1.1天氣圖分析天氣圖是填有各地同一時間氣象觀測記錄的特種地圖，它描述了某一瞬間某一區域的天氣狀況。天氣圖能顯示各種天氣系統和天氣現象的分布及其相互關系，是分析判斷天氣變化、制作天氣預報的基本工具。一般分為地面天氣圖、高空天氣圖和輔助天氣圖三類。過去天氣圖的填繪主要由手工完成，現在天氣圖的繪制都是由計算機完成。目前業務上使用的MICAPS平臺能顯示常用的各種天氣圖。1.1.1地面天氣圖地面天氣圖反映了某區域某時刻的地面天氣系統和天氣狀況。一張地面圖上用數值或符號填寫各個氣象觀測站在同一時刻的氣象要素觀測記錄。它填有觀測時刻地面各種氣象要素和天氣現象，如氣溫、露點溫度、風向、風速、海平面氣壓、能見度和雨、雪、霧等；還填有能反映空中大氣現象的一些記錄，如總云量、低云量、低云高以及高云、中云和低云的云狀等；既有當時的記錄，又有一些能反映短期內天氣演變實況的記錄，如3h變壓、過去6h內的天氣，過去6h降水量等。地面天氣圖是填寫氣象觀測項目最多的一種天氣圖，是天氣分析和預報中很重要的工具。

圖1.1MICAPS中地面填圖格式地面圖主要分析海平面氣壓場（即海平面氣壓等值線），分為低壓、高壓、低壓槽、高壓脊、鞍形氣壓場五種基本形式，任一張海平面氣壓圖都是由這五種基本形式構成的。

圖1.2aMICAPS中顯示的2009年8月17日08:00500hPa天氣圖鋒面鋒面是冷暖氣團的過渡帶，是水平溫度梯度大的區域，斜壓性強，有利于垂直環流的發展和能量轉換，鋒面附近常有劇烈的天氣發生。鋒面是天氣預報中重點關注的天氣系統之一。因此，鋒面的識別和分析是地面天氣圖分析中的重點。根據鋒面在移動過程中冷、暖氣團所占的主、次地位，可將鋒面分為：冷鋒、暖鋒、準靜止鋒和錮囚鋒。

⑴冷鋒:鋒面移動過程中，冷氣團起主導作用，推動鋒面向暖氣團一側移動，這種鋒面稱為冷鋒。冷鋒過境后，冷氣團占據了原來暖氣團所在的位置，導致氣溫下降。需要注意的是，氣團在移動過程中，由于變性程度不同，或有小股冷空氣補充南下，在主鋒后常有副冷鋒形成，一般主鋒兩側的溫度差值較大，副冷鋒兩側溫差較小。圖1.2a中有兩條冷鋒，一條是從低壓中心向南向西伸的氣旋中的冷鋒，稱為主鋒；另一條是其后部補充南下冷空氣而形成的副冷鋒。

圖1.2aMICAPS中顯示的2009年8月17日08:00500hPa天氣圖冷鋒注釋內容暖鋒注釋內容準靜止鋒注釋內容

圖1.3鋒附近3h變壓和雨區示意圖錮囚鋒注釋內容鋒面動畫演示業務上常用的判斷鋒面位置的方法主要有：

⑴溫度分析：鋒面兩側有明顯的溫差，冷鋒后有負變溫，而暖鋒后有正變溫。

⑵露點分析：暖空氣露點溫度較高，冷空氣露點溫度較低。在沒有降水發生的條件下，露點溫度能較好的表達氣團的屬性，對確定鋒面的位置很有用

⑶氣壓與變壓分析：鋒面位于等壓線氣旋性曲率最大的地方，但有氣旋性曲率處不一定有鋒面。

鋒面亦可和等壓線平行，但鋒面兩側等壓線的疏密對比顯著。如寒潮冷鋒附近經常有密集的等壓線。冷鋒后常有較強的正3h變壓，暖鋒前常有較強的負3h變壓。⑷風場分析：鋒面附近有明顯的氣旋式風向切變。⑸云和天氣現象分析：一般鋒面附近有較明顯的云和降水。

⑹結合云圖等其他資料分析判斷。鋒面氣旋氣旋是指占有三度空間的、在同一高度上中心氣壓低于四周的大尺度渦旋，按氣旋的結構可分為鋒面氣旋和無鋒面氣旋。這里僅對鋒面氣旋的分析以及影響做簡要說明。在我國，典型的鋒面氣旋主要有江淮氣旋、蒙古氣旋、黃河氣旋。

\t"/cmatcvod/12/tqx/_blank"鋒面氣旋形成周期動畫演示

江淮氣旋江淮氣旋注釋內容

蒙古氣旋云圖蒙古氣旋注釋內容

黃河氣旋黃河氣旋的注釋內容倒槽

倒槽倒槽的注釋內容冷高壓

冷高壓冷高壓的注釋內容干線

干線干線的注釋內容輻合線

輻合線輻合線的注釋內容隱藏1.1.2高空天氣圖高空天氣圖也稱高空等壓面圖，常用于分析高空天氣系統。日常分析的高空圖有925、850、700、500、300、200和100hPa等壓面圖，其高度分別約為1500、3000、5500、9000、12000和16000m。高空圖上填有各探空站或測風站在該等壓面上的位勢高度（單位為位勢什米（dgpm））以及溫度、溫度露點差、風向風速等。

圖1.4MICAPS中高空填圖與地面填圖顯示一樣，也可根據不同需要，自行設置所顯示的要素和所顯示的區域范圍。圖1.2b設置的高空圖中只顯示了風向、風速。

圖1.2（b）MICAPS中顯示的是2009年8月17日08:00500hPa天氣圖分析等壓面形勢圖可以了解空間氣壓場的情況，等高線的高（低）值區對應空間高、低壓區，故等壓面圖上的等高線可反映高空低壓槽、高壓脊、切斷低壓和阻塞高壓、高空低渦、副熱帶高壓等天氣系統的位置和影響范圍；等溫線表示該等壓面上冷暖空氣分布，可分析出冷、暖中心和冷槽、暖脊，它們同等高線配合，表征天氣系統的動力和熱力性質；從溫度露點差可以判斷該等壓面上相對濕度的情況，可分析出干、濕中心和濕舌、干舌，一般認為T-Td≤4℃的區域為濕區，而T-Td≤2℃的區域為水汽飽和區，它們通常和云、雨區相配合。利用風向風速可以判斷風的切變以及風的輻合、輻散情況。綜合分析等高線、等溫線以及風場，可分析判斷冷、暖平流及強度。等高線與等溫線相交，氣流由冷區吹向暖區，這時有冷平流，反之有暖平流。平流的強度可從以下三方面判斷：①等高線的疏密程度，一般等高線越密，風速越大，平流強度也越大；②等溫線的疏密程度，等溫線越密，說明溫度梯度越大，平流強度也越大；③等高線和等溫線交角的大小，一般交角越接近90°，平流強度越強；若等高線和等溫線平行，則沒有明顯的溫度平流。

地面天氣圖分析一樣，分析高空天氣圖時，識別、判斷出高空影響系統，并正確預測其未來的發展和變化，對準確預報天氣意義重大。圖1.2b為MICAPS平臺顯示的2009年8月17日08:00500hPa圖，從圖中可以清晰的看到槽線、切變線、副熱帶高壓、阻塞高壓、切斷低壓、高空低渦等天氣系統。

