供所需的公共数据。 1.2建设效益 协助领导决策、提供智能分析手段 通过建设大数据服务平台： 为校领导提供独特、集中的综合查询数据，使校领导能够根据自身需要随时查询广大师生的个人情况，有助于校领导及时处理广大师生的各种诉求。 为校领导提供及时、准确的辅助决策支持信息，使校领导能够全面掌握多方面的信息，有助于校领导提高决策的科学性和高效性(以往各部门向校领导提供的信息往往只从部门角度考虑，而校领导无法及时获取多方面的信息，无法及时做出决策)。 为校领导提供丰富、全面的校情展示数据，使校领导能够实时掌握教学、科研、人事、学生、图书、消费、资产、财务等情况，有助于校领导制定学校未来发展战略。 为校领导提供教育部《普通高等学校基本办学条件指标》检测报表，包括具有高级职务教师占专任教师的比例、生均占地面积、生均宿舍面积、百名学生配教学用计算机台数、百名学生配多媒体教室和语音实验室座位数、新增教学科研仪器设备所占比例、生均年进书量。对提高教学质量和高等学校信息化程度等具有积极的指导作用。 1.3 建设内容 基于中心数据库，将学校长期以来积累的大量管理数据以一种多维的形式进行重新组织，多层次、多维度的整合、挖掘和分析，从各个层面、各个角度充分展示学校的办学理念、教学质量、科研水平、师资队伍、学生风貌、后勤保障、办学条件等，为各级管理人员、校领导科学决策提供强
1.技术实现框架 1.1大数据平台架构 1.1.1大数据库是未来提升业务能力的关键要素 以“大数据”为主导的新一波信息化浪潮正席卷全球，成为全球围加速企业技术创新、推动政府职能转变、引领社会管理变革的利器。目前，大数据技术已经从技术研究步入落地实施阶段，数据资源成为未来业务的关键因素。通过采集和分析数据，我们可以获知事物背后的原因，优化生产/生活方式，预知未来的发展动态。 经过多年的信息化建设，省地税已经积累了丰富的数据资源，为下一步的优化业务、提升管理水平，奠定了坚实的基础。 未来的数据和业务应用趋势，大数据才能解决这些问题。 《1.巨杉软件SequoiaDB产品和案例介绍 v2》P12 “银行的大数据资产和应用“，说明税务数据和业务分析，需要用大数据解决。 《1.巨杉软件SequoiaDB产品和案例介绍 v2》P14 “大数据与传统数据处理”，说明处理模式的差异。 1.1.2大数据平台总体框架 大数据平台总体技术框架分为数据源层、数据接口层、平台架构层、分析工具层和业务应用层。如下图所示：
（此图要修改，北明） 数据源层：包括各业务系统、服务系统以及社会其它单位的结构化数据和非结构化数据； 数据接口层：是原始数据进入大数据库的入口，针对不同类型的数据，需要有针对性地开发接口，进行数据的缓冲、预处理等操作； 平台架构层：基于大数据系统存储各类数据，进行处理？； 分析工具层：提供各种数据分析工具，例如：建模工具、报表开发、数据分析、数据挖掘、可视化展现等工具； 业务应用层：根据应用领域和业务需求，建立分析模型，使用分析工具，发现获知事物背后的原因，预知未来的发展趋势，提出优化业务的方法。例如，寻找服务资源的最佳配置方案、发现业务流程中的短板进行优化等。 1.1.3大数据平台产品选型 针对业务需求，我们选择巨杉数据库作为大数据基础平台。
中尺度天气图分析技术规范 分析高度：925hpa 分析项目技术要求分析方式分析目的分析符号 风低空 急流 当有2个以上连续测站风速超过 12 m/s时，沿12m/s以上大风 区的几何中心分析低空急流轴， 并在急流轴上标注最大风速值。 人工分析 判断低层的辐合区；综合湿度 分析判断水汽输送条件；综合 其它层的风场分析判断垂直 风切变条件 灰色 显著 流线 当风速未达到低空急流的标准， 但有风速明显比周围大的最大风 带出现，且位于干湿气流区之间， 或者位于切变线、靠近急流轴的 位置时，分析显著流线，并在流 线上标注最大风速值。 人工分析 低空急流和辐合区的辅助分 析 灰色 切变 线 （辐 合 线） 当风场具有明显的风向切变时， 沿风的交角最大（风向改变最大） 的位置分析切变线。当风场具有 明显的风速辐合时，沿最大风速 的前端分析辐合线。 人工分析判断低层的辐合区 灰色 温度等温 度线 以0℃为基准，每隔2℃分析等温 线，如-2℃，0℃，2℃等。 在客观分 析基础上 进行人工 订正 确定温度脊 红色 温度 中心 分别标注暖、冷中心。 在客观分 析基础上 进行人工 订正 确定温度脊 暖中心N， 红色，冷中 心L，蓝色 温度 脊 从暖中心出发，沿等温度线曲率 最大处分析温度脊。 人工分析 判断低层增暖引起的不稳定； 综合低空急流及其显著流线 分析判断暖平流 红色 湿度等露 点温 度 以0℃为基准，每隔2℃分析等露 点温度线，如10℃，12℃，14℃ 等。 在客观分 析基础上 进行人工 订正 确定干线和湿区 绿色 等比 湿线 4-9月每隔2 g/kg分析等比湿 线；其它月每隔1 g/kg分析等比 湿线。 在客观分 析基础上 进行人工 订正 确定干线和湿区 绿色 干线 （露 当相邻两站的露点温度相差 10℃以上时，沿湿度梯度最大处 人工分析 判断水平干湿分布不均匀引 起的大气不稳定。当有显著流 灰色
