数值预报产品应用

浅谈数值预报产品在航空气象预报中的应用摘要：近年来，随着计算机信息技术以及气象事业不断发展进步，数值预报模式愈来愈完善，预报精确性也在逐渐提升，数据预报产品在航空气象预报中所发挥的作用也越来越显著。

本文主要根据数值预报产品运用实际，首先阐述了数值预报格点资料类别，接着重点探讨了数值预报产品在雷暴、飞机积冰、飞机颠簸预报等方面的气象预报的应用，以供相关部门参考借鉴。

关键词：数值预报产品；航空气象预报；应用引言数值天气预报是指结合大气实际情况，在一定的初值以及边值条件下，借助于大型计算机作数值计算，求解描写天气演变过程的流体力学和热力学的方程组，预测未来一定时段的大气运动状态以及天气现象的方法。

目前，全世界已有三十多个国家和地区把数值天气预报作为制作日常天气预报的主要方法。

数值预报模式日臻完善，预报精确性也在不断提升，数据预报产品在航空气象预报中所发挥的作用也愈来愈突出。

探讨数值预报产品在航空气象预报中的应用，对提升雷暴、颠簸、积冰等航空危险性预报的正确性，制作科学有用的数值预报产品，能够为航班安全、有序运行提供可靠的气象服务保障。

1.数值预报格点资料类别由于航空飞机飞行极易受天气因素影响，所以航空气象预报特别重要。

一般而言，航空气象预报包括：雷暴对流、飞机颠簸、飞机积冰等方面的内容。

以往很长一个时期内，中国的航空气象预报通常是利用气象图以及传真内容接收气象中心所发布的天气信息内容。

然而，尽管天气预报员收到了气象信息，但他们只能依靠自身主观经验来来判断天气状况出现的时间，物理量以及位置的变化。

如今，随着通信技术的迅速发展，计算机成本大幅度降低，因此预报员能够通过更充足的数值预报相关产品对气象条件进行预测。

中国当前WAFS数值预报NWP格点资料涵盖6~36h,每隔6h对亚洲地区的150、250、400、600等不同层次的风场、温度等格点场加以预报。

另外，对流顶层、风速最大层高度格点资料具有400~900hpa的垂直速度和相对湿度类型，以及200~900hpa的高度场类型。

数值预报产品在航空天气预报中的应用研究摘要：目前，我国航空天气预报中应用的数值预报主要是通过质量控制、天气预报模式、四维同化、数据采集、统计分析、动态诊断等步骤来实现从天气形势转化成气象要素的数值预报。

随着科学技术的发展、计算机技术的不断进步和互联网的普及，气象观测技术的提高，气象数值预报的准确性也越来越高。

此外，由于数值天气预报模型具有客观的时效性和定量化，数值天气预报产品在现代航空天气预报中的应用更加重要。

关键词：数值预报产品；气象预报；数值预报格点资料；随着我国计算机技术的发展，气象观测技术和气象预报模式不断完善，数值预报在航空天气预报中的优势日益突出。

基于上述认识，通过分析数值预报的格点数据类别，对飞机积冰、对流风暴等进行判断和预测。

同时，对WAFS产品等在航空天气预报中的应用进行了探讨，以供参考。

一、数值预报格点资料类别航空天气预报的重点主要是由飞机飞行的特点来决定，即航空天气预报的内容主要有：飞机颠簸、飞机积冰、风切变、云高、雷暴、能见度等。

在过去的几十年，我国航空天气预报主要通过天气图和气象中心传真来的部分内容。

气象预报人员虽然得到信息，但只能靠推测来得到天气情况的发生时间、物理量和地点的变化。

现阶段，通信技术日益发展，计算机成本降低使得预报人员可以使用更多的数值预报产品。

我国现在WAFS中的数值预报格点资料有6h~36h,包括间隔6h的150~700不同层次风场和温度等的亚洲格点场产品，对流层顶、风速最大层高度，400~900hpa垂速度与相对湿度，300~900hpa的高度场等的格点资料。