橫豎槽⑵切變線：是指風場的不連續線，一般其兩側的風向有明顯的氣旋式切變。切變線附近氣壓或高度變化不明顯。偏北風與西南風之間的切變為冷式切變，常呈東北—西南向；偏東風與偏南風或西南風的切變為暖式切變，它常呈東—西向或西北—東南走向。此外在兩高壓之間的切變稱為兩高切變，圖1.2b中在大陸高壓與副熱帶高壓之間就有一兩高切變。切變線附近有很強的輻合，常有降水天氣產生，一般降水出現在700hPa切變線以南、850hPa切變線以北的區域。

切變雨區

切變種類⑶副熱帶高壓

副熱帶高壓（帶狀）副高活動有著明顯的季節變化，一般來說，從冬到夏位置北移，強度增大；從夏到冬，位置南撤，強度減弱。一年中北進與南撤并不是勻速行進的，而是穩定少變、緩慢移動與跳躍三種形式。平均而言，冬季副高脊線在15oN附近，3、4月份開始緩慢北移，5—6月間（一般在6月中旬）出現第一次北跳，脊線北跳到20oN以北，并穩定在20～25oN之間一個月左右。7月中旬，脊線再次北跳，越過25oN，在7月底或8月初，副高達到一年中最北位置，9月以后，副高向南撤退。副高周圍的天氣動畫演示⑷阻塞高壓：在西風帶長波槽脊的發展演變過程中，當脊不斷北伸時，其南部與南方暖空氣的聯系會被冷空氣所切斷，在脊的北端出現閉合環流，形成孤立的暖高壓中心，叫做阻塞高壓（以下簡稱阻高）。此時西風帶長波槽脊的經向度增加。

在亞洲，阻高主要出現在烏拉爾山、鄂霍茨克海以及貝加爾湖地區，分別稱它們為烏拉爾山阻高、鄂霍茨克海阻高以及貝加爾湖阻高。

圖1.2（b）MICAPS中顯示的是2009年8月

17日08:00500hPa天氣圖阻塞高壓的注釋內容⑸切斷低壓：是指對流層中上層出現的一堆孤立的冷空氣（氣壓場上表現為低壓），與北方冷空氣之間被暖空氣所切斷，南北方的冷空氣只在低層連接起來。

在高空圖上切斷低壓有兩種形式：一種是無顯著的阻塞高壓存在（圖1.2b中東部海上的低壓）；另一種是與阻塞高壓同時出現并與之密切關聯的切斷低壓（圖1.2b中阻高前部的低壓）。我國最常見的切斷低壓是東北冷渦。它一年四季都可能出現，而以春末、夏初活動最頻繁。它的天氣特點是造成低溫和不穩定性的雷陣雨天氣。東北冷渦的西部，常有冷空氣不斷補充南下，在地面圖上常表現為一條副冷鋒向南移動，有利于冷渦的西、西南、南至東南部發生雷陣雨天氣，而且類似的天氣可以連續幾天地重復出現。

⑹高空低渦：主要介紹與我國天氣密切相關的東蒙冷渦、西南渦、西北渦。

東蒙冷渦：是指發生或經過蒙古人民共和國中東部的冷性低渦，常形成于亞洲高空阻塞形勢下。從春末到秋初都會出現，而尤以初夏為多且影響嚴重，主要影響我國的西北、華北以及東北地區。東蒙冷渦帶來的天氣主要出現在冷渦的東南方，常造成午后到傍晚的雷雨大風、冰雹等強對流天氣，具有日變化明顯、時間短、強度大、局部性明顯且可能持續數日等特點，個別地點降水可達暴雨。

東蒙冷渦點擊查看西南渦動畫演示西北渦：西北渦是指700hPa上，在柴達木盆地到青海湖一帶（99～105oE，34～38oN）發展東移的低渦。這種低渦原是暖性的地形低渦，當有冷空氣入侵，斜壓性加強，低渦開始東移，當低渦進入甘陜地區后，受西南氣流輸送來的水汽影響及水汽凝結反饋作用，促使低渦進一步發展加強，并沿其前部暖切變線東移，呈“人”字形切變線，暴雨主要產生在低渦前部和暖切變線上。

⑺高空急流：高空急流是指出現在對流層頂附近或平流層中一股強而窄的氣流，其軸呈準水平狀，急流中心最大風速大于30m/s(圖1.5a)。與我國天氣有密切關系的高空急流有：極鋒急流、副熱帶急流和熱帶東風急流。

由于風速的變化，在高空急流入口區和出口區有次級環流產生，在高空急流入口區其北側有輻合下沉氣流，而南側有輻散上升氣流；而在出口區與之相反，北側有輻散上升氣流，而南側有輻合下沉氣流。故當高空急流與地面鋒面同時存在時，高空急流出口區北側（或入口區南側）的冷鋒段，地面冷鋒前的上升運動與高空急流次級環流的上升氣流疊加，有利于災害性對流天氣的發展，同時由于強烈的減壓作用而促使爆發性氣旋的發展。而處于高空急流出口區南側（或入口區北側）的冷鋒段，鋒前低層的上升運動受到高空急流次級環流下沉支的壓制，起減弱對流天氣的作用。

⑻低空急流：是指出現在600hPa以下的一支風速＞12m/s的強風帶(圖1.5b)。850hPa以下的低空急流有明顯的日變化，一般在日落時開始增大，到凌晨日出前最大。其最大風速軸與最大水汽軸一致，因此低空急流可向北方輸送大量的水汽。大雨或暴雨區常出現在急流軸的左前方。急流軸上常有風速突然加大的現象，成為風速脈動，在風速脈動區的下游常有較大降水發生。

圖1.52010年8月5日08:00高低空急流分布圖(a)200hPa風場，陰影為風速≥30m/s的風速區，箭頭為高空急流軸

圖1.52010年8月5日08:00高低空急流分布圖(b)850hPa風場，虛線為風速≥12m/s的等風速區，箭頭為低空急流軸靜力學關系和熱成風關系決定了高、低空天氣圖之間的配置，所以預報天氣不能僅憑一張天氣圖、僅分析一種天氣系統，而需要高低空、地面綜合分析、考慮，且由于地形的作用，上述天氣系統所帶來的天氣也會發生變化，這就需要預報員在實際工作中不斷總結、積累經驗，才能更好地使用天氣預報圖。隱藏1.1.3T-ln-p圖T-ln-p圖是一種用來判斷測站大氣層結穩定度、預報強對流天氣的重要工具，是常用的一種輔助天氣圖。它是根據干空氣絕熱方程和濕空氣絕熱方程制作的圖表，也稱絕熱圖或熱力學圖。T-ln-p圖動畫演示T-ln-p圖上點繪的曲線主要有溫度層結曲線、露點層結曲線和狀態曲線。溫度層結曲線是由探空資料點繪出來的，表示測站上空氣溫垂直分布的情況，也稱為環境曲線，它在各層的斜率即代表各層的實際溫度遞減率γ；露點層結曲線也是由探空資料得到的，表示測站上空水汽垂直分布情況；狀態曲線是指氣塊上升過程中其溫度的變化曲線，由于氣塊在水汽未飽和時按干絕熱遞減率降溫，在飽和后按濕絕熱遞減率降溫，因此狀態曲線是由飽和點以下的干絕熱線和飽和點以上的濕絕熱線組成。

