氣象遠(yuǎn)程培訓(xùn)課件模板目錄1氣象基礎(chǔ)知識掌握大氣科學(xué)的基本原理與概念，理解氣象現(xiàn)象形成機制及其影響因素，為后續(xù)專業(yè)學(xué)習(xí)奠定堅實基礎(chǔ)。2氣象觀測儀器了解各類氣象觀測設(shè)備的工作原理、使用方法與維護技巧，熟悉從傳統(tǒng)到現(xiàn)代化的氣象觀測技術(shù)體系。3氣象數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用學(xué)習(xí)氣象數(shù)據(jù)的采集、處理、分析與可視化方法，掌握氣象信息產(chǎn)品制作流程與質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。4現(xiàn)代氣象預(yù)報技術(shù)探索數(shù)值預(yù)報、人工智能等前沿氣象預(yù)報技術(shù)，了解氣象預(yù)報服務(wù)與決策支持系統(tǒng)的構(gòu)建方法。5實操案例與綜合訓(xùn)練第一章氣象基礎(chǔ)知識氣象學(xué)概述大氣結(jié)構(gòu)與成分大氣層從下至上可分為對流層、平流層、中間層、熱層和散逸層。其中對流層是氣象活動最頻繁的區(qū)域，高度從地面延伸至約10-15公里。大氣主要成分包括氮氣（78%）、氧氣（21%）以及二氧化碳、水汽、臭氧等微量氣體，這些成分對地球氣候系統(tǒng)起著至關(guān)重要的調(diào)節(jié)作用。氣象要素：溫度、濕度、氣壓、風(fēng)速風(fēng)向氣象要素是描述大氣狀態(tài)的基本物理量，包括溫度（反映大氣熱狀況）、濕度（表征大氣中水汽含量）、氣壓（單位面積上大氣的壓力）、風(fēng)速風(fēng)向（大氣運動的速度和方向）等。這些要素的測量與分析構(gòu)成了氣象觀測的核心內(nèi)容。氣象現(xiàn)象分類及影響氣象現(xiàn)象可分為降水現(xiàn)象（雨、雪、雹等）、光學(xué)現(xiàn)象（彩虹、暈、幻日等）、電現(xiàn)象（閃電、雷鳴等）和其他現(xiàn)象（霧、霜、沙塵暴等）。這些現(xiàn)象對人類社會活動產(chǎn)生廣泛影響：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)：直接影響作物生長與收成交通運輸：影響航空、海運、陸路安全能源消耗：影響供暖、制冷需求公共健康：與某些疾病傳播相關(guān)大氣環(huán)流示意圖上圖展示了全球大氣環(huán)流的基本結(jié)構(gòu)，包括三個主要環(huán)流單元：哈德萊環(huán)流（HadleyCell，赤道至副熱帶）、費雷爾環(huán)流（FerrelCell，中緯度地區(qū)）和極地環(huán)流（PolarCell，高緯度地區(qū)）。這些環(huán)流共同作用，形成了全球風(fēng)帶分布格局：主要風(fēng)帶信風(fēng)帶（TradeWinds）：位于赤道至30°緯度之間西風(fēng)帶（Westerlies）：位于30°-60°緯度之間極地東風(fēng)帶（PolarEasterlies）：位于60°緯度以上重要氣壓帶赤道低壓帶（ITCZ）：赤道附近，終年高溫多雨副熱帶高壓帶：南北緯30°附近，形成世界主要沙漠副極地低壓帶：南北緯60°附近，常年多陰雨極地高壓帶：兩極地區(qū)，氣溫極低氣象觀測的重要性預(yù)報準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)氣象觀測是氣象預(yù)報的基礎(chǔ)和前提，準(zhǔn)確、全面、及時的觀測數(shù)據(jù)是提高預(yù)報準(zhǔn)確性的關(guān)鍵?，F(xiàn)代數(shù)值預(yù)報模式需要大量高質(zhì)量的初始場數(shù)據(jù)，觀測網(wǎng)絡(luò)越完善，預(yù)報精度就越高。我國已建立包括地面、高空、雷達(dá)和衛(wèi)星在內(nèi)的立體觀測網(wǎng)絡(luò)，每日產(chǎn)生數(shù)以億計的觀測數(shù)據(jù)點，為預(yù)報提供了堅實支撐。災(zāi)害預(yù)警與減災(zāi)精確的氣象觀測對于災(zāi)害性天氣的早期識別和預(yù)警至關(guān)重要。臺風(fēng)、暴雨、強對流等災(zāi)害性天氣每年造成巨大損失，及時的觀測數(shù)據(jù)使得預(yù)警時間提前，為政府和公眾采取防災(zāi)減災(zāi)措施爭取寶貴時間。研究表明，有效的氣象災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)可使災(zāi)害損失減少40-70%，而這完全依賴于優(yōu)質(zhì)的觀測系統(tǒng)。