天气预报温度怎么预报?

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题主大概是对“如何用数学方法来预测天气”感兴趣吧,这里就简单介绍下目前气象学界关于这个问题的研究进展。 首先,气象学(meteorology)作为一个学科是研究大气运动的,所以理论上来说,任何涉及大气运动的问题都是气象学家关注的。因此对于这个问题,气学家们从统计学和动力学两个方向来进行分析和研究。

统计方面,主要是收集大量的历史观测数据,建立计算模型,用来短期(几天到几周)或长期(几个月到几年)预测天气。因为人类的历史观测数据总会存在这样那样的问题,所以这种建模过程需要不断地调整参数以获得最佳拟合,其准确性也需要通过不断的检测来评定。同时,这些统计模型也要符合动力学的原理,才能解释为什么会有这样的结果。

动力学方面的研究则主要是围绕大气圈中的涡旋(cyclone) 进行研究的,这些涡旋可以分为热带的(tropical)、副热带的(subtropical)以及极地(polar)。因为地球是一个球形,在任意时刻都会有一个主轴与地轴垂直,并在赤道面上有一个最大分量。随着地球的自转,赤道面上最大的分量也会产生移动,并且越往极地方向移动的速度就越快。这种由赤道面到两极面的速度的变化率被定义为纬向风向速(the meridional wind speed),其在动力学上的影响取决于所在位置的气压场。如果在一个低压(low-pressure system)中,由于空气呈顺时针方向流动,使得来自低纬的热空气能够沿着副热带高压的边界向上涌入,形成副热带锋;反之在高纬地区,空气沿逆时针方向流动,使极地的高气压区逐渐向南扩张,形成极地锋。

在这些锋的结构中,不仅包含有风的信息,同时也含有温度的信息。正是通过这些结构,大气圈的能量和水汽不断在被输运和交换着。 如果把整个大气圈近似为一个超大尺度(infinite dimensional)的系统,那么无论多么复杂的物理过程,总是可以找到一个微分方程来描述它的演化。当然,这是近似理论,大气圈并不是一个完美的超大型系统。但是,尽管存在这些缺陷,基于动力学原理的数值模拟仍然是现在最有前途的研究途径之一。

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