穩定度及判據\t"/cmatcvod/12/tqx/_blank"薄氣層的穩定判斷動畫演示在實際大氣中，γ＞γd的絕對不穩定情況很少，只有在晴朗的白天近地面氣層才可出現；γ＜γm的絕對穩定層結通常出現在晴朗的夜間；大多數情況為條件不穩定層結。\t"/cmatcvod/12/tqx/_blank"整層大氣穩定度判斷動畫演示\t"/cmatcvod/12/tqx/_blank"對流性不穩定動畫演示對流性不穩定和條件性不穩定都是潛在不穩定，即當氣層是穩定的，需要有一定的外加抬升力作為“觸發機制”，潛在的不穩定性才能轉化成真實的不穩定。條件性不穩定的實現只要局地的熱對流或動力因子對個別氣塊進行抬升即可，往往造成局地性的雷雨天氣。而對流性不穩定的實現要有大范圍的整層抬升運動作為觸發機制，要有天氣系統的配合或大地形的作用，造成的對流性天氣也比較劇烈，范圍也較大。\t"/cmatcvod/12/tqx/_blank"層結不穩定動畫演示常用特征高度和指數的意義及應用MICAPS3平臺中的右側顯示有一列物理量分析表，輸出了各種特征高度以及熱力、動力、溫濕條件以及能量指數，這里對常用的一些特征高度和指數的物理意義以及應用簡要說明。

⑴抬升凝結高度LCL：指氣塊絕熱上升達到飽和時的高度。在圖上是通過地面溫壓點B的干絕熱線與通過地面露點A的等飽和比濕線的交點C所在的高度為LCL（圖1.6）。超過這個高度就有水汽凝結現象，故LCL的高低反映了云底的高低。

⑵自由對流高度LFC:指在條件性不穩定氣層中，氣塊受外力抬升，由穩定狀態轉入不穩定狀態的高度。圖上狀態曲線與層結曲線的由下向上的第一交點D所在高度為LFC（圖1.6）。在此點之上氣塊的溫度大于環境溫度，故即使不加外力，氣塊也能繼續加速上升，使對流能自由地得到發展，LFC的高低決定了對流所需抬升力的強弱。

⑶對流凝結高度CCL:指假設地面水汽不變，而由于地面加熱作用，使層結達到干絕熱遞減率，在這種情況下氣塊干絕熱上升達到飽和時的高度。在圖上通過地面露點A的等飽和比濕線與層結曲線交點F的高度即為CCL（圖1.6）。它是空氣熱對流開始凝結的高度，可用來估計氣團內部局地熱對流產生的對流云云底高度。

⑷對流溫度Tg：指氣塊自對流凝結高度干絕熱下降到地面時所具有的溫度。在圖上，由F點沿干絕熱線下降到達地面時所對應的溫度為對流溫度Tg（圖1.6），Tg-T的大小決定著局地熱對流發生的難易，若地面加熱使氣溫能超過Tg，則就有發生熱對流的可能，否則將不會產生熱對流。

⑸對流上限：為對流所能達到的最大高度，也是經驗云頂、平衡高度ELC。在圖上，狀態曲線與層結曲線由下向上的第二交點E所在高度（圖1.6）。

⑹0℃層高度：指環境溫度為0℃所對應的高度，是形成冰雹條件的一個特征參數。一般在600hPa上下，約4km高，有利于冰雹的產生。

⑺沙氏指數SI：SI=T500-TS，其中T500為500hPa上的實際溫度，TS是850hPa等壓面上的濕空氣團沿干絕熱線上升到達凝結高度后，再沿濕絕熱線上升至500hPa時所具有的氣團溫度。理論上SI負值愈大，愈有利于不穩定。單位：℃。據國外研究，SI與對流天氣有以下關系（《大氣科學詞典》編委會1994）：

SI＞3℃發生雷暴的可能性很小或沒有；

0℃＜SI＜3℃有發生陣雨的可能性；

-3℃＜SI＜0℃有發生雷暴的可能性；

-6℃＜SI＜-3℃有發生強雷暴的可能性；

SI＜-6℃有發生嚴重對流天氣(如龍卷風)的危險。

⑻K指數:K=(T850-T500)+Td850-(T-Td)700，K指數是一個經驗指標，它同時反映了大氣層結穩定度和中低層的水汽條件。一般K值越大，潛能越大，大氣越不穩定。單位：℃。

⑼對流有效位能CAPE:即氣塊在給定環境中絕熱上升時的正浮力所產生能量的垂直積分，是風暴潛在強度的一個重要指標。在圖上，CAPE正比于氣塊上升曲線和環境溫度曲線從自由對流高度（LFC）至平衡高度（ELC）所圍成的正面積區域。單位：J?kg-1。

⑽對流抑制有效位能CIN：CIN正比于圖上自由對流高度下的負面積，表示要發生對流需克服的能量。CIN太大，抑制對流程度，對流不易發生；太小，不穩定能量不易在低層積聚，易發生不太強的對流。逆溫層的性質及作用在預報中除了要注意分析不穩定層結外，還要注意分析低層的穩定層結，尤其要關注逆溫層、等溫層的分析。所謂逆溫是指溫度隨高度增加，按其產生的原因可分為輻射逆溫、擾動逆溫、下沉逆溫和鋒面逆溫（圖1.8）。

圖1.8(a)輻射逆溫輻射逆溫的注釋內容⑴輻射逆溫：是由于地表面強烈輻射冷卻而造成的。一般厚度不大，自地面起向上達幾十米至幾百米。逆溫層下限與下墊面接觸，濕度大，而逆溫層頂，由于穩定層阻礙水汽向上輸送，濕度較小。

圖1.8(b)擾動逆溫擾動逆溫的注釋內容⑵擾動逆溫：是摩擦層內由于擾動混合作用產生的逆溫。其特征為逆溫層以下至地面之間層結曲線與干絕熱線平行，水汽分布均勻；水汽從逆溫層上界開始急劇減少；逆溫層高度大約1km以下，與摩擦層頂吻合。

圖1.8(c)下沉逆溫下沉逆溫的注釋內容⑶下沉逆溫：在整層空氣下沉時，由于氣層壓縮而形成的。其特征是在空中一定高度上，氣溫與露點之差較大，且差值隨高度升高而增大。

圖1.8(d)鋒面逆溫鋒面逆溫的注釋內容⑷鋒面逆溫：由于暖空氣凌駕于冷空氣之上而造成的。其特點是濕度與溫度同時隨高度升高而增加。

逆溫起抑制對流發展的作用，同時也使水汽和能量在低層聚集。夏季一旦逆溫的層結被破壞，低層的能量釋放，有利于強對流的發生。而低層逆溫也是預報大霧所要重點考慮的因素。1.2物理量診斷分析物理量診斷分析是用各種實測資料和數值預報產品，結合適當的熱力學、動力學診斷方程對所關心的物理量或方程中的各項進行計算，從而對天氣演變過程中物理過程的變化和作用進行定量估計和解釋。它是揭示和加深大氣運動內在規律認識的一種有效的手段。有關物理量的來源、物理意義和計算，《天氣分析預報物理量計算基礎》(劉鍵文等2005)和《現代天氣預報技術和方法》（章國材等2007)等有關書籍進行了詳細的介紹，這里僅對9210系統下發的產品、預報業務中常用物理量的意義以及分析應用進行簡要說明。1.2.1水汽條件主要有：比濕、相對濕度、水汽通量、水汽通量散度。