行業(yè)應(yīng)用價值氣象觀測數(shù)據(jù)在多個行業(yè)具有廣泛應(yīng)用：農(nóng)業(yè)：指導(dǎo)農(nóng)時安排，優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)航空：保障飛行安全，優(yōu)化航線設(shè)計交通：提供道路、鐵路、水路氣象保障能源：風(fēng)能、太陽能資源評估水文：為水資源管理和防洪提供支持健康：疾病傳播風(fēng)險評估旅游：景區(qū)天氣服務(wù)和安全保障第二章氣象觀測儀器地面氣象儀器介紹氣壓計測量大氣壓力的儀器，常見類型包括：水銀氣壓計：基于托里拆利原理，測量精度高，作為標(biāo)準(zhǔn)器使用空盒氣壓計：利用彈性形變，輕便易攜，廣泛用于野外觀測數(shù)字氣壓計：采用壓力傳感器，可自動記錄和傳輸數(shù)據(jù)測量單位：百帕（hPa）或毫巴（mb），標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為1013.25hPa溫度計與濕度計溫度計類型：玻璃液體溫度計：利用液體熱脹冷縮原理雙金屬溫度計：利用不同金屬熱膨脹系數(shù)差異電阻溫度計：利用金屬電阻隨溫度變化的特性濕度計類型：干濕球濕度計：通過干球、濕球溫度差計算相對濕度毛發(fā)濕度計：利用人發(fā)絲長度隨濕度變化的特性電容式濕度計：利用電容值隨濕度變化的特性風(fēng)速計與風(fēng)向標(biāo)風(fēng)速測量儀器：三杯風(fēng)速計：利用風(fēng)壓推動旋轉(zhuǎn)原理螺旋槳式風(fēng)速計：精度高，響應(yīng)快超聲波風(fēng)速計：無機械部件，維護簡單風(fēng)向測量：風(fēng)向標(biāo)：輕質(zhì)箭頭指示風(fēng)向風(fēng)向風(fēng)速一體機：同時測量風(fēng)向風(fēng)速記錄方式：16方位制或360度角度制雨量計主要類型：自然虹吸式雨量計：利用虹吸原理自動排水計量翻斗式雨量計：雨水積累到一定量時翻轉(zhuǎn)記錄稱重式雨量計：通過測量雨水重量確定降水量特點：自然虹吸式：結(jié)構(gòu)簡單，適合人工觀測翻斗式：便于自動記錄，廣泛用于自動站自動氣象站（AWS）組成與功能自動氣象站是現(xiàn)代氣象觀測的核心設(shè)備，由傳感器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)組成?；九渲猛ǔ０ǎ簹鉁亍穸葌鞲衅鳎ㄒ话惆惭b在百葉箱內(nèi)）氣壓傳感器（通常置于數(shù)據(jù)采集器內(nèi)部）風(fēng)速風(fēng)向傳感器（安裝于10米標(biāo)準(zhǔn)高度）雨量傳感器（翻斗式或稱重式）輻射傳感器（測量太陽輻射）能見度傳感器（可選配置）數(shù)據(jù)采集器（匯總各傳感器數(shù)據(jù)）通信模塊（實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸）數(shù)據(jù)采集與傳輸技術(shù)現(xiàn)代自動氣象站采用微處理器控制，具備以下特點：采樣頻率：可調(diào)整，一般為1-60秒數(shù)據(jù)存儲：內(nèi)置存儲器可保存數(shù)月至數(shù)年數(shù)據(jù)傳輸方式：GPRS/4G/5G移動通信、北斗衛(wèi)星、微波等傳輸頻率：5分鐘、1小時等多種可選數(shù)據(jù)格式：符合WMO（世界氣象組織）標(biāo)準(zhǔn)維護與故障排查自動氣象站需要定期維護以確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性：日常維護：百葉箱除塵（每月）雨量計清洗（每月或暴雨后）風(fēng)速計軸承檢查（每季度）定期校準(zhǔn)：溫濕度傳感器（半年一次）氣壓傳感器（一年一次）風(fēng)速傳感器（一年一次）常見故障及排查：數(shù)據(jù)中斷：檢查電源和通信數(shù)據(jù)異常：檢查傳感器和連接數(shù)據(jù)漂移：需要重新校準(zhǔn)高空氣象觀測設(shè)備氣球探空儀（無線電探空儀）氣球探空是獲取高空氣象要素的傳統(tǒng)方法，主要由以下部分組成：探空氣球：充填氫氣或氦氣，上升速度約5米/秒探空儀：攜帶各類氣象傳感器的測量裝置地面接收設(shè)備：接收和處理探空數(shù)據(jù)探空儀可測量的要素包括：氣壓、溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速等。通常每天發(fā)射兩次（北京時間08:00和20:00），探測高度可達(dá)30公里以上。中國目前有120個探空站，構(gòu)成全國高空氣象觀測網(wǎng)絡(luò)。GPS探空技術(shù)GPS探空是新一代高空探測技術(shù)，與傳統(tǒng)探空相比具有以下優(yōu)勢：定位精度高：水平誤差小于10米，垂直誤差小于20米測風(fēng)精度高：風(fēng)速誤差小于0.5米/秒全天候工作：不受云雨天氣影響實時性好：數(shù)據(jù)處理更快捷中國氣象局已在全國范圍內(nèi)推廣L波段GPS數(shù)字探空系統(tǒng)，顯著提高了高空氣象數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可靠性，為數(shù)值預(yù)報提供了更優(yōu)質(zhì)的初始場數(shù)據(jù)。