中尺度气象数值模式简介 何为中尺度？ 天气系统根据其空间尺度及时间尺度的不同可划分为行星尺度、大尺度、中尺度和小尺度，中尺度气象关注的尺度在几公里到几百公里，持续时间则为几天。 为了定量研究中尺度系统的演化，科学工作者建立了描述大气运动的基本方程组，分别从质量、动量、能量、水汽守恒的角度对大气运动进行阐述。这样就构成了一组偏微分方程组，由于湍流项的存在，这个方程组无法求出解析解，对它的求解通常是采用差分离散化方式求出数值解。由于计算量非常大，通常通过高性能计算机集群实现。 由于大气中的湍涡最小尺度约为毫米量级，计算中尺度现在的计算机还不能支持如此大量的计算，目前中尺度气象数值模式用的比较多的网格尺度一般为几公里到几十公里，视具体的研究个例而定，而对尺度小于网格尺度的物理过程，模式中是通过参数化实现的（不具体描述物理过程，而使用其他模式已知物理量计算其最终
效果）。除了数值模式本身，我们还需要其它的一些输入才能实现模式的计算，这里面有静态地理资料如地形数据、土地利用类型等，还有驱动模式的初始场。中尺度数值模式作为有限区域模式，它的计算还需要边界场作为输入。而使用最广泛的初始场和边界场包括FNL、ERA、MERRA等全球格点数据。 作为对大气运动的抽象描述，我们也很容易看到数值模式计算结果的不确定性所在。首先模式初始场和边界场存在误差，其次大气运动方程组对湍流描述本身就是经过简化的，并且由于我们模式格点分辨率较低，对于小尺度的过程不能显式描述，只能通过参数化进行处理，这一过程又引入了误差，另外由于对很多物理过程本身并没有理解清楚，对云微物理、积云对流等的描述也会带来误差。当我们拿模式结果与我们的观测进行对比时又会带来代表性误差，因为模式结果代表的是区域平均的结果而并不精确对应我们的观测点。 为了提高数值模式结果的准确性，各种先进的技术正在被引入。比如集合预报、资料同化技术用于提升模式初始场和边界场的准确性；大涡模拟技术及与CFD模式的耦合；选用更适用区域气候的物理参数化方案以及模式结果的后处理。以上技术的引入很好的改善了数值模式的准确性。 风场的建设一般在比较偏远的山区，直接的气象观测资料很少并且分布不均，气象模式结果可以作为宏观选址决策的很好的参考资料。
中小尺度数值模拟 第二章 控制大气的基本方程组和地图投影 1、数值模式下的平均运动方程组 ?????????????===??+=??+??+?Ω-+?-=RT p S dt dq Q V p dt dT C V t F V g p dt V d v ρρ ρρρρ,0213 333333 2、次网格过程 用格点值不能直接描述的过程。如湍流，积云对流→对流扰动（空间）。平均值对应网格点值，扰动值对应次网格过程。 3、气象上常用的地图投影有哪些？在数值模拟过程中如何确定使用何种地图投影？ （1）极射赤面投影：高纬地区变形小，多用作极地天气图和北半球天气图的底图。（k=1） （2）兰伯特投影：中纬地区变形小，适用于中纬度地区天气图的底图，如亚欧天气图。 （3）麦卡托投影：低纬地区变形小，适用于作低纬地区天气图的底图。（k=0） 第三章 方程组的离散—差分法 4、中小尺度现象的模拟方法 （1） 实验室模型：动力相似性 （2） 解析解：数学方法求解方程（连续） （3） 数值模式：离散数值求解方法 5、数值求解的主要方法及其适用范围 有限差分法：利用Taylor 级数展开，使用最广泛。 有限元法：根据能量最小原理，将积分区域划分为有限的、不重叠但互相连接的单元，每个单元选择基函数，用单元基函数的线性组合逼近单元中的真解，整体区域的基函数可以看作由每个单元基函数组成，整个区域的解可以看作由所有单元的近似解，适用于不规则区域。 谱方法：Fourier 变换（谱展开），主变换要用于全球模式，计算精度高，现已经在中尺度模式中应用。 6、什么是差分方程的一致性、收敛性和线性稳定性？ 一致性（相容性）：即差分方程是否逼近微分方程（当步长→0） 收敛性：在一定的定解条件下，差分方程的解U 是否逼近微分方程的解u 。 稳定性：在时间积分过程中，当时间步长趋向于0时，在整个求解区域内，舍入误差U U -保持有界则是稳定的。即差分解的误差不随时间增长。