二、格点资料在预报判断中的运用1.判断雷暴对流产生的原因及其预报。

NWP系统所呈现的参数是不断变化的，例如在预报时段为10小时的WAFS预报资料中，我们可以运算出800hPa条件下的水汽运动散度,并设置一张详细的地形图纸。

水汽运动散度的运算，主要是为了测算低层水汽聚集凝结的速度，而低层水汽的聚集凝结对雷暴对流起着重要的作用，可以对雷暴产生时间和地点做出判断。

数值天气预报模型的优化与应用天气预报对于我们的日常生活、农业生产、交通运输以及许多其他领域都具有极其重要的意义。

随着科技的不断进步，数值天气预报模型已成为现代天气预报的重要工具。

数值天气预报模型是基于物理定律和数学方程，通过对大气状态的模拟和计算来预测未来天气的变化。

然而，要想获得更准确、更可靠的天气预报，就需要不断对数值天气预报模型进行优化，并拓展其在各个领域的应用。

数值天气预报模型的核心是一组描述大气运动、热力学和水汽变化等物理过程的数学方程。

这些方程通常非常复杂，需要借助高性能计算机进行求解。

在模型的建立过程中，需要对大气进行离散化处理，即将大气划分为一个个小的网格单元，并在每个网格单元上计算物理量的变化。

网格的分辨率越高，模型对大气细节的描述就越精确，但同时计算量也会大大增加。

为了提高数值天气预报模型的准确性，优化工作主要集中在以下几个方面。

首先是数据同化。

数据同化是将各种观测数据（如地面观测站、气象卫星、雷达等获取的数据）与模型的初始场进行融合，以得到更准确的初始状态。

通过数据同化技术，可以有效地减少模型初始误差对预报结果的影响。

例如，利用卡尔曼滤波、集合卡尔曼滤波等方法，能够将观测数据与模型模拟结果进行最优组合，从而提高初始场的质量。

其次是物理过程参数化。

大气中的许多物理过程（如云的形成、降水过程、辐射传输等）由于其复杂性和尺度较小，无法在模型中直接求解，需要进行参数化处理。

不断改进和完善这些参数化方案，使其更准确地反映实际的物理过程，是提高模型预报能力的关键。

例如，对于云的参数化，新的研究成果能够更好地考虑云的微物理过程和垂直结构，从而提高对降水和能量收支的模拟精度。

再者是模型分辨率的提高。

随着计算机技术的飞速发展，数值天气预报模型的分辨率不断提高。

更高的分辨率能够捕捉到更小尺度的天气系统和地形影响，从而提高对局部天气现象的预报能力。

例如，在城市天气预报中，高分辨率模型能够更好地模拟城市热岛效应和复杂的地形对气流的影响，为城市规划和应对极端天气提供更有针对性的建议。

NCL在数值预报产品分析及可视化中的应用摘要：相对于GrADS等气象绘图软件，NCAR Command Language（简称NCL）在数据处理及可视化方面优势明显，故其用户群数量不断增加。

为了更好地利用NCL工具为数值预报产品的解释应用服务，为天气预报和研究提供更实用的图形产品服务，从NCL的介绍、下载安装、数据分析处理及可视化四个方面介绍了NCL在气象业务中应用。

关键词：NCL；气象应用；数据处理；图形展示；数值预报中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）10-0093-03NCAR Command Language（简称NCL）是美国国家大气研究中心专为科学数据处理及可视化而设计的高级语言[1-2]，尤其是在气象数据分析处理方面优势明显，故其用户数量也不断增加。

相对于GrADS等绘图软件，NCL的优势不仅表现在绘图更加细腻美观，更表现在它强大的数据处理能力，它包含了气象数据常用的分析方法，如样条插值、经验正交函数分解（EOF）、波谱分析等，此外，还可与Fortran、Shell进行混合编程，使得程序更加简洁高效，使用更加方便。