風(fēng)廓線雷達(dá)與SODAR風(fēng)廓線雷達(dá)是測量大氣垂直風(fēng)場的主要設(shè)備，工作原理是利用電磁波被大氣折射率不均勻體散射的特性。主要特點：連續(xù)自動觀測：提供高時間分辨率風(fēng)場數(shù)據(jù)高度范圍：低模式0.1-5公里，高模式0.5-10公里時間分辨率：最高可達(dá)5分鐘垂直分辨率：50-100米SODAR（聲波探測與測距系統(tǒng)）利用聲波在大氣中的散射特性測量低層風(fēng)場，適用于邊界層氣象觀測，特別是機場和城市環(huán)境監(jiān)測。自動氣象站實景上圖展示了標(biāo)準(zhǔn)配置的自動氣象站實景。該站點配備完整的氣象要素觀測設(shè)備，符合中國氣象局規(guī)范要求，主要組成部分包括：主要觀測設(shè)備10米標(biāo)準(zhǔn)氣象觀測塔：安裝風(fēng)速風(fēng)向傳感器百葉箱：內(nèi)置溫濕度傳感器，標(biāo)準(zhǔn)高度1.5米雨量計：安裝在開闊平整處，避免障礙物影響輻射觀測設(shè)備：測量太陽總輻射、散射輻射等土壤溫濕度傳感器：埋設(shè)于不同深度土層數(shù)據(jù)采集處理器：集中處理各傳感器數(shù)據(jù)輔助設(shè)施太陽能供電系統(tǒng)：主要電源，配備蓄電池防雷接地裝置：保護設(shè)備安全圍欄防護：防止人為干擾和動物破壞通信設(shè)備：實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸視頻監(jiān)控：部分重點站點配備氣象雷達(dá)與衛(wèi)星多普勒天氣雷達(dá)原理多普勒天氣雷達(dá)是現(xiàn)代氣象觀測的重要設(shè)備，主要用于探測降水云系、風(fēng)場等。其工作原理基于多普勒效應(yīng)，即當(dāng)雷達(dá)波遇到移動目標(biāo)（如雨滴）時，反射回波的頻率會發(fā)生變化，通過測量這種頻移可確定目標(biāo)的運動速度。中國氣象部門使用的多普勒雷達(dá)主要包括：WSR-88D/98D系列：C波段（5cm波長）CINRAD-SA/SB/SC系列：S波段（10cm波長）這些雷達(dá)探測半徑可達(dá)200-400公里，可提供降水強度、徑向速度、譜寬等產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于暴雨、雷暴等強對流天氣監(jiān)測與預(yù)警。衛(wèi)星氣象觀測類型氣象衛(wèi)星按軌道可分為兩類：靜止軌道衛(wèi)星軌道高度：36000公里特點：固定監(jiān)視某一區(qū)域，時間連續(xù)性好主要任務(wù)：云圖監(jiān)測，臺風(fēng)跟蹤極軌衛(wèi)星軌道高度：700-900公里特點：全球覆蓋，垂直分辨率高主要任務(wù)：大氣溫濕廓線探測，海溫監(jiān)測衛(wèi)星傳感器類型包括：可見光、紅外、微波等，各有優(yōu)勢，相互補充形成全天候觀測能力。風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星風(fēng)云衛(wèi)星是中國自主研發(fā)的氣象衛(wèi)星系列，包括：風(fēng)云二號（FY-2）類型：靜止軌道氣象衛(wèi)星位置：東經(jīng)105°附近主要儀器：可見光/紅外掃描輻射計應(yīng)用：亞太區(qū)域云系監(jiān)測，每15分鐘一次掃描風(fēng)云四號（FY-4）類型：新一代靜止衛(wèi)星特點：觀測能力大幅提升主要儀器：多通道掃描成像儀、干涉式大氣垂直探測儀、閃電成像儀風(fēng)云三號（FY-3）類型：極軌氣象衛(wèi)星特點：全球觀測，垂直探測能力強第三章氣象數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用數(shù)據(jù)采集與質(zhì)量控制傳感器數(shù)據(jù)采集流程氣象數(shù)據(jù)采集是一個系統(tǒng)工程，包括以下幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)：傳感器感知：將物理量轉(zhuǎn)換為電信號信號調(diào)理：放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采集：設(shè)定采樣頻率和方式數(shù)據(jù)預(yù)處理：計算均值、極值等統(tǒng)計量數(shù)據(jù)編碼：按WMO標(biāo)準(zhǔn)格式編碼數(shù)據(jù)傳輸：通過通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至數(shù)據(jù)中心中國氣象部門建立了"地面-省級-國家"三級數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，確保數(shù)據(jù)及時匯集與分發(fā)。