中尺度天气图分析技术规范 (暂行稿).精讲 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
附件： 中尺度天气图分析技术规范 （暂行稿） 国家气象中心 二O 一O年三月
目次 引言 (1) 第一章高空分析 (2) §1.1概述 (2) §1.2925h P a分析 (3) §1.3850h P a分析 (5) §1.4700h P a分析 (8) §1.5500h P a分析 (11) §1.6200h P a分析 (14) 第二章地面分析 (15) §2.1概述 (15) §2.2 气压场 (15) §2.3 风场 (16) §2.4 温度场 (16) §2.5 湿度场 (17) §2.6 天气区 (18) §2.7 边界线（锋） (18) 第三章综合图分析 (18) 第四章附录 (19) 附录I 术语和定义 (19) 附录Ⅱ中尺度天气分析符号 (21) 参考文献 (22)
引言 中尺度天气是指水平尺度几十公里至几百公里，时间尺度几小时到几十小时的天气现象[1]，按其性质分为中尺度对流性天气和中尺度稳定性天气。中尺度对流性天气包括雷暴、短历时强降雨、冰雹、雷暴大风、龙卷以及下击暴流等[2]，它是在一定的大尺度环流背景中，由各种物理条件相互作用形成的中尺度天气系统造成的。中尺度对流天气预报的成败，从根本上取决于在业务预报过程中所做的分析[3]。因为中尺度系统及其影响的中尺度对流天气现象的明显特征是生命史短、空间范围小且变化剧烈，所以业务预报员在进行中尺度对流性天气预报时，应更加关注比天气尺度更小的天气系统，并且关注大气中瞬变的系统和微小的变化[3]。 中尺度对流天气主观分析，是利用各种高空和地面观测资料、雷达和卫星等遥感探测资料、数值分析预报产品等资料，分析产生中尺度对流天气的中尺度对流系统及其发生发展的环境场条件。为了加强我国各级气象台站对中尺度对流天气发生发展条件的分析和诊断，规范中尺度天气分析的技术方法，参考美国空军全球天气预报中心和美国天气局风暴预报中心的强对流天气分析技术[3-4]，参考我国的常规天气图分析要求和中尺度天气分析研究[5-6]，国家气象中心制定了《中尺度对流天气的天气图分析技术指南》。本指南主要包括高空分析、地面分析和综合图分析三个部分。分析是在常规天气图分析的基础上，针对产生中尺度对流性天气的主要条件（水汽、稳定度、抬升和垂直风切变条件），分析各等压面上相关大气的各种特征系统和特征线，最后形成中尺度对流性天气发生、发展大气环境场“潜势条件”的高空和地面综合分析图。
附件： 中尺度天气图分析技术规范 （暂行稿） 国家气象中心 二O 一O年三月
目次 引言 (1) 第一章高空分析 (2) §1.1 概述 (2) §1.2 925hPa分析 (3) §1.3 850hPa分析 (5) §1.4 700hPa分析 (8) §1.5 500hPa分析 (11) §1.6 200hPa分析 (14) 第二章地面分析 (15) §2.1 概述 (15) §2.2 气压场 (15) §2.3 风场 (16) §2.4 温度场 (16) §2.5 湿度场 (17) §2.6 天气区 (18) §2.7 边界线（锋） (18) 第三章综合图分析 (18) 第四章附录 (19) 附录I 术语和定义 (19) 附录Ⅱ中尺度天气分析符号 (21) 参考文献 (22)
引言 中尺度天气是指水平尺度几十公里至几百公里，时间尺度几小时到几十小时的天气现象[1]，按其性质分为中尺度对流性天气和中尺度稳定性天气。中尺度对流性天气包括雷暴、短历时强降雨、冰雹、雷暴大风、龙卷以及下击暴流等[2]，它是在一定的大尺度环流背景中，由各种物理条件相互作用形成的中尺度天气系统造成的。中尺度对流天气预报的成败，从根本上取决于在业务预报过程中所做的分析[3]。因为中尺度系统及其影响的中尺度对流天气现象的明显特征是生命史短、空间范围小且变化剧烈，所以业务预报员在进行中尺度对流性天气预报时，应更加关注比天气尺度更小的天气系统，并且关注大气中瞬变的系统和微小的变化[3]。 