⑴比濕

，單位：g?kg-1，量級為100～101

比濕是指某容積中水汽質量與同一容積中空氣的總質量的比值，是表征空氣濕度的主要物理量之一。由于比濕具有保守性，即空氣團發生膨脹或壓縮時，若無水分凝結或蒸發，則其中的水汽質量和空氣總質量不變，也就是其比濕保持不變。故在討論濕空氣的上升或下降過程時，常用比濕表示空氣濕度。

⑵相對濕度

，量級為100～102

相對濕度是空氣中實際水氣壓與當時氣溫下的飽和水汽壓的比值，用百分比表示。飽和水汽壓隨溫度而改變，故相對濕度的大小決定于水汽壓和溫度的增減，由于通常水汽壓變化較氣溫變化慢，故溫度往往起主導作用。當水汽壓一定時，溫度降低則相對濕度增大，反之，相對濕度減小。霧、霜多在夜間與清晨產生，就是由于溫度下降，相對濕度增大的結果。

⑶水汽通量

，單位：g?(cm?hPa?s)-1；量級為10-2

又稱水汽輸送，一般指水平水汽通量，是單位時間內流經與氣流方向垂直的單位截面的水汽克數。表征水汽來源、水汽量的大小。

⑷水汽通量散度

，單位：g?(cm2?hPa?s)-1；量級為10-7

是指大氣運動所引起的水汽集中程度。若A＞0，為水汽通量輻散區，這個區域內水汽是減少的；若A＜0，為水汽通量輻合區，水汽將增加。較大降水預報時不僅要關注是否有很好的水汽輸送，更要關注是否有水汽輻合。特別是低層的水汽通量輻合，對降水強度的貢獻十分明顯。

圖1.9(a)2009年8月21日08:00

700hPa水汽通量(實線)和比濕(虛線)水汽通量注釋內容隱藏1.2.2動力條件主要有：渦度、散度、垂直速度。

⑴渦度

渦度是一個矢量，表征流體旋轉特性，一般只計算渦度的垂直分量。

垂直相對渦度值為，單位：s-1；量級為10-6～10-5

在日常分析預報中所說的渦度是指垂直相對渦度，常用它來表征系統的強度。由天氣學原理知，脊區對應有負渦度中心，槽區對應有正渦度中心；高層負渦度與低層正渦度相配置，常常反映有較顯著的垂直上升運動。

⑵散度

，單位：s-1；量級為10-7～10-6

是表征流體水平輻散程度的一個物理量，輻散為正、輻合為負。低層輻合、高層輻散的配置表明存在顯著的上升運動。散度場正、負中心及其分布形勢與強對流天氣的分布有密切關系。降水區的移向與輻合區很一致，而且中尺度輻合區常先于降水1～2h出現，因此掌握中尺度散度場的變化，是預報未來短時中尺度降水和暴雨出現的重要依據。

⑶垂直速度

表征大氣的垂直運動。

在(x，y，p，t)坐標系里為，單位：hPa?s-1，量級為10-4～10-2

在(x，y，z，t)坐標系里為，單位：m?s-1，量級為10-2～100

垂直運動不僅會引起水汽、熱量、動量、渦度等垂直輸送，而且由于與大氣的絕熱變化和水平輻合輻散運動相聯，可以引起濕度、溫度、渦度的變化，對天氣系統的發生、發展有很大作用，故垂直速度是天氣分析和預報中最常用的物理量之一。隱藏1.2.3熱力條件主要有：假相當位溫、總溫度。

⑴假相當位溫

，單位：K；量級為102

表達式中r為混合比，可見是溫度、氣壓、水汽含量的函數，表示溫、壓、濕綜合的物理量，是預報業務中常用的重要物理量。在同一氣壓條件下，越大空氣越暖濕，反之，空氣越干冷。850hPa的的分布與大小是預報員常關注的重點。暴雨時850hPa的值一般在330K以上。反映大氣中層結潛在不穩定，暴雨落區一般在0～15K之間。

⑵總溫度（TT）

直接決定大氣狀態的主要能量有：顯熱能(cpT)、潛熱能(Lq)、位能(gZ)、動能(v2/2)。總能量（Et）是指上述四種能量之和，引入總溫度與其相對應，以表征大氣中的總能量。

，單位：K；量級為102

在業務中常用下式計算總溫度：，單位：℃；量級為101

其值越大，表示大氣中的總能量越大。隱藏1.2.4穩定度主要有：SI、K、CAPE（在1.1.3節中已介紹）。

Ky指數，又稱山崎指數，Ky＝（TA-SI）/(1+(T-Td)850)，量級為100～101

其中TA為850hPa到500hPa間的平均溫度平流，SI為沙氏指數。

該指數是根據日本氣象工作者認為的對流發生的三個條件（大氣穩定度、低層水汽和上升運動）歸納而成。常用來判斷是否有可能發生大雨的物理參數,據統計Ky≥1要注意大雨的發生；Ky≥2大雨發生的可能性大；Ky≥3大雨發生的可能性較高；Ky≥5可能發生大到暴雨。隱藏1.2.5混合指數理查遜數Ri

，量級為100～102

在物理上表示大氣靜力穩定度和動力穩定度的綜合參數；在能量上，它可看作氣塊浮升要消耗的能量和通過湍流從大尺度風場能夠得到的能量之比。

在降水分析和預報中，以（為與靜力能量相當的總溫度）代替，變換后:

，其中

其中為氣柱上、下層的總溫度差，為上、下層的風速矢量差，為上、下層的平均氣壓。當上、下層取500hPa和850hPa等壓面時，C≈1.488,Ri數和對流活動之間的判據為：當Ri＜-2時，有積雨云產生；當Ri＜-1時，有雷暴產生；當-1≤Ri≤0.25時，有系統性對流產生。隱藏1.2.6平流主要有：溫度平流、總溫度平流、渦度平流、水汽平流，業務上最常用的是溫度平流和渦度平流。

⑴溫度平流

，單位K?s-1；量級為10-5

溫度的冷暖平流是表明大氣斜壓性的一種度量，大尺度天氣系統的發生發展均與之有關。此外預報還常關注850hPa和500hPa溫度平流的差值，若差值＞0，則表明低層有暖平流，高層為冷平流，有利于不穩定層結加強，反之，則表明低層有冷平流，高層為暖平流，不利于不穩定層結的加強。

⑵渦度平流

，單位：s－2；量級為10-10

表征由水平風引起的渦度輸送，其中相對渦度平流的作用是使槽脊移動。高空槽前的正渦度平流可引起輻散，槽后的負渦度平流可引起輻合。隱藏1.2.7診斷物理量綜合應用預報中發現，各種物理量在不同地區、不同季節、不同天氣系統、不同層次有很大差異。以暴雨為例，表1.1為東北地區不同天氣系統和不同性質暴雨時各物理量的差異（鄭秀雅等1992）。各地預報員應針對本地災害性天氣具體分析總結各物理量的應用經驗和指標，以提高預報準確率。