數(shù)據(jù)校驗與異常值處理氣象數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的主要方法包括：范圍檢驗：檢查數(shù)據(jù)是否在氣候極值范圍內(nèi)內(nèi)部一致性檢驗：檢查相關(guān)要素之間的邏輯關(guān)系時間連續(xù)性檢驗：檢查數(shù)據(jù)時間變化是否合理空間一致性檢驗：與鄰近站點比對檢驗氣候?qū)W檢驗：與歷史同期數(shù)據(jù)比對對于檢出的異常值，處理方式包括：人工核實：聯(lián)系觀測站確認(rèn)修正：根據(jù)物理關(guān)系進(jìn)行修正標(biāo)記：對可疑值進(jìn)行標(biāo)記但保留刪除：對確認(rèn)錯誤的數(shù)據(jù)刪除數(shù)據(jù)存儲與管理氣象數(shù)據(jù)量巨大，需要專業(yè)的存儲與管理系統(tǒng)：數(shù)據(jù)庫類型：關(guān)系型數(shù)據(jù)庫與時間序列數(shù)據(jù)庫結(jié)合存儲策略：熱存儲：最近數(shù)據(jù)，快速訪問溫存儲：近期數(shù)據(jù)，平衡性能與成本冷存儲：歷史數(shù)據(jù)，成本優(yōu)先數(shù)據(jù)備份：多級備份策略確保數(shù)據(jù)安全元數(shù)據(jù)管理：記錄數(shù)據(jù)的來源、質(zhì)量、處理歷史等數(shù)據(jù)共享：建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)共享平臺和接口氣象數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)時間序列分析氣象數(shù)據(jù)本質(zhì)上是時間序列數(shù)據(jù)，主要分析方法包括：趨勢分析：識別長期變化趨勢季節(jié)性分析：研究周期性變化規(guī)律異常檢測：發(fā)現(xiàn)異常氣象事件相關(guān)分析：研究不同要素間關(guān)系常用的時間序列分析技術(shù)：移動平均：消除短期波動譜分析：研究周期性特征小波分析：研究多尺度特征經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解：分離不同尺度信號空間插值方法氣象觀測站點分布有限，需要通過空間插值生成連續(xù)的氣象場，主要方法包括：距離加權(quán)插值（IDW）：基于距離反比加權(quán)克里金插值（Kriging）：基于空間相關(guān)性的最優(yōu)線性無偏估計樣條函數(shù)插值：保持曲面光滑連續(xù)多元回歸：考慮地形等輔助變量插值方法選擇需考慮氣象要素特性、地形影響、計算效率等因素。統(tǒng)計與概率基礎(chǔ)氣象分析中常用的統(tǒng)計與概率方法：描述統(tǒng)計：均值、標(biāo)準(zhǔn)差、分位數(shù)等概率分布：正態(tài)分布、泊松分布、極值分布等假設(shè)檢驗：t檢驗、F檢驗、非參數(shù)檢驗等回歸分析：線性回歸、多元回歸、非線性回歸主成分分析：降維和提取主要模態(tài)聚類分析：識別相似天氣型這些方法廣泛應(yīng)用于氣候診斷、預(yù)報檢驗、氣候變化研究等領(lǐng)域。氣象信息產(chǎn)品制作天氣圖制作流程天氣圖是氣象預(yù)報的基礎(chǔ)工具，制作流程包括：數(shù)據(jù)采集：獲取全球觀測數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)質(zhì)控：篩選異常值并校正客觀分析：將離散站點數(shù)據(jù)插值到格點等值線繪制：氣壓、溫度等要素的等值線天氣系統(tǒng)識別：鋒面、氣旋、反氣旋等人工干預(yù)：預(yù)報員根據(jù)經(jīng)驗調(diào)整產(chǎn)品輸出：生成不同尺度天氣圖現(xiàn)代天氣圖制作已高度自動化，但仍需預(yù)報員根據(jù)專業(yè)知識進(jìn)行審核和調(diào)整。常見天氣圖類型包括地面天氣圖、高空天氣圖（850hPa、700hPa、500hPa等）、疊加圖等。預(yù)報模型數(shù)據(jù)解讀數(shù)值預(yù)報模型輸出數(shù)據(jù)量龐大，需要通過專業(yè)產(chǎn)品加工系統(tǒng)進(jìn)行處理和解讀：模型場顯示：直接顯示模型輸出場診斷分析：計算輔助診斷場渦度和散度場溫度平流場Q矢量場大氣穩(wěn)定度指數(shù)降水概率預(yù)報：集合預(yù)報概率產(chǎn)品極端天氣潛勢：暴雨、強對流等潛勢預(yù)報多模式集成：多個模式結(jié)果比對和集成預(yù)報員需要綜合分析各類模型產(chǎn)品，結(jié)合實況和經(jīng)驗，制作最終預(yù)報。