中尺度对流天气主观分析，是利用各种高空和地面观测资料、雷达和卫星等遥感探测资料、数值分析预报产品等资料，分析产生中尺度对流天气的中尺度对流系统及其发生发展的环境场条件。为了加强我国各级气象台站对中尺度对流天气发生发展条件的分析和诊断，规范中尺度天气分析的技术方法，参考美国空军全球天气预报中心和美国天气局风暴预报中心的强对流天气分析技术[3-4]，参考我国的常规天气图分析要求和中尺度天气分析研究[5-6]，国家气象中心制定了《中尺度对流天气的天气图分析技术指南》。本指南主要包括高空分析、地面分析和综合图分析三个部分。分析是在常规天气图分析的基础上，针对产生中尺度对流性天气的主要条件（水汽、稳定度、抬升和垂直风切变条件），分析各等压面上相关大气的各种特征系统和特征线，最后形成中尺度对流性天气发生、发展大气环境场“潜势条件”的高空和地面综合分析图。 本指南仅适用于地面、高空常规和加密观测以及自动站观测资料的分析和数值预报相关参量的分析。本指南中的等值线（如等温度线、等压线等）分析原则与大尺度天气图分析原则一致，其目的是为了分析各种特征系统和特征线，在业务中以客观分析为主，人工订正为辅。
以下均为个人一些浅见，我也是第一次接触这个东西，所以文章中有误的地方希望各位看官可以指出来，更希望有高人可以再指点一二，大家教学相长。 中小尺度数值模拟的实习终于在各位同位的一片叫喊声中开始了。 有人说:LINUX 劳资们从来没见过啊，有木有！！！劳资们只认识WINDOS！！！只认识MICROSOFT！！！只认识比尔-盖茨啊，有木有！！！ 还有人说：WRF很坑爹啊，有木有！！！老师上课操作那么快，什么都没看明白就过去，有木有！！！ 有啊！！有啊！！的确都有啊！！ 个人认为，截止到4月20日为止的实习，只要明白其中的操作步骤，运行程度就跟把大象往冰箱里塞是一样简单。 先来说说两个地址。 第一个是是关于百度百科中的LINUX命令的介绍，这个对于像本人一样刚上路的新手来说是完全够用的，链接：https://www.doczj.com/doc/0a3262877.html,/view/97023.htm第二个是LINUX常用命令全集，这个对于LINUX中的命令分成十个部分进行说明，每部分都有比较详细的介绍，如果诸位在实习结束后对LINUX还恋恋不舍、抱有及大的兴趣，不妨一看，链接：htt p://https://www.doczj.com/doc/0a3262877.html,/special/linuxcom/ 好了，介绍几条实习中用得着的LINUX系统的命令（以下命令全部是小写，特别注意一下LINUX对于大小写的区分十分严格，本人不知道被坑杀多少次）： cd 进入文件夹（退出是cd..） ls 列表显示查看当前目录中的内容 mkdir 建立新文件夹 vi 进入vi文本编辑器 ln 为某一个文件在另外一个位置建立一个不同的链接 tar 解压缩 可能会用到的命令： pwd 显示当前位置的绝对路径 clear 清屏 rm 删除 此外，在vi 编辑器中，在命令行状态下输入:wq 表示对当前操作保存退出。用i 键可完成从命令行到插入行的转换，用Esc键可返回命令行状态。 下面，正式开始介绍实习内容，语言绝对直白简单。
数值天气预报 数值天气预报（Numerical Weather Prediction, NWP）是根据大气实际情况，在一定初值和边值条件下，通过数值计算，求解描写天气演变过程的流体力学和热力学方程组，预报未来天气的方法。和一般用天气学方法、并结合经验制作出来的天气预报不同，这种预报是定量和客观的预报。预报所用或所根据的方程组和大气动力学中所用的方程组相同，即由连续方程、热力学方程、水汽方程、状态方程和3个运动方程(见大气动力方程) 共7个方程所构成的方程组。方程组中，含有7个预报量（速度沿x，y，z三个方向的分量u，v，w和温度T，气压P，空气密度ρ以及比湿q）和7个预报方程。方程组中的粘性力F，非绝热加热量Q 和水汽量S一般都当作时间、空间和这7个预报量的函数。通过高性能计算机求解方程组，获得未来7个未知数的时空分析，即未来天气分布。 数值天气预报与经典的以天气学方法作天气预报不同，它是一种定量的和客观的预报，正因为如此，数值天气预报首先要求建立一个较好的反映预报时段的（短期的、中期的）数值预报模式和误差较小、计算稳定并相对运算较快的计算方法。其次，由于数值天气预报要利用各种手段（常规的观测，雷达观测，船舶观测，卫星观测等）获取气象资料，因此，必须恰当地作气象资料的调整、处理和客观分析。第三，由于数值天气预报的计算数据非常之多，很难用手工或小型计算机去完成，因此，必须要用高性能的计算机。