1.3衛星云圖在日常的天氣預報業務工作中，我們每天都要用到衛星云圖。加強衛星資料的應用能力，對提高災害性天氣預報預警準確率、防災減災具有重大意義。2005年6月1日我國的第一顆業務服務靜止氣象衛星（FY-2C）正式投入業務運行，2006年12月8日FY-2D業務衛星又成功發射，FY-2D與FY-2C共同實現在軌備份，形成雙星組網觀測能力，形成對我國范圍內最高15min一次的連續觀測。同時風云二號衛星數據實時生成的圖像產品、定量產品，通過氣象部門9210通信系統陸續分發，省地市氣象臺的預報員都可實時得到并應用。2009年11月FY-2E代替FY-2C業務應用。1.3.1紅外云圖特征衛星在10.5～12.5μm通道得到的云圖稱作紅外云圖或長波紅外云圖，這種云圖所反映的是地面和云面的紅外輻射或亮度溫度分布。在這種云圖上，色調越暗表示紅外輻射越大，溫度越高；色調越淺表示紅外輻射越小，溫度越低。紅外云圖上的色調決定于物體的溫度。根據這種云圖上的色調差可以估計地面、云面溫度的相對分布和云的相對高度。由于紅外云圖可以全天進行觀測，在預報業務中使用頻率最高。\t"/cmatcvod/12/tqx/_blank"紅外云圖特征動畫演示1.3.2可見光云圖特征可見光云圖是衛星儀器在可見光譜段測量地面、云面對太陽輻射的反射輻射，經過轉換得到的。其色調決定于反射太陽輻射的大小，若反射太陽輻射大，色調就白，反之就暗。這種黑白色調與太陽天頂角和物體反照率有關。在一定的太陽天頂角下，物體的反照率越大，其色調越白；而反照率越小，色調就越暗。從可見光云圖上的色調可以估計反照率的大小，從而來區分各種物體。由于云與地表間的反照率差異很大，所以在可見光云圖上很容易將云和地表區別開。而同一目標物其色調還與太陽高度角有關，即與衛星觀測的季節和每天衛星觀測的時刻有關。只有在白天才有可見光云圖，且在早晨或傍晚由于觀測太陽高度角低，光照條件差，圖片很灰暗。\t"/cmatcvod/12/tqx/_blank"可見光云圖特征動畫演示

由于可見光云圖在夜間不能使用，因而預報業務中較紅外云圖使用頻次相對較少。但可見光云圖自有紅外云圖所不及的長處。

⑴可見光云圖的空間分辨率大，FY-2C（FY-2E）可見光云圖的空間分辨率在星下點為1.25km，而紅外云圖的空間分辨率在星下點為5km，也就是說，利用可見光云圖能更好地捕捉到小尺度對流云團，對局地對流天氣的預報意義非凡；\t"/cmatcvod/12/tqx/_blank"可見光云圖（分辨率）動畫演示

⑵霧在可見光云圖上表現為紋理均勻、邊界整齊光滑或與地形等高線吻合，與中高云有明顯的區別，因此在白天利用可見光云圖，結合紅外云圖，比較容易識別大霧，而紅外云圖上則很容易將霧和地表混淆；\t"/cmatcvod/12/tqx/_blank"可見光云圖（霧）動畫演示

⑶沙塵暴具有極高的反射率，在可見光云圖上比較容易與低云區分，但在紅外云圖上其頂部亮溫與低云接近，不好區分；\t"/cmatcvod/12/tqx/_blank"可見光云圖（沙塵）動畫演示

⑷只有可見光云圖上才能看到暗影(在可見光圖像中，太陽斜射到云上，形成的陰影)，利用暗影可以清晰地識別強對流云團的上沖云頂，而上沖云頂是對流發展最為旺盛的區域，與雷暴、冰雹、暴雨等相關，對強對流天氣的落區預報有很強的指示意義。\t"/cmatcvod/12/tqx/_blank"可見光云圖（暗影）動畫演示隱藏1.3.3水汽圖特征以6.7μm為中心的吸收帶是水汽強吸收帶，由衛星測量這一吸收帶的輻射，就能推測云中水汽的含量，由這一吸收帶得出的圖像稱水汽圖。6.7μm波段的輻射探測不能提供大氣整層水汽含量信息，而只能獲得大氣層中上層水汽分布情況，其中，中緯度地區的最大貢獻層在412hPa附近。\t"/cmatcvod/12/tqx/_blank"水汽圖動畫演示

同紅外圖像一樣，水汽圖像也是將發射的輻射轉換成溫度來顯示。由于溫度隨高度遞減，對流層上部高濕區顯得冷（亮），而低濕區顯得暖（暗）。在水汽圖上，色調愈白表示對流層中上層水汽含量愈多，反之愈少。

水汽云圖只能描述對流層中上層的水汽分布情況，而能引起降水的水汽來源主要來自低層，故業務中水汽圖像容易被忽略。但是，由于中上層天氣系統在水汽圖上非常清晰，水汽可以作為大氣運動的示蹤物，預報員通過觀察水汽云圖，能夠跟蹤中上層天氣系統的運動和變化，從而彌補因常規氣象觀測資料時空尺度不足而造成的不便。

歸納總結法國氣象局預報研究所和保加利亞科學院的研究成果（方翔等譯2008），結合衛星氣象學的知識以及業務應用的體會，應用水汽圖像可以得到下列信息：

⑴低于850hPa高度的低云和地表，其發射的輻射被大氣水汽全部吸收，不能到達衛星，所以水汽圖上的地表或低云不清楚；

⑵在水汽圖上的天氣系統比紅外云圖更完整連續，大氣環流特征更清楚，特別是無云地區，紅外云圖上不能反映水汽分布，但在水汽圖上都有表現；

⑶圖像中亮、暗區域分別與對流層中上部的濕、干空氣相聯系，圖像中正在變亮的地區表征上升運動，正在變暗的區域表征下沉運動；

⑷動畫顯示水汽圖像，可以了解對流層中上層流場的平均狀態，由于水汽圖像良好的連續性和時間尺度，可以提早判斷高層氣流是否為發散型氣流，而發散型氣流的抽吸作用有利于上升運動；

⑸動畫中顯示出的亮、暗特征之間邊界的演變，及亮、暗特征之間相互作用的趨勢，指示著重要動力過程的發展。隱藏1.3.4云圖的綜合分析三種云圖的特征各有不同、各有所長，在預報業務中不能僅憑某一種云圖上的白亮云團就判斷"云很強，有降水"，而要綜合分析、判斷。一般業務中常用的幾條經驗：\t"/cmatcvod/12/tqx/_blank"云圖綜合分析動畫演示⑴在三種云圖上均為白亮云團，為積雨云（Cb云），常伴有雷雨、大風等對流性天氣。