氣象預(yù)警信息發(fā)布規(guī)范中國氣象災(zāi)害預(yù)警信號分為四級：Ⅰ級（紅色）：特別嚴(yán)重，可能造成特別嚴(yán)重災(zāi)害Ⅱ級（橙色）：嚴(yán)重，可能造成嚴(yán)重災(zāi)害Ⅲ級（黃色）：較重，可能造成較重災(zāi)害Ⅳ級（藍(lán)色）：一般，可能造成一般性災(zāi)害預(yù)警信息發(fā)布規(guī)范：內(nèi)容要素：災(zāi)害類型、影響范圍、起止時間、強度等級、可能影響、建議措施發(fā)布渠道：電視、廣播、網(wǎng)站、手機短信、APP推送、應(yīng)急廣播、戶外顯示屏等更新規(guī)則：隨災(zāi)害發(fā)展變化及時更新或解除第四章現(xiàn)代氣象預(yù)報技術(shù)數(shù)值天氣預(yù)報（NWP）簡介模型原理與分類數(shù)值天氣預(yù)報是利用數(shù)學(xué)物理方程組描述大氣運動規(guī)律，通過高性能計算機進(jìn)行數(shù)值求解，預(yù)測未來大氣狀態(tài)的方法?；驹戆ǎ嚎刂品匠探M：包括動量方程、熱力學(xué)方程、連續(xù)性方程、狀態(tài)方程等離散化：將連續(xù)方程轉(zhuǎn)化為有限差分或譜方法等離散形式初始場：利用資料同化技術(shù)將觀測數(shù)據(jù)融入模型邊界條件：包括下墊面條件和側(cè)邊界條件物理過程參數(shù)化：處理無法直接解析的小尺度物理過程數(shù)值模式按覆蓋范圍可分為：全球模式：覆蓋整個地球，邊界條件簡單區(qū)域模式：覆蓋特定區(qū)域，需要側(cè)邊界條件中尺度模式：分辨率更高，適合局地天氣預(yù)報全球與區(qū)域模式主要業(yè)務(wù)數(shù)值預(yù)報模式：全球模式ECMWF（歐洲中期天氣預(yù)報中心）：全球公認(rèn)最準(zhǔn)確的模式GFS（美國全球預(yù)報系統(tǒng)）：免費開放，全球覆蓋GRAPES-GFS（中國全球預(yù)報系統(tǒng)）：中國自主研發(fā)區(qū)域/中尺度模式WRF（天氣研究與預(yù)報模式）：學(xué)術(shù)界廣泛使用GRAPES-MESO（中國區(qū)域預(yù)報系統(tǒng)）：業(yè)務(wù)應(yīng)用模型輸出解讀技巧解讀數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品的關(guān)鍵技巧：了解模型特性：不同模型有各自偏差特點多模式對比：避免單一模式可能的誤導(dǎo)物理一致性檢驗：檢查預(yù)報是否符合氣象學(xué)原理歷史相似案例比對：與類似天氣過程對比實況訂正：根據(jù)最新觀測調(diào)整預(yù)報集合預(yù)報解讀：關(guān)注預(yù)報不確定性機器學(xué)習(xí)與人工智能在氣象中的應(yīng)用數(shù)據(jù)驅(qū)動預(yù)報方法人工智能氣象預(yù)報方法主要包括：深度學(xué)習(xí)模型：卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）：處理圖像類氣象數(shù)據(jù)長短期記憶網(wǎng)絡(luò)（LSTM）：處理時間序列預(yù)報圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（GNN）：處理氣象站網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集成學(xué)習(xí)方法：隨機森林：多要素預(yù)報與分類梯度提升樹：處理非線性氣象關(guān)系應(yīng)用領(lǐng)域：短時臨近預(yù)報（0-6小時）NWP后處理與訂正極端天氣識別智能雷達(dá)回波識別人工智能極大提高了雷達(dá)數(shù)據(jù)處理能力：回波識別與分類：降水回波與非氣象回波分離雨、雪、冰雹等不同類型回波識別超級單體、弓形回波等結(jié)構(gòu)自動識別定量降水估計（QPE）：Z-R關(guān)系智能優(yōu)化多源數(shù)據(jù)融合估計回波外推預(yù)測：光流法外推深度學(xué)習(xí)預(yù)測未來演變氣象災(zāi)害風(fēng)險評估AI助力氣象災(zāi)害風(fēng)險管理：風(fēng)險識別：歷史數(shù)據(jù)挖掘識別高風(fēng)險區(qū)域多源數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析風(fēng)險預(yù)測：基于氣象-水文-地理信息的綜合預(yù)測災(zāi)害鏈預(yù)測與預(yù)警應(yīng)用案例：城市內(nèi)澇風(fēng)險評估山洪地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警農(nóng)作物氣象災(zāi)害風(fēng)險圖人工智能正在深刻改變氣象業(yè)務(wù)模式，與傳統(tǒng)物理模式形成互補。中國氣象局已將人工智能納入"智慧氣象"建設(shè)體系，成立了氣象人工智能聯(lián)合實驗室，積極推動人工智能技術(shù)在氣象領(lǐng)域的應(yīng)用。