在中国，1982年开展数值预报业务。目前数值预报已经成为各种业务天气预报的最重要的基础和持续提高业务天气预报准确率的根本途径。 在全球气候变化的大背景下，今年以来中国极端天气事件发生频繁，且呈多灾并发、点多面广的特点，并有多项局部地区灾害强度超过历史纪录。其中包括南方暴雨洪涝，淮河流域性大洪水；北方多省局地强降雨；川渝地区继去年有气象记录以来最严重干旱，今年又最强降雨；北方和南方同时出现长时间、大范围高温干旱；今年雷击致人死亡为历年之最。为了应对这种极端天气气候事件的发生所带来的巨大损失，中国政府已经把防御极端天气气候灾害置于应对气候变化的极端重要位置。今后几年政府在气象、环境、海洋领域的投入将会越来越大，而做为国内高性能计算机领头羊的曙光服务器凭借在气象领域的大力投入和气象领域众多的成功案例，在灾害气候天气的减灾预警上必大有可为。 1.1. 中尺度气象预报模式 中尺度气象是现代气象科学中发展迅速的一个重要分支，它所研究的大气中尺度运动，关系到区域重要灾害性天气的生消和发。它一方面应用卫星、雷达、风廓线仪和自动观测站等一系列新的探测工具，通过中尺度野外试验，揭示中尺度观测事实；另一方面通过中尺度数值模式，对中尺度天气过程进行深入的模拟研究和预报试验。随着近年来计算机技术的迅速发展，中尺度数值模式已日趋成熟，成为中尺度气象的一个重要的研究和应用手段。
一、名词解释 差分近似的收敛性：在模式的计算域内，在固定时间n?t 后，当?t，?x→0时，在整个计算域内max{|u i n?u(i?x,n?t)|}→0。 混淆误差：指由于有限网格不能正确地分解短波而造成的误差。 计算的稳定性：给定初始值，计算的解随着时间步长（趋于∞时），是有界的。 差分近似的一致性（相容性）：当?t，?x→0时，差分系统应等同于微分方程。 模式中的动力框架：包括建立相适应的大气动力方程组、确定垂直坐标系和选择合理的离散化的方法（差分还是谱分析）。 物理过程：主要包括3个，即云物理过程参数化、边界层物理过程参数化和太阳辐射过程参数化。 资料同化：即把不同时刻、不同地区、不同类型的观测资料与常规资料融合，通过一定的预报模式，使之在动力和热力上协调起来，求得质量场和流场基本平衡的理想的初始场。 客观分析：利用模式构造一个背景场，再把测站资料插值到该背景场的格点上，然后做质量检验并对其进行初始化。是整合检错，质量控制，合理插值的综合过程。Lax等价性原理：对于一个适定的初值问题和它的一个具有相容性的差分格式，其计算稳定性是收敛性的充分必要条件。 CFL条件：显式格式稳定性的必要要件，c?t/?x≤1，其中C为所考虑的最快波的波速。 不同离散方法中模式的精度：对于差分方法，格距越小，分辨率越高；对于谱方法，截断系数越大，分辨率越高。 二、数值模式由哪几个部分组成？ 1、前处理：包括客观分析等，给主模式一个合理的适应模式的初始条件。 2、动力框架、物理过程 3、后处理：模式输出的资料的处理，以供应用。 MM5模式有哪些优点？ (1)多重嵌套和移动嵌套功能；(2) 非静力动力模式(3) 四维同化能力；(4) 齐全的物理选项；(5)可以多平台、多系统运行(6) 易操作性。 MM5模式有几个模块组成，各自的主要功能是什么？MM5共有8个模块。 （1）TERRAIN模块：对经纬度网格的地形资料和路面特征参数资料进行插值。（2）REGRID模块：对分析场资料进行插值，形成标准等压面上的初值场。（3）REWINS 和LITTLE-R模块：读入观测资料，剔除错误记录，进行客观分析；对时间插值生成四维同化资料。（4）INTERPF 模块：形成初始场和侧边界条件，前处理程序（5）MM5模块：时间积分，进行数值预报。（6）INTERPB模块：读入MM5预报的结果，计算出海平面气压等，并把σ面上的各变量插值到等压面P上，后处理程序。 三、简述中尺度数值模式运行的概念路线。 1、首先要建立动力框架，即大气动力方程组、运动方程组、连续方程，且不同坐标系下方程组不同。 2、由于方程组是非线性偏微分方程组，需将其离散化，离散化的方法一般是差分方法和谱方法，必须遵从相容性、精确性、收敛性、稳定性原则。 3、初始化，给出边界条件（分为垂直和水平边界条件）；确定时间积分方案（时间分离方案和半拉格朗日方案）；嵌套方案（几重，同异，单双）；参数化的方案。 