圖1.102009年8月27日15:00FY2C衛星云圖(c)水汽圖像

⑵云團在紅外和水汽圖上白亮，而在可見光圖上為灰白，則為中高會有強天氣。

圖1.102009年8月27日15:00FY2C衛星云圖(b)可見光云圖

⑶紅外圖上為灰暗色，可見光上白亮，水汽圖上則不明顯，表明為低降水產生。

圖1.102009年8月27日15:00FY2C衛星云圖(a)紅外云圖

圖1.112010年11月11日08:00FY2E紅外云圖

與08:00500hPa高空形勢圖疊加顯示紅外云圖注釋內容隱藏1.3.5衛星反演資料的應用除了圖像產品，各省地市氣象臺均可得到通過9210通信系統下發的風云二號衛星反演產品，這里僅對最常用的兩種產品簡要說明，其它產品的生成原理及應用可從相關的手冊（許健民等2008）查看，這里不再贅述。⑴大氣運動矢量（云跡風、云導風）產品

根據連續三幅云圖中同一圖像塊（簡稱示蹤云）的移動，估算出大氣的運動。應當注意的是，根據云運動向量來估計風，與常規地面觀測風有些不同，衛星云跡風表示長間大范圍運動，不反映影響常規觀測值的小尺度運動。

故用云跡風資料能揭示云的移動規律、大氣的運動以及天氣系統的發展演變，特別有利于對流層上部環流形勢的判別。圖1.122010年11月10日08:00云導風資料云導風的注釋內容⑵衛星黑體亮度溫度（TBB）產品

TBB是由衛星通過掃描輻射儀觀測下墊面物體獲取經量化處理后的輻射值，它反映了不同下墊面的亮度溫度狀況。在無云或少云區，TBB是地表黑體輻射亮溫，其值較高；在云區中，TBB則是云頂黑體輻射亮溫，其值較低，并且一般TBB值越小，表明云頂越高，對流越旺盛。\t"/cmatcvod/12/tqx/_blank"新雙星運行動畫演示

圖1.132010年11月10日22:15FY2D衛星相當

黑體亮溫（K）與2010年11月10-11日

08:0024h雨量(mm)疊加圖15FY2D衛星相當黑體亮溫（K）1.4雷達圖像天氣雷達以其高時空分辨率、及時準確的遙感探測能力成為災害性天氣、特別是中小尺度災害性天氣監測和預報預警等方面極為有效的工具。目前多普勒雷達可生成大量產品，主要可分為基本產品和導出產品。基本產品是指由基數據直接形成的不同分辨率和數據顯示級別的反射率因子(R)、平均徑向速度(V)和譜寬(SW)。業務中最常使用的是反射率因子和徑向速度產品，降水天氣系統的識別和預警技術也主要建立在反射率因子和徑向速度結構的基礎上。導出產品是指經過氣象算法處理后得到的產品，在預報中主要起提示和參考作用。此節對業務應用的多普勒雷達產品進行簡要介紹。1.4.1雷達強度回波分析降水回波雷達探測大氣是通過接收被氣象目標物散射回來的電磁波列即回波信號來表現的。電磁波在大氣中傳播，若遇到大的物體等也會產生反射現象，造成回波。常見的非氣象回波有地物回波、海浪回波、晴空回波，還有旁瓣回波、二次回波、超折射回波等虛假回波，在業務中可結合其他資料與氣象回波進行區分。降水回波是業務中主要分析的回波，可分為對流性降水回波、層狀云降水回波和混合性降水回波。

對流性降水回波的主要特點是回波強度大，一般＞40dBZ，塊狀結構明顯，層次清晰。垂直發展旺盛，水平尺度與垂直尺度相當。回波頂高一般＞10km，甚至高達18km.這種回波個體分明，發展迅速，生命史一般為幾十分鐘至1～3h。根據生命史和結構可分為單體（生命史＜45min的孤立個體）、超級單體（生命史＞45min的孤立個體）、多單體。多單體和超級單體常常形成雷雨大風、冰雹、局地暴雨、冰雹等災害性天氣，是雷達觀測和分析的重點。

層狀云降水回波是一般由高層云或雨層云形成的回波。其主要特點是回波面積大，一般呈片狀，回波相對比較均勻，最大回波強度一般＜40dBZ，回波頂高一般＜8km，其對應的天氣是連續性的降雨或降雪。零度層亮帶是層狀云降水回波的一個重要特征，其成因是由于云上層的冰粒子在通過零度層時發生相變，散射突然增大，形成了相對強的回波帶。其在PPI上表現為一個環狀（圖1.14a），通常在比較高的仰角上較明顯。

圖1.14SA多普勒雷達強度回波組圖(a)零度層亮帶回波形態分析利用回波的形態可把回波分為：

⑴帶狀回波：屬于對流性降水回波，一般與颮線和鋒面相聯系。其傳播方向與回波帶垂直。

⑵塊狀回波：多為對流單體回波。

⑶螺旋狀回波：一般與臺風、低渦有關。

⑷片狀回波：多與層狀云降水回波相聯。

國內外氣象工作者，利用回波形狀研究強風暴取得了有識別和預警意義的研究成果：

⑴鉤狀回波：在對流性強降水回波的一側，出現一個彎曲的鉤。它是一個超級單體風暴，常產生冰雹、龍卷、下擊暴流等強天氣。

圖1.14SA多普勒雷達強度回波組圖(b)鉤狀回波和三體散射回波

⑵弓狀回波：是呈線狀排列的對流單體族，前后邊緣呈弧形，像一張弓，常稱為颮線，其中心回波強度＞50dBZ，常產生大冰雹和下擊暴流。

⑶V型缺口回波：多普勒雷達強度回波上，超級單體中由于強烈的入流或出流造成V型無回波區或弱回波。前側V型缺口回波表明強的入流氣流進入上升氣流；后側V型缺口回波表明強的下沉氣流，并可產生破壞性大風。

圖1.14SA多普勒雷達強度回波組圖(c)V形缺口

⑷三體散射回波：S波段雷達強度圖上徑向方向一個長釘狀回波，是一個當雷達波束遇到非常大的濕冰雹時發生的雷達微波散射假象。該虛假回波位于從強反射風暴核沿著雷達徑向向外一定距離，通常具有較低的反射率因子值（一般小于20dBZ），是識別大冰雹的重要判據之一。

圖1.14SA多普勒雷達強度回波組圖(b)鉤狀回波和三體散射回波回波結構分析根據回波的強中心上下層位置的配置，強回波的面積、體積、強回波伸展的高度，可大致推測弱回波區、回波的對流程度以及相應的天氣現象。大量的觀測和研究表明，回波頂相對于低層反射率因子的位置可以很好地指示對流風暴的強弱（俞小鼎等2005）。當一個風暴加強到超級單體階段，其上升氣流變成基本豎直，回波頂移過低層反射率因子的高梯度區而位于一個持續有界弱回波區BWER（傳統上稱為穹窿）之上（圖1.14d）。BWER是被中層懸垂回波所包圍的弱回波區，是一個強上升氣流區，大冰雹落在與BWER相鄰的反射率因子高梯度區。