这些优势使得NCL成为气象数据分析展示软件的后起之秀[3]。

数值预报产品是天气预报的重要参考依据之一[4-5]，对数值预报产品的业务应用需求也越来越高。

数值预报产品的数据分析及图形化就必不可少，针对这一迫切需求，本文利用NCL软件进行数值预报产品的诊断分析及图形化。

主要介绍了NCL的安装、下载、编程思路，及在气象业务应用中的两部分关键技术：数据处理功能及可视化功能。

1 NCL软件的下载、安装及运行NCL可以在AIX、Linux、Mac OS X 等系统上安装运行，对于Windows用户，可安装Cygwin/X软件后在这个软件环境中运行。

NCL的官方下载地址：http：//，注册之后，根据用户自身的系统选择相应的NCL版本。

NCL在Unix系统上的安装不需要编译，只需要三个步骤：1）解压安装包打开终端，将安装包解压到/home/yourname/ncl目录下：# cd /home/yourname/ncl#tar?Cxvfncl_ncarg-6.1.2.Linux_Debian6.0_x86_64_nodap_gcc44 5.tar.gz2）设置环境变量用“echo $SHELL”返回当前系统所用的shell，若为C-shell （csh）则设置环境变量：setenv NCARG_ROOT /home/yourname/nclsetenv PATH $PATH：$NCARG_ROOT/bin若为bash或ksh，则添加环境变量：export NCARG_ROOT=/home/yourname/nclexport PATH=$PATH：$NCARG_ROOT/bin保存该文件后，运行source命令使环境变量生效。

EC产品在沙尘暴天气预报中的应用EC细网格数值预报产品广泛应用于日常天气预报，是现代天气预报的基础，应用数值预报可以提前发现冷空气的演变，即冷空气酝酿、堆积和爆发南下的过程，因而可提前做出预报，尽早采取预防措施，本文利用EC细网格数值预报产品找出阿克苏机场沙尘暴天气预报指标。

2016～2020年阿克苏机场共出现29场沙尘暴天气，其中24场主导能见度≤800m，严重影响当日阿克苏机场航班的正常起降。

分析发现，冷空气翻山、东灌、对流、混合等四种天气形势是预报阿克苏机场大风的关键。

东灌造成沙尘暴的频率最多、影响程度最大，因此，本文以东灌型为例，分析EC细网格数值预报产品在阿克苏机场日常天气预报的可用性。

东灌，即高压中心在北疆或更偏西的地区，前沿冷锋已移至蒙古和我国甘肃一带，天山阻滞了冷空气的大举南侵，而在塔里木盆地东侧山势较低的“大缺口”中却有大量的冷空气灌入盆地，造成了东疆，南疆东部地区的大风天气，它常与翻越天山的冷空气汇集在一起。

东灌东风完全是由于帕米尔、天山山脉阻挡，冷空气作绕流运动的结果。

一沙尘暴天气形成条件沙尘暴是由多种因素形成的，包括气候背景、地貌特征、季节变化、大气环流条件等，其形成需同时具备三个基本条件：即沙尘源、强风和不稳定的大气层结。

沙尘源有内源地和外源地，内源地包括我国的八大沙漠和四大沙地，即塔克拉玛干沙漠、古尔班通古特沙漠、库姆塔格沙漠、柴达木盆地沙漠、巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠、乌兰布和沙漠、库布齐沙漠、科尔沁沙地、浑善达克沙地、毛乌素沙地、呼伦贝尔沙地；外源地指蒙古国南部戈壁地区。

二阿克苏机场地形特征阿克苏机场位于塔里木盆地北沿，天山南麓，天然戈壁滩，北部20公里外为山区，机场以东2公里处有乌－喀公路通过，西和西南为库马里西克河和阿克苏河。

阿克苏机场所属位置为两面环山（分别为西侧乌什南山和北侧的天山山脉分支），东侧为佚名沙源地，南侧为塔克拉玛干沙漠。

其中影响阿克苏机场的主要沙源地有以下几个：首先是位于南疆腹地，阿克苏机场南侧最大的沙漠-塔克拉玛干沙漠，塔克拉玛干沙漠范围大，沙土充足，当出现东灌天气时，塔克拉玛干沙漠将影响阿克苏-库车一线；其次东侧的佚名沙源地也是出现东灌天气时影响阿克苏机场的另一沙源地；北侧的沙源地为天山山脉-阿克苏地区之间的广袤的沙源；小石峡电站和乌什南山则为西侧的沙源地。