四、在数值模式中经常采用哪些方法来消除非线性计算不稳定？ 1、进行空间和时间平滑，滤去短波分量； 2、在方程中加入形如R▽2A的扩散项； 3、构造具有隐式平滑或某种选择性衰减作用的差分格式； 4、构造守恒的差分格式，也利用能量守恒的方法。 十、在中尺度数值模式中为什么要处理边界层过程？一般是如何处理的？ 1、大气边界层是大气的主要热量和水汽的源，是动量的汇； 2、周边界层中的摩擦作用，使得风往往和等压线相交偏向低压一侧，造成边界层内低压和高压系统分别伴有水平辐合和水平辐散，将影响大气中天气系统的发生与发展。处理方法：1、整体参数化；2、边界层精细化处理方案。十一、在中尺度数值模式中为什么要对辐射过程采用参数化？ 因为辐射过程是小尺度运动，甚至是更小尺度，不能在模式中显示出来，必须要参数化才能使用。 十二、在中尺度数值模式中为什么要对湿物理过程采用参数化？请写出您所知道的几种积云参数化方案（至少4种）。 湿物理过程一般是小尺度运动，甚至是更小尺度，即次网格，在模式中不能显式的表示，且湿物理过程的潜热影响大，会造成强的对流运动，所以需要用参数化解决。 1、对流调整方案； 2、郭氏参数方案； 3、荒川-舒伯特对流参数化方案； 4、贝茨-米勒对流调整方案。
大数据服务平台简介 1.1建设目标 大数据服务平台以“整合资源、共享数据、提供服务”为指导思想，构建满足学校各部门信息化建设需求，进而更好为广大师生、各级管理人员、院领导等角色提供集中、统一的综合信息服务。因此， 要建设大数据服务平台 主要包括综合查询，教学、科研、人事、学生、图书、消费、资产、财务等数据统 计分析和数据采集终端（含数据录入及数据导入）。通过此平台为学校的校情展示提供所需的基础数据，为学校的决策支持积累所需的分析数据，为广大师生、各级管理人员、校领导的综合信息服务提供所需的开发数据，为学校的应用系统建设提供所需的公共数 据。 1.2建设效益 协助领导决策、提供智能分析手段 通过建设大数据服务平台： 为校领导提供独特、集中的综合查询数据，使校领导能够根据自身需要随时查询广大师生的个人情况，有助于校领导及时处理广大师生的各种诉求。 为校领导提供及时、准确的辅助决策支持信息，使校领导能够全面掌握多方面的信息，有助于校领导提高决策的科学性和高效性（以往各部门向校领导提供的信息往往只 从部门角度考虑，而校领导无法及时获取多方面的信息，无法及时做出决策）。
为校领导提供丰富、全面的校情展示数据，使校领导能够实时掌握教学、科研、人事、 学生、图书、消费、资产、财务等情况，有助于校领导制定学校未来发展战略。 为校领导提供教育部《普通高等学校基本办学条件指标》检测报表，包括具有高级职务教师占专任教师的比例、生均占地面积、生均宿舍面积、百名学生配教学用计算机台数、百名学生配多媒体教室和语音实验室座位数、新增教学科研仪器设备所占比例、生均年进书量。对提高教学质量和高等学校信息化程度等具有积极的指导作用。 1.3建设内容 基于中心数据库，将学校长期以来积累的大量管理数据以一种多维的形式进行重新组织，多层次、多维度的整合、挖掘和分析，从各个层面、各个角度充分展示学校的办学理念、教学质量、科研水平、师资队伍、学生风貌、后勤保障、办学条件等，为各级管理人员、校领导科学决策提供强有力的技术保障与数据支持。 1、信息查询 包括教职工信息查询和学生信息查询 教职工信息查询 教职工信息查询功能包括部门人员统计，教职工信息查询（含列表图和缩略图），教 职工信息明细查询（含学历学位、职称、行政职务、工作经历、进修学习、社会兼职、 荣誉获奖、家庭关系、科研项目、学术论文、学术著作、知识产权、获奖成果、薪酬待遇、图书借阅、一卡通消费等）0
多维尺度分析 多维尺度分析（multidimensional scaling ,MDS ）又称ALSCALE(alternative least-square SCALing),还有人称之为多维量表分析；它是将一组个体间的相异数据经过MDS 转换成空间构图，且保留原始数据的相对关系。 1多维尺度分析的目的 假设给你一张中国台湾省地图，要你算出基隆，台北，新竹，台中，台南，嘉义，高雄，花莲，台东，枋寮，苏澳，恒春等地间的距离，你可以用一把刻度尺根据比例测算出一个12x12de 距离矩阵；反之，如果给你一份12个城市间的距离矩阵，要你画出12个城市相对位置的二维台湾地图，且要他们与现实尽量保持一致，那就是一件不容易的工作了，多为尺度分析就为此工作提供了一个有效地分析手段。 