氣象預(yù)報服務(wù)與決策支持影響型預(yù)報理念影響型預(yù)報是現(xiàn)代氣象服務(wù)的核心理念，關(guān)注的不僅是天氣本身，更是天氣對社會經(jīng)濟活動的影響。主要特點：從"會發(fā)生什么天氣"轉(zhuǎn)向"天氣會造成什么影響"結(jié)合風(fēng)險評估與脆弱性分析針對不同用戶定制不同決策建議實施路徑包括建立氣象-災(zāi)害-影響鏈條模型，開發(fā)影響預(yù)報產(chǎn)品，建立跨部門合作機制。多源數(shù)據(jù)融合現(xiàn)代氣象服務(wù)需要整合多種數(shù)據(jù)源：氣象觀測數(shù)據(jù)：地面、高空、雷達(dá)、衛(wèi)星等數(shù)值模式數(shù)據(jù)：多模式、多時效、集合預(yù)報地理信息數(shù)據(jù)：地形、土地利用、城市結(jié)構(gòu)社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)：人口分布、基礎(chǔ)設(shè)施、產(chǎn)業(yè)布局互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)：社交媒體、人口移動、交通流量數(shù)據(jù)融合技術(shù)包括Kalman濾波、變分分析、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)等，目標(biāo)是提供更全面、精準(zhǔn)的決策支持信息。用戶定制化服務(wù)案例針對不同行業(yè)的定制化氣象服務(wù)：交通氣象服務(wù)：高速公路能見度預(yù)報鐵路冰凍預(yù)警航空氣象保障農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)：作物生長環(huán)境監(jiān)測病蟲害預(yù)警農(nóng)事建議城市氣象服務(wù)：內(nèi)澇風(fēng)險預(yù)警熱島效應(yīng)監(jiān)測空氣質(zhì)量預(yù)報決策支持系統(tǒng)氣象決策支持系統(tǒng)（MDSS）是集成氣象信息、影響評估和決策建議的綜合平臺：系統(tǒng)組成：數(shù)據(jù)接入與處理模塊預(yù)報與預(yù)警模塊影響評估模塊決策建議生成模塊信息展示與分發(fā)模塊應(yīng)用案例：城市暴雨內(nèi)澇應(yīng)急決策大型活動氣象保障能源負(fù)荷預(yù)測數(shù)值天氣預(yù)報模型運行示意圖上圖展示了數(shù)值天氣預(yù)報模型的完整工作流程，從數(shù)據(jù)收集到預(yù)報產(chǎn)品生成的全過程。主要環(huán)節(jié)包括：數(shù)據(jù)收集與同化觀測數(shù)據(jù)收集：地面、高空、雷達(dá)、衛(wèi)星等多源數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制：剔除異常值，校正系統(tǒng)誤差資料同化：3D-Var/4D-Var變分同化或集合卡爾曼濾波初始場生成：為模式提供最佳初始狀態(tài)模式積分動力框架：求解原始方程組物理過程參數(shù)化：輻射、邊界層、云微物理等時間積分：從初始場向未來延伸邊界條件更新：全球模式提供區(qū)域模式邊界后處理與產(chǎn)品生成模式輸出處理：投影變換、插值、診斷量計算統(tǒng)計后處理：MOS（模式輸出統(tǒng)計）校正系統(tǒng)偏差產(chǎn)品生成：天氣圖、降水預(yù)報、溫度預(yù)報等集合產(chǎn)品：概率預(yù)報、極端事件風(fēng)險可視化：各類預(yù)報圖表和產(chǎn)品預(yù)報檢驗與反饋預(yù)報檢驗：客觀評分計算（TS、ETS、MAE等）誤差分析：系統(tǒng)性偏差識別模式改進(jìn)：基于檢驗結(jié)果調(diào)整模式參數(shù)第五章實操案例與綜合訓(xùn)練典型氣象災(zāi)害案例分析臺風(fēng)"海燕"路徑與影響臺風(fēng)"海燕"（國際編號1330，菲律賓命名"約蘭達(dá)"）是有氣象記錄以來登陸菲律賓的最強臺風(fēng)：2010年中國南方暴雨過程2010年5-6月，中國南方經(jīng)歷了持續(xù)性強降雨過程：冰雹與雷暴預(yù)報實例北京2020年6月25日強對流天氣過程：通過這些典型案例分析，可以深入理解氣象災(zāi)害的形成機制、演變規(guī)律和預(yù)報技術(shù)，提高學(xué)員對類似天氣過程的識別和預(yù)報能力。案例學(xué)習(xí)是氣象預(yù)報員成長的重要途徑，經(jīng)驗積累與理論學(xué)習(xí)同等重要?