天气预报方法及误差来源

摘要 介绍了天气预报的发展过程，阐述了天气预报的分类及方法，分析了天气预报的误差来源，以期促进气象行业为社会公众提供更准、更快、更有效的气象信息服务。

关键词 天气预报；发展过程；分类；方法；误差来源

中图分类号 P16 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2015）15-0251-01

天气预报是根据气象观测或大气探测资料，应用一些原理和方法，对某区域或某地点未来一定时段的天气状况作出定性或定量的预测。通过对天气预报方法与技术课程的学习，掌握了天气预报的基本发展过程及研究方法。简单介绍了天气预报的发展过程、分类情况、预报过程所采用的分析方法以及预报的误差讨论等。

1 天气预报的发展过程

天气预报的发展大致可以分为3个阶段，即单站预报、天气图分析预报、数值天气预报。16世纪以前，人们只能通过肉眼观测天象、物象来判断天气及气候变化。一些有预示性的云天现象也可以作为气象变化的特征，并被编制成言语而流传，如“朝霞不出门，晚霞行千里”“东虹日出西虹雨”等。17世纪中叶，意大利人托里拆利发明了气压表，气象观测由此进入了应用仪器的阶段。随着气象站的建立和逐渐发展，出现了根据气象资料演变规律预测未来天气形势的单站预报方法，主要是采用气压表、温度表等气象仪器测量单站的气压、温度、风、云等气象要素特征的变化情况。19世纪初，国外开始采用探空气球探测高空气象要素的变化，同时以电报的形式，将天气报告及时地传递发送到各个地区。1851年，英国首先采用电报传送观测资料，并开始绘制地面天气图，采用天气图制作天气预报，由此产生了天气图预报。20世纪20年代，气团学说和极锋理论先后被应用于气象预报中；30年代，无线电探测仪成功发明，气象预报由地面发展转为高空探测预报。随着高空天气图的出现，天气演变过程从二维发展到了三维；40年代后期，天气雷达开始投入使用。20世纪50年代开始，动力气象学、气象学原理以及统计气象学等方法广泛应用于天气预报，由此产生了数值天气预报。数值天气预报主要是采用高速电子计算机求解简化的流体力学和热力学方程，及时作出天气预报。尤其是在60年代发射气象卫星之后，使天气预报的水平有了显著提高。目前，我国的天气预报主要是采用地面观测资料结合卫星、雷达等观测资料，通过综合分析、数值模拟等方法预报天气变化形势。

2 天气预报的分类

随着科技的不断进步，天气预报得到了快速的发展。按预报范围可大致划分为区域预报和站点预报等；按服务对象可划分为日常天气预报和专业天气预报（如航空天气预报等）；天气预报按预报时效可划分为临近预报、短期天气预报、中期天气预报、长期天气预报（即短期气候预测）。人们接触最多的是临近预报与短期天气预报。

3 天气预报的方法

目前制作天气预报主要采用动力学预报方法、统计学预报方法、天气学预报方法，以及由这3种基本预报方法相互结合形成的天气-统计预报方法、动力-统计预报方法和天气-动力预报方法等[1]。统计预报方法主要用于制作中、长期预报和气象要素预报。数值预报方法（又称动力学预报方法）可用于制作短期预报，也可做中、长期预报。近几年还开始用来做气候预报。天气学预报方法（或称天气图方法）主要用于制作短期预报[2]。但这3种预报方法都存在一定的弊端，如统计预报方法，在使用这种方法进行预报的同时就是默认未来的天气形势或天气过程与已发生的历史状况出现一致，但由于天气形势复杂多变，所以目前制作天气预报常常是将这3种方法配合起来使用[3]。近年来，人们主要关注数值预报的发展方面。但目前的数值预报能力不能完全解决天气预报业务中的各种需求，因此在现实的业务预报中强调以数值预报为基础的同时，也提出要综合应用多种资料和多种技术方法的预报技术路线[4]。