2多为尺度分析与因子分析和聚类分析的异同 多为尺度分析和因子分析都是维度缩减技术，但是因子分析一般使用相关系数进行分析，使用的是相似性矩阵；而多为尺度分析采用的是不相似的评分数据或者说相异性数据来进行分析；与因子分析不同，多为尺度分析中维度或因素的含义不是分析的中心，各数据点在空间中的位置才是分析解释的核心内容； 多为尺度分析与聚类分析也有相似之处，两者都可以检验样品或者变量之间的近似性或距离，但聚类分析中样品通常是按质分组的；多维分析不是将分组或聚类作为最终结果，而是以一个多维尺度图作为最终结果，比较直观。 若你的目的是要把一组变量缩减成几个因素来代表，可考虑使用因素分析；若目的是变量缩减后以呈现在空间图上，则可以使用MDS 。如果你是想要却仍相似观测值得组别，请考虑以聚类分析来补充多为尺度分析，聚类分析虽可以确认组别，但无法在空间图中标示出观测。 3.定性的和定量的MDS MDS 分析测量的尺度不可以是nominal 的，但可以是顺序的ordinal,等距的interval,比率的ratio 。顺序量表只可以用于质的分析，又称为定性多维量表分析；它以个体间距离排序为主；而interval 和ratio 量表称为定量多维量表分析（定量多维尺度分析）。 定性的多维量表分析是目前比较常用的MDS 法，因为他可以使用使用量表要求比较宽的顺序量表，但可以得到量表比较严的数值空间图，也就是说，输入的是分类数据，输出的是数值结果。 4.MDS 分析的各种类型 定性MDS 分析------------------------------------------------------------------------------------例1 定量MDS 分析------------------------------------------------------------------------------------例2 不对称方阵MDS 分析--------------------------------------------------------------------------例3 从数据中创建距离对称矩阵MDS-----------------------------------------------------------例4 个体差异模型MDS------------------------------------------------------------------------------例6 5多维量表分析的运算原理 对定量MDS 而言，输入的距离矩阵()rs n n D d ?=是欧氏距离，如果能在某个P 维空间上 找到坐标点，是其点间的距离2' ()()rs r s r s d x x x x =--所形成的矩阵刚好等于D,即可求得 MDS 的最佳解。其求解是一个迭代过程，不在此细述。 6.拟合度的测量-------Stress 拟合的好坏的指标称为压力系数（stress 应力），系数越小拟合越好；所绘图与原数据
1.背风波：当风速随高度增大时，则可在背风坡出现波动气流，这种波动成为背风波。 2.多单体雷暴：由一些处于不同发展阶段的生命期短暂的对流单体组成，是具有统一环流的雷暴系统 3.龙卷风暴：产生龙卷的强风暴系统称为龙卷风暴。 4.温带飑线：为—种带(或线)状中尺度系统,是非锋面性狭窄的活跃的雷暴带(或不稳定线)。 其中有许多雷暴单体（其中包括若干超级单体）侧向排列而形成的，是风向、风速、气压、温度等突变的狭窄强对流云带。为破坏力严重的灾害性天气。 5.对流复合体（MCC）：指由若干对流单体或孤立对流系统及其衍生的层状云系所组成的对流系统，其空间尺度和时间尺度具有幅度很广的谱。最简单的是二维的线状对流系统，最大而复杂的是一种具有近于圆形团状结构的MCC这两种系统位于对流复合体波谱的两端。 6. 对称不稳定：在流体静力、地砖平衡且具有水平切变的情况下，浮力和旋转会共同起作用，这两种效应会导致一种新的浮力惯性不稳定，即对称不稳定，对称不稳定是中尺度雨带与雨团形成的主要不稳定机制。 7.条件性不稳定:对干空气是静力稳定的，而对饱和湿空气静力不稳定的情况。 8.对流性不稳定：不论气层原先的层结性如何，在其被抬升达到饱和后，如果是不稳定的则称对流性不稳定。
