數值天氣預報

数值天气预测是制作天气预报的方式。这是用大气层计算机模型来完成的。这种模型描述了当前的天气状况,以及它们如何使用方程随时间变化。利用当前的天气状况,这些方程可以被解决,或近似地告诉人们在不久的将来天气会是什么样子。相关的物理参数,如压力、温度风向风速被认为是时间的函数。这些都是用偏微分方程系统来模拟的。这是一个动态系统,要用数字来解决。这些方程的大部分是用FORTRAN语言实现的。这些方程是近似的。由于计算的数量巨大,超级计算机通常会做这些计算,以便在太晚之前完成。

数值天气预测,使用GFSZoom
数值天气预测,使用GFS

基本思路

大气层被模拟成一种流体。数值天气预报的基本思想是在给定的时间对流体的状态进行采样。然后可以用流体动力学热力学的方程来估计未来某个时间的流体状态。

当地天气预测

其结果通常太不准确,不能用于预测任何地方的天气。出于这个原因,气象学家检查这些数值,并将其与历史数据进行比较。换句话说,他们使用这些数据来帮助制作天气预报。

模型输出统计是一个在20世纪60年代和70年代开发的统计模型。它使用回归分析进行完全自动化的预测。有了它,历史数据被自动分析。它的一个应用被称为直接模型输出。MOS同时使用历史数据和统计建模。超过大约六小时的预测是不可靠的。

另一个著名的模型被称为全球预测系统(GFS),由美国气象局NOAA管理。它每天提供四次预测。由于信息是免费的,GFS经常被使用,特别是被较小的气象站使用。

组合体

大气层是一个混乱的系统。输入值的微小变化不一定会导致输出的微小变化。这是由于所涉及的流体动力学方程的缘故。这些涉及到的方程用观察到的参数进行了一次求解或近似。再用基于观测值的参数进行多次求解,但这些参数被轻微改变。由于计算能力有限,这种模型的 "分辨率 "比较粗糙。一旦所有的计算完成,它们就会相互比较。计算结果如果是 "相似 "的,就表明预后相对较好。在某些情况下,这意味着有可能准确预测大约十天的天气;在其他情况下,甚至几天的预测都可能是困难的。

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问题和答案

问:什么是数值天气预报?
答:数值天气预报是利用大气层的计算机模型进行天气预报的方式。

问:这些模型是如何描述当前天气状况的?
答:这些模型使用考虑到压力、温度、风向和速度等参数的方程式来描述当前的天气状况。

问:这些方程是如何解决的?
答:这些方程是使用偏微分方程的动态系统进行数值求解的。

问:这些方程是用什么编程语言实现的?
答:这些方程大部分是用FORTRAN语言实现的。

问:为什么使用超级计算机来解决这些方程?
答:使用超级计算机是因为计算量很大,需要快速完成。

问:在建立天气模型时,哪些物理参数被考虑在内?
答:物理参数,如压力、温度、风向和风速,在建立天气模型时被考虑在内。

问:这种建模能准确预测天气吗?
答:虽然建模不一定完全准确,但它可以作为预测未来天气模式的有用工具。

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