4 天气预报的误差来源

在日常生活中，人们经常感到天气预报不准确，探究其原因主要存在以下几个方面：一是观测误差。主要是观测数据的时空分辨率不够。其次是数据自身存在误差，观测仪器或观测员的读数误差。二是理论误差。影响大气运动的因素很多，除了各个守恒定律以外，还包括动力因素、热力因素和流体力学因素。这些因素的非线性与复杂性导致了大气科学理论存在一定的误差。三是预报方法误差。数值预报的误差来源于模式和计算方案中的简化以及初始误差随时间的累积等；统计预报的误差来源于统计方法或规则；天气学预报的误差来源于预报员的推理过程中的不完全不合理因素[5]。为降低天气预报的误差，在规范观测、提高理论的同时，气象工作者也提出了概率预报和集合预报的思路。20世纪60年代以来，数值天气预报与统计天气预报相结合，美国国家气象局最先把概率用于日常气象业务，我国是在80年代初开始制作概率预报产品的。按其制作方法可分为3种形式，即气候概率预报、主观概率预报和客观概率预报。天气预报由定性向概率化方向转变不是单纯形式上的变化，而是天气的可预报性和不确定性的统一[6]。集合预报作为解决单一预报不确定性问题的途径，正越来越被重视。因此，应用集合预报发展灾害性天气的概率预报将是今后灾害天气预报的发展方向。总之，对于预报的不确定性问题要进行一定的科普宣传。同时，对于气象工作者和气象学家应该努力减少各种人为误差，努力提高预报的准确率。

5 结语

对于天气预报而言，最基础的工作是测报过程，测报的精准程度直接影响了预报的结果，因此在测报过程中，必须仔细认真、谨小慎微，同时对于气象观测仪器也需要定期进行检查和校准，以防止数据的不准确给预报带来误差。在日常生活中，一般的预报服务对象是社会公众，主要是将得到的预报产品以一定的方式（电话、电视、广播、手机等）传送给社会公众，这是一种以防灾减灾、服务大众为目的的公益性服务。随着气象观测及数值产品的不断进步发展，气象预报的服务对象开始多样化，可以为国家电力部门、交通部门提供及时准确的服务信息。比如，冬季雾灾容易产生交通堵塞或者引发交通事故，及早的预报有关部门不仅可以提醒社会公众做好预防工作，也为有关部门的工作起到了有效的帮助作用。另外，随着气象科技的发展，国家推行使用新能源，而太阳能将是以后的主要能源之一，对于太阳辐射的测量也与气象息息相关。我国气象部门目前正在建设综合气象观测系统，该系统主要是由地基、空基、天基观测系统，相应的数据处理、技术保障等系统组成，另外观测技术与装备研发，以及相应的人才培训对综合气象观测系统全面、协调可持续的发展至关重要。随着综合气象现代化观测的完善发展，气象行业将为社会公众提供更准、更快、更有效的气象信息服务[7]。

6 参考文献

[1] 贾伏生.概率及天气概率预报[J].山西气象，2000（4）：14-16.

[2] 张小礼.集合预报简介[J].气象科技，1996（2）：9-14.

[3] 矫梅燕，龚建东，周兵，等.天气预报的业务技术进展[J].应用气象学报，2006，17（5）：594-601.

[4] 李兰英，张洁新，高英杰.天气预报误差分析及应用决策方法[J].科技传播，2010（10）：49-59.

[5] 陈丽芳，陈永明.集合预报方法在不同类型天气中的预报性能评估[J].科学通报，2010，26（3）：331-338.

[6] 王建捷.北美的天气预报技术现状及其展望[J].沙漠与绿洲气象，1991（10）：46-48.

[7] 杨凯，陈彬彬，林晶，等.福建省农用天气预报技术与业务平台开发研究[J].福建热作科技，2014，39（1）：47-53.

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