圖1.14SA多普勒雷達強度回波組圖(d)穹窿結構回波動態分析\t"/cmatcvod/12/tqx/_blank"回波動態分析動畫演示依據動畫顯示，分析回波的移向移速、回波的發展消散、回波合并分裂等，大致推測相應的天氣變化。隱藏1.4.2多普勒速度圖分析多普勒雷達除了可提供反射率因子的強度外，還可利用物理學上的多普勒效應來測定降水粒子相對雷達的運動速度，并通過這種速度信息推斷風速的分布、大小，進而確定大氣風場、氣流垂直速度的分布以及湍流情況等。邊界層急流的分析多普勒雷達測的是粒子相對雷達的運動速度，即徑向速度Vr。規定遠離雷達方向為正，Vr＞0；朝向雷達方向為負，Vr＜0。Vr不是真實的全風速，而是真實的風矢量在所測點的徑向上的分量。故一般業務上認為Vr達到12m/s，則可以判斷該仰角所探測的層次有急流存在。多普勒雷達的測速范圍是有一定限制的，不能無限擴大，當真實的Vr超出了最大測速Vrmax時，就產生了速度模糊現象。由風的連續性原理，速度模糊現象在速度圖上表現為正（負）的最大突變成負（正）的最大，中間沒有零速度的過渡。正確識別速度模糊現象，可以更好地判斷風速的大小，進而快速判斷低層特別是邊界層是否有急流。而低層急流對暴雨的預報具有重要意義。雷達顯示速度Vrd與實際的徑向速度Vra的關系為：

Vra＝Vrd（－Vrmax≤Vra≤Vrmax）

Vra＝Vrd＋2Vrmax（Vra＞Vrmax）

Vra＝Vrd－2Vrmax（Vra＜－Vrmax）大范圍降水速度回波特征大范圍降水速度回波的特征主要表現為回波尺度大、回波時空變化較小。要快速判斷降水是持續發展還是減弱結束，首先要認識并牢記大尺度輻合、輻散場以及冷暖平流的速度圖特征。在等距離圓內，朝向雷達的負速度區面積大于遠離雷達的正速度區面積為風向輻合；而遠離雷達的正速度區面積大于朝向雷達的負速度區面積為風向輻散。風隨高度順轉（零等速線呈“S”型）有暖平流，而風隨高度逆轉（零等速線呈反“S”型）有冷平流

圖1.15多普勒速度圖大尺度風場

(a)暖平流+風向輻合暖平流＋輻合型注釋內容

圖1.15多普勒速度圖大尺度風場

(b)暖平流+風向輻散暖平流+輻散型注釋內容

圖1.15多普勒速度圖大尺度風場

(c)冷平流+風向輻合冷平流+輻合型注釋內容

圖1.15多普勒速度圖大尺度風場

(d)冷平流+風向輻散冷平流+輻散型注釋內容中尺度系統的分析造成冰雹、龍卷風、局地暴雨、下擊暴流等強對流風暴在速度圖上的主要表現為有中尺度氣旋、中小尺度輻合輻散以及逆風區等。造成冰雹、龍卷風、局地暴雨、下擊暴流等強對流風暴在速度圖上的主要表現為有中尺度氣旋、中小尺度輻合輻散以及逆風區等。

中尺度氣旋的特征：正（負）速度中心離開雷達的距離相等，呈方位對稱，中間有一條零速度線，負中心和負速度區在雷達探測方向的左側，正中心和正速度區在雷達探測方向的右側

圖1.16多普勒速度圖上中尺度系統特征(a)中氣旋

中小尺度輻散（下擊暴流）的特征：正（負）速度中心在同一條徑線上，呈距離對稱。負速度中心和負速度區在雷達的近距離一側，正速度中心和正速度區在遠距離一側。

圖1.16多普勒速度圖上中尺度系統特征(b)中小尺度輻散

逆風區的特征：在大片的正（負）速度區中，嵌套著小塊的相反速度的回波區，就稱為逆風區。分析逆風區時要注意其強度（速度差值的大小）、尺度（逆風區的面積）、厚度（多仰角分析）、高度（存在的高度）。

圖1.16多普勒速度圖上中尺度系統特征(c)逆風區隱藏1.4.3其他產品的應用⑴垂直累積液態含水量（VIL）

是利用反射率因子強度資料和含水量之間的關系反演出云層含水量，是判別強降水及其降水潛力、短歷時強降水、冰雹等災害性天氣的有效工具之一，也是業務中應用較多的產品之一。

⑵回波頂高（ET）

是≥18dBZ（可調）反射率因子被探測到時，顯示以最高仰角為基礎的回波頂高度。該產品在識別風暴強度時較有意義。業務中發現一般冰雹的ET較局地暴雨高。

⑶垂直風廓線（VWP）

多普勒天氣雷達系統獲取的徑向速度分布數據，在一定的假設條件下，通過反演可獲取某高度平面上的平均風向風速（VAD）。在VAD產品基礎上，應用體積掃描資料可得到半徑為30km的水平區域中平均風向風速隨高度變化的垂直廓線。此產品在分析環境風隨高度和時間的變化以及識別平均風的高度切變及其隨時間變化時有較高的使用價值。但要注意強對流的非線性風場不能應用VWP資料分析，VWP也不能提供輻合輻散的信息。

⑷中氣旋（M）

識別原理是在等距離圓上尋找速度的一致增加段，然后再進行歸并、分類。應用時要注意速度模糊會造成空報和漏報。此外當速度對中心距離大于10km，該產品不顯示中氣旋，但這種速度對也可產生強天氣，預報中要注意關注。

⑸冰雹指數（HI）

用強度立體資料自動探測中空強度、弱回波區、回波懸垂區等來推測冰雹發生的概率。業務中應用統計發現當冰雹指數為△時要注意查看是否可能降雹，當冰雹指數為▲時，大多有降雹。

⑹風暴路徑信息(STI)

顯示被識別的風暴單體質心過去、現在和將來每隔15min的位置，最長外推預報時效為1h。

⑺組合反射率因子(CR)

是將一個體積掃描獲取的回波強度數據，分成若干個以1km×1km或4km×4km為底面積的垂直柱體，對每個柱體尋找最大回波強度的dBZ值后顯示的圖像。另外CR產品可附上“聯合屬性表”，表中可提供風暴頂、最大平均徑向速度和反射率因子、算法識別出的冰雹、中氣旋等有關信息。

⑻降水產品

根據Z-R關系利用每個體掃的最低四個仰角的反射率因子導出1h累積雨量、3h累積雨量和風暴總降水量。使用時要注意用實時雨量進行訂正。1.5數值預報產品1.5.1數值預報產品及應用隨著數值預報水平的不斷提高，目前數值預報已成為現代氣象業務的基礎。在日常業務中，數值預報產品已成為中短期業務預報主要參考資料之一。

國外數值預報起步較早，產品應用時間也較長。目前9210下發的國外數值預報資料主要有格點預報資料（表1.2）和日本傳真圖資料。日本傳真圖資料的主要內容有00～96h內500hPa高度和渦度、地面氣壓場和風以及12h或24h降水量；00～36h的500hPa溫度、700hPa溫度露點差、850hPa溫度和風以及700hPa垂直速度；96～120h的500hPa高度和渦度、地面氣壓場、850hPa溫度等資料。

我國業務數值預報的發展雖起步相對較晚，但發展較快。目前9210系統下發的主要有T213、T639、GRAPES等數值預報產品。

T213L31是我國國家氣象中心第一代在大規模并行機上實現的中期數值預報模式，2002年9月代替T106正式業務化運行。T213L31模式48h以內的預報與先進的國外模式相差不大，但96h以后的預報差距明顯。