；咎卣鳎荷蓵r間：2013年11月3日最大強度：中心氣壓895百帕，最大風(fēng)速87米/秒（超強臺風(fēng)）路徑特點：穿越菲律賓中部后進(jìn)入南海，強度迅速減弱災(zāi)害影響：菲律賓：造成6000多人死亡，400多萬人無家可歸經(jīng)濟損失：超過120億美元預(yù)報分析：成功預(yù)報：路徑預(yù)報較為準(zhǔn)確挑戰(zhàn)：強度預(yù)報偏弱，低估了登陸強度經(jīng)驗教訓(xùn)：需加強超強臺風(fēng)強度預(yù)報能力氣象特征：時間：2010年5月上旬至7月上旬范圍：長江中下游、江南、華南等地強度：局部日降水量超過250毫米成因分析：冷暖空氣反復(fù)交匯副熱帶高壓異常偏南南海季風(fēng)爆發(fā)早且強西太平洋多個臺風(fēng)活動影響災(zāi)害影響：影響人口：超過2億人直接經(jīng)濟損失：超過800億元預(yù)報評估：中期趨勢預(yù)報準(zhǔn)確暴雨落區(qū)精細(xì)化預(yù)報有待提高天氣概況：時間：2020年6月25日16時至21時現(xiàn)象：短時強降水、冰雹、雷電、大風(fēng)強度：最大冰雹直徑3厘米，最大小時雨強56毫米預(yù)報技術(shù)：多普勒雷達(dá)監(jiān)測超級單體結(jié)構(gòu)TITAN系統(tǒng)追蹤強回波演變大氣穩(wěn)定度指數(shù)分析（CAPE、LI等）臨近預(yù)報系統(tǒng)外推預(yù)測經(jīng)驗總結(jié)：提前識別關(guān)鍵不穩(wěn)定區(qū)域雷達(dá)回波形態(tài)特征與冰雹潛勢關(guān)系儀器維護與故障排查實操自動氣象站常見故障診斷自動氣象站運行中常見故障及診斷方法：故障現(xiàn)象可能原因診斷方法數(shù)據(jù)中斷電源故障、通信故障檢查供電系統(tǒng)、通信設(shè)備狀態(tài)溫度異常傳感器故障、屏蔽不良對比相鄰站點數(shù)據(jù)、檢查百葉箱風(fēng)速恒為零軸承卡死、連接線斷開手動轉(zhuǎn)動風(fēng)杯、檢查連接線雨量不準(zhǔn)確雨量計堵塞、翻斗失靈清洗濾網(wǎng)、檢查翻斗機構(gòu)氣壓跳變密封不良、電源波動檢查密封性、穩(wěn)定電源傳感器校準(zhǔn)方法主要氣象傳感器校準(zhǔn)技術(shù)：溫度傳感器：使用標(biāo)準(zhǔn)溫度計在恒溫水浴中對比校準(zhǔn)濕度傳感器：使用標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器在不同濕度點校準(zhǔn)氣壓傳感器：使用標(biāo)準(zhǔn)氣壓計在密閉容器中對比校準(zhǔn)風(fēng)速傳感器：在風(fēng)洞中與標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速計對比校準(zhǔn)雨量傳感器：使用標(biāo)準(zhǔn)量筒注水測試翻斗精度現(xiàn)場維護流程演示自動氣象站現(xiàn)場維護標(biāo)準(zhǔn)流程：維護前準(zhǔn)備：準(zhǔn)備工具與備件（含數(shù)字萬用表、清潔工具等）檢查歷史數(shù)據(jù)，確認(rèn)站點存在的問題告知數(shù)據(jù)中心即將進(jìn)行維護現(xiàn)場檢查：外觀檢查：檢查設(shè)備外觀、支架穩(wěn)固性供電系統(tǒng)：檢查電池電壓、太陽能板狀態(tài)通信系統(tǒng)：測試數(shù)據(jù)傳輸是否正常傳感器維護：溫濕度傳感器：清潔防塵網(wǎng)，檢查通風(fēng)情況風(fēng)速風(fēng)向傳感器：檢查軸承、清潔風(fēng)杯雨量計：清潔集水漏斗、檢查翻斗機構(gòu)輻射傳感器：清潔透明罩，檢查水平數(shù)據(jù)檢驗：現(xiàn)場讀數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)儀器對比記錄維護情況與數(shù)據(jù)偏差維護后流程：恢復(fù)數(shù)據(jù)采集，確認(rèn)數(shù)據(jù)正常通知數(shù)據(jù)中心維護完成填寫維護記錄表遠(yuǎn)程觀測數(shù)據(jù)應(yīng)用實訓(xùn)數(shù)據(jù)下載與處理本實訓(xùn)將指導(dǎo)學(xué)員完成以下數(shù)據(jù)處理操作：數(shù)據(jù)獲?。菏褂弥袊鴼庀髷?shù)據(jù)網(wǎng)（）下載歷史觀測數(shù)據(jù)通過FTP服務(wù)器訪問實時觀測數(shù)據(jù)申請并使用數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品API接口數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換：MICAPS格式轉(zhuǎn)換為通用格式（NetCDF、CSV等）二進(jìn)制格數(shù)據(jù)解碼與提取不同坐標(biāo)系統(tǒng)之間的投影轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)質(zhì)量控制：缺測值處理與插補異常值識別與剔除時間序列平滑與趨勢提取數(shù