9.第二类条件性不稳定：大尺度流场通过摩擦边界层的抽吸作用，为积云对流提供了必须的水汽辐合与上升运动，反过来积云对流释放凝结潜热又成为驱动大尺度扰动所需要的能量，于是小尺度积云对流和大尺度流场通过相互作用，相辅相成的都得到了发展。这种通过不同尺度运动的相互作用使对流和大尺度流场不稳定增长的物理机制称为第二类条件性不稳定。 10. 超级单体风暴：直径达20~40km 以上，生命期达数小时以上，即比普通的成熟单体雷暴更巨大、更持久、天气更猛烈的单体强雷暴系统。它具有近于稳定的、高度有组织的内部环流，并且连续地向前传播可达数百公里。 11. .暖输送带：在槽前辐合区的边界上通常可以看到一支狭长的云带。这是由来低纬度低空对流边界层的暖空气在其逐渐向北、向上运行，升入到对流层中、高层时所形成的。由于这支狭窄的气流具有朝极地方向和朝上输送大量热量以及水汽和动量的作用，所以称。 12冷输送带：它起源于气旋东北部的高压的外围，是一支反气旋式的低空入流，其作用是将把北方冷空气向南方输送。 1混淆误差：当用有限网格法表示函数值时，其描述的最短波长为2X，如果因为非线性相互作用产生波长小于2X的分量，则网格系统不能正确分辨而把它错误的表示成某一种波长大于2X的波造成系统的误差，这样的误差叫做混淆误差。原因：由于有限网格不能正确分解短波而造成混淆误差。 2、地图投影放大系数概念：
大数据平台的软件有哪些？ 查询引擎一、Phoenix简介：这是一个Java中间层，可以让开发者在Apache HBase上执行SQL查询。Phoenix完全使用Java编写，代码位于GitHub上，并且提供了一个客户端可嵌入的JDBC驱动。Phoenix查询引擎会将SQL查询转换为一个或多个HBase scan，并编排执行以生成标准的JDBC 结果集。直接使用HBase API、协同处理器与自定义过滤器，对于简单查询来说，其性能量级是毫秒，对于百万级别的行数来说，其性能量级是秒。Phoenix最值得关注的一些特性有：?嵌入式的JDBC驱动，实现了大部分的java.sql接口，包括元数据API?可以通过多部行键或是键/值单元对列进行建模?完善的查询支持，可以使用多个谓词以及优化的扫描键?DDL支持：通过CREATE TABLE、DROP TABLE及ALTER TABLE来添加/删除列?版本化的模式仓库：当写入数据时，快照查询会使用恰当的模式?DML支持：用于逐行插入的UPSERT V ALUES、用于相同或不同表之间大量数据传输的UPSERT ?SELECT、用于删除行的DELETE?通过客户端的批处理实现的有限的事务支持?单表——还没有连接，同时二级索引也在开发当中?紧跟ANSI SQL标准二、Stinger 简介：原叫Tez，下一代Hive,Hortonworks主导开发，运行在YARN上的DAG计算框架。某些测试下，Stinger能提升10倍左右的性能，同时会让Hive支持更多的SQL，其主要
优点包括：?让用户在Hadoop获得更多的查询匹配。其中包括类似OVER的字句分析功能，支持WHERE查询，让Hive 的样式系统更符合SQL模型。?优化了Hive请求执行计划，优化后请求时间减少90%。改动了Hive执行引擎，增加单Hive任务的被秒处理记录数。?在Hive社区中引入了新的列式文件格式（如ORC文件），提供一种更现代、高效和高性能的方式来储存Hive数据。?引入了新的运行时框架——Tez，旨在消除Hive的延时和吞吐量限制。Tez通过消除不必要的task、障碍同步和对HDFS的读写作业来优化Hive job。这将优化Hadoop内部的执行链，彻底加速Hive负载处理。三、Presto简介：Facebook开源的数据查询引擎Presto ，可对250PB以上的数据进行快速地交互式分析。该项目始于2012 年秋季开始开发，目前该项目已经在超过1000 名Facebook 雇员中使用，运行超过30000 个查询，每日数据在1PB 级别。Facebook 称Presto 的性能比诸如Hive 和Map*Reduce 要好上10 倍有多。Presto 当前支持ANSI SQL 的大多数特效，包括联合查询、左右联接、子查询以及一些聚合和计算函数；支持近似截然不同的计数(DISTINCT COUNT)等。四、Shark简介：Shark即Hive on Spark，本质上是通过Hive的HQL解析，把HQL翻译成Spark上的RDD 操作，然后通过Hive的metadata获取数据库里的表信息，实际HDFS上的数据和文件，会由Shark获取并放到Spark