T639是在業務T213中期數值預報系統的基礎上發展的，具有較高的模式分辨率，達到全球水平分辨率30km，垂直分辨率60層；T639模式對邊界層過程有更細致的描述，850hPa以下垂直分辨率為12層，T213模式僅有5層，更適合于支撐短時臨近預報。T639于2008年6月正式業務運行，并向全國發布產品，目前下發的主要產品有1000～200hPa主要層次的高度場、溫度場、風場以及水汽通量、水汽通量散度、溫度露點差、假相當位溫等物理量場，有近地面10m風場、2m溫度和相對濕度以及海平面氣壓、總降水量等。應用表明，T639在72h以內與EC數值預報相差較小。

GRAPES是我國自主研發的新一代全球/區域同化預報系統。自2004年底試運行以來，每天實時發布預報產品，試用表明有很好的預報參考價值。目前9210系統下發的預報產品，預報范圍為中國范圍（70～140oE，20～60oN），輸出0～54h每6h預報結果，其預報要素和層次與T639產品相似。

MM5和WRF中尺度數值預報模式，其主要特點是時空分辨率高，許多區域氣象中心和省級氣象臺都有經過本地化的模式，輸出逐h的降水、溫度等要素預報。

面對眾多的數值預報產品，業務中可運用MICAPS平臺逐一顯示各數值預報產品，亦可多要素疊加顯示，還可針對某一要素同時顯示多家預報結果進行對比分析。

圖1.17數值預報疊加對比顯示圖

(a)2009年12月2日20:00EC500hPa高度(粗)、

地面氣壓場(細)疊加顯示高度和地面氣壓場

圖1.17數值預報疊加對比顯示圖

(b)2010年7月25日20:00T639(粗)與EC(細)

500hPa高度48h預報場對比圖預報場對比隱藏1.5.2數值預報產品檢驗由于數值模式的初始場誤差、模式物理過程描述不完全、數值計算誤差等常使得數值預報產品存在預報誤差，應用數值預報產品時一定要進行檢驗訂正。形勢場檢驗對于形勢場的檢驗，模式研發人員有諸如平均誤差、均方根誤差、相關系數等定量的統計檢驗結果。但預報業務中，預報員關心的是數值預報對某種天氣系統預報的是偏快還是偏慢，強度是偏強還是偏弱。MICAPS3.0版給廣大預報員提供了一種工具，可以進行上述內容的定性檢驗。

圖1.18數值預報不同時效預報場以及不同數值

預報初始場對比圖(a)EC對2009年11月27日

20:00500hPa高度場的分析場(紅)與24h(黑)、

48h(黃)、72h(紫)的預報場對比圖預報場對比

圖1.18數值預報不同時效預報場以及不同數值

預報初始場對比圖(b)2009年11月27日

20:00T639(蘭)、EC(紅)以及GRAPES(綠)

500hPa高度分析場與實況分析場(黑)對比圖高度分析場與實況分析場除在日常業務中注意檢驗分析外，中央氣象臺下發的指導預報以及網站中均有“數值預報產品天氣學檢驗評估公報”，其中有對近期高空環流、副熱帶高壓、海平面氣壓場、850hPa溫度場、850hPa切變線、T639模式地面2m相對濕度以及降水等的預報檢驗，預報員可及時查看，對近期數值預報的誤差情況有一定了解，以便在預報中更好地使用數值預報產品。要素值的定量檢驗主要是針對降水、溫度等要素預報進行準確性的檢驗。中央氣象臺以及各省市氣象臺均開展了對本地區的預報工具的檢驗工作，一方面可以不斷發現問題、改進預報模式，另一方面可幫助預報員有針對性地使用這些工具。圖1.19給出了T213模式和日本格點資料2009年8月對河北地區降水檢驗的TS結果。圖中可見2009年8月我國的T213資料對河北省的24、48、72h的小雨(L)、中雨(M)、大雨(H)甚至暴雨(S)的預報均較日本的預報較好。

(a)日本格點資料(b)T213模式

圖1.19數值預報2009年8月對河北地區降水檢驗的TS結果隱藏1.6其它探測資料圖隨著我國氣象事業的發展，大量特種氣象觀測設備正在逐漸融入到現代天氣氣候觀測網中，氣象觀測正在從人工、定性、定時觀測向自動化、遙感遙測、定量、連續觀測轉變。這些觀測資料，從不同側面認識天氣系統演變、改善數值預報模式的初始場、提高災害性天氣的預報預警水平等方面，正在發揮越來越重要的作用。本節簡要介紹風廓線儀、地基GPS水汽、閃電定位儀等資料在天氣預報中的應用。1.6.1風廓線儀風廓線儀又稱風廓線雷達，它的原理是利用大氣湍流對雷達電磁波的散射作用，遙感探測風速。風廓線儀能夠提供以風場為主的多種數據產品，其探測數據包括徑向速度、譜寬、信噪比、水平風向、水平風速、垂直速度等的垂直分布廓線資料。風廓線儀資料在天氣預報預警中的應用，一方面是模式應用，利用風廓線儀不間斷探測大氣中垂直風廓線資料，通過快速同化技術，改善中尺度數值預報模式的初值，提高模式的預報質量；另一方面是在日常的天氣預報預警業務中應用，利用單站風廓線儀資料，監測天氣系統移經測站時的水平風場、垂直風場等的連續變化，并據此來了解天氣系統內部的流場結構，判斷天氣系統是否處于醞釀、發展或衰亡階段；另外利用某一區域內的多部風廓線儀資料，可以描述天氣系統的三維空間流場結構、移動路徑、移動速度，在強天氣的短時、臨近預報預警中具有潛在的應用價值。\t"/cmatcvod/12/tqx/_blank"

圖1.202004年7月10日北京南郊觀象臺

風廓線儀連續觀測垂直剖面圖北京南郊觀象臺風廓線儀連續觀測垂直剖面圖

觀象臺

圖1.212006年7月8日23:00-9日05:00

垂直風廓線演變（時間間隔：18m南郊觀象臺

海淀

圖1.212006年7月8日23:00-9日05:00

垂直風廓線演變（時間間隔：18min）海淀氣象站強降水開始（9日01:20）后，靠近暴雨中心的海淀，不僅邊界層內的東風明顯加強，而且1000m以上的西南氣流也明顯加強。9日03:20前后，海淀2000m以上的上空，風向存在明顯地從西南風轉為西北風的過程，邊界層的東南風也明顯減弱，表明中尺度切變線正在經過海淀上空，暴雨云團正在失去有利的維持環境，暴雨過程趨于結束。

從以上例子可以看出，業務預報中利用具有高時空分辨率的垂直風廓線資料，可以通過分析水平和垂直風場的切變、冷暖平流以及冷空氣侵入等變化，分析判斷系統的演變，進而進行天氣預報。隱藏1.6.2地基GPS水汽應用研究發現大氣中無線電信號的延遲時間正比于沿信號傳播路徑上的大氣中水汽總含量，利用這種關系反演GPS探測資料可以得到大氣可降水量PWV（PrecipitableWaterVapor，即單位面積氣柱中總水汽量）。地基GPS觀測網得到的水汽分布隨時間的變化已經被廣泛地應用到數值預報模式中，以補充常規天氣觀測網對水汽觀測的不足，改善中尺度數值預報的預報能力。

日常的預報工作中，將一定區域內的GPS觀測資料繪制成水汽分布圖，可以隨時了解整層大氣的水汽分布狀