)據(jù)分析工具使用：Python科學(xué)計算庫（NumPy、Pandas、Xarray）氣象專用軟件（GrADS、NCARCommandLanguage）統(tǒng)計分析工具（R語言、SPSS）預(yù)報產(chǎn)品制作演練學(xué)員將通過以下實操訓(xùn)練，掌握氣象預(yù)報產(chǎn)品制作技能：天氣圖制作：等值線分析與繪制天氣系統(tǒng)標(biāo)繪（鋒面、氣旋等）多層次天氣系統(tǒng)疊加分析預(yù)報產(chǎn)品設(shè)計：面向公眾的圖文預(yù)報設(shè)計專業(yè)用戶定制產(chǎn)品制作影響預(yù)報信息設(shè)計可視化技術(shù)應(yīng)用：二維等值線圖與填色圖三維立體可視化動態(tài)演變過程動畫智能網(wǎng)格預(yù)報編輯：格點預(yù)報數(shù)據(jù)人工干預(yù)時空一致性約束處理臨近預(yù)報自動更新與手動調(diào)整遠(yuǎn)程協(xié)作與報告撰寫本環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)員遠(yuǎn)程團隊協(xié)作能力：協(xié)作工具使用：視頻會議系統(tǒng)操作協(xié)同編輯平臺使用版本控制工具應(yīng)用協(xié)作預(yù)報演練：值班預(yù)報員分工協(xié)作多部門聯(lián)合會商跨區(qū)域預(yù)報協(xié)調(diào)預(yù)報評估報告：預(yù)報檢驗指標(biāo)計算預(yù)報失誤原因分析改進(jìn)措施提出專題分析報告：重大天氣過程分析氣候異常成因分析氣象災(zāi)害影響評估培訓(xùn)總結(jié)與考核說明課程重點回顧本次氣象遠(yuǎn)程培訓(xùn)課程涵蓋五個核心模塊，主要學(xué)習(xí)重點包括：氣象基礎(chǔ)知識模塊：大氣結(jié)構(gòu)與運動原理氣象要素及其觀測意義大氣環(huán)流與天氣系統(tǒng)形成機制氣象觀測儀器模塊：各類氣象觀測儀器原理與使用方法自動氣象站的組成與維護高空、雷達(dá)、衛(wèi)星觀測技術(shù)氣象數(shù)據(jù)處理模塊：數(shù)據(jù)質(zhì)量控制技術(shù)數(shù)據(jù)分析與可視化方法氣象信息產(chǎn)品制作規(guī)范現(xiàn)代氣象預(yù)報技術(shù)模塊：數(shù)值預(yù)報基本原理與應(yīng)用人工智能在氣象中的應(yīng)用氣象預(yù)報服務(wù)新理念實操案例與綜合訓(xùn)練模塊：典型氣象災(zāi)害案例分析儀器維護與故障排查實操遠(yuǎn)程觀測數(shù)據(jù)應(yīng)用實訓(xùn)考核形式與要求本課程采用多元化考核方式，全面評估學(xué)習(xí)效果：理論考試（40%）：形式：線上閉卷考試內(nèi)容：覆蓋五個模塊核心知識點時長：120分鐘題型：選擇題、判斷題、簡答題、論述題實操考核（40%）：數(shù)據(jù)分析任務(wù)（15%）設(shè)備維護操作（10%）預(yù)報產(chǎn)品制作（15%）課程作業(yè)（20%）：每章節(jié)單元測驗（10%）綜合案例分析報告（10%）證書頒發(fā)流程證書獲取條件與流程：合格標(biāo)準(zhǔn)：總評分達(dá)70分以上優(yōu)秀標(biāo)準(zhǔn)：總評分達(dá)90分以上證書類型：氣象觀測技術(shù)資格證書頒發(fā)流程：考核結(jié)束后15個工作日內(nèi)通過郵寄方式發(fā)放證書有效期：3年，需定期參加繼續(xù)教育遠(yuǎn)程培訓(xùn)學(xué)習(xí)支持在線學(xué)習(xí)平臺介紹本課程依托氣象科學(xué)遠(yuǎn)程教育平臺開展，該平臺具有以下功能與特點：多終端支持：支持PC、平板、手機等多種終端課程資源：高清視頻課程（支持倍速播放、斷點續(xù)學(xué)）配套電子教材與參考資料實操演示視頻與虛擬仿真實驗學(xué)習(xí)管理：學(xué)習(xí)進(jìn)度跟蹤與提醒個性化學(xué)習(xí)計劃制定學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析與反饋考核評估：在線測驗與作業(yè)提交實時評分與反饋學(xué)習(xí)檔案管理平臺訪問地址：互動答疑與技術(shù)支持為確保學(xué)習(xí)效果，提供全方位支持服務(wù)：在線答疑：課程論壇：每章節(jié)設(shè)專題討論區(qū)問答系統(tǒng)：48小時內(nèi)專家回復(fù)直播答疑：每周安排1-2次在線答疑技術(shù)支持：平臺使用指南與常見問題解答遠(yuǎn)程桌面協(xié)助（需預(yù)約）7×12小時技術(shù)支持熱線學(xué)習(xí)指導(dǎo)：專業(yè)導(dǎo)師一對一指導(dǎo)（預(yù)約制）學(xué)習(xí)方法與技巧分享學(xué)習(xí)困難專項輔導(dǎo)技術(shù)支持聯(lián)系