1、毕业设计开题报告 信息与计算科学 概率统计在天气预报中的应用 一、综述本课题国内外研究动态 , 说明选题的依据和意义 在自然界 , 在生活、生产中 , 普遍存在着随机事件 , 而随着人类的发展 , 概率统计的主要原理和基本方法在这些随机事件中得到了广泛的应用 . 随着人们对 天气气候变化随机性规律的认识逐渐深化 ; 经济生产决策方式对天气预报的客观需求 ; 传统天气预报的经济价值低 1等的因素使得概率统计开始在天气预报中开始得到应用 , 并得到了广泛的应用 . 对大气运动规律的认识 , 及如何制做天气预报 , 长期存在着两种基本 观点 , 一种认为大气运动规律是确定的、不是随机的 , 只要气象
2、台站网足够稠密、观测资料足够丰富 , 而且高山、沙漠、极地、海洋等地都有观测资料 , 根据热力学和动力学的原理 , 对大气运动的控制因子进行数学描写 , 在具体容量足够大、计算速度足够快的大型电子计算机的条件下 , 天气预报就可以报得准确 . 这就是所谓的流体力学数值预报法 . 另一种观点则认为大气运动规则是不确定的、随机的 , 即使观测资料足够丰富 , 也不能把大气运动过程完全描写出来 , 因而必须用概率统方法预报未来天气出现的可能性 . 这就是所谓的概率统计预报法 . 当前 , 上述两种方法都未能单独解决问题 , 而是在与其它方法配台下 , 取长补短 , 互补有无进行实际预报的 . 由于我
3、国所需天气预报的种类繁多 , 许多复杂的天气现象预报、局部天气预报 , 尤其是中长期天气预报 , 多靠统计方法来制做 . 这样 , 统计预报法显示了它的现时重要性 2 . 概率统计在天气中应用国外开始于上世纪五十年代后期 , 在六十年代初期发展成独立的分支 , 到六十年代后期已经成为预告气象要素的重要手段 . 我国在六十年代逐步发展了这一方法 , 在七十年代前期达到了一个高潮 , 七十年代后期概率统计天气的理论研 究和实际应用都有取得了许多新的进展 3 . 概率统计天气预报在长期、超长期预报和天气要素预报中更是发挥了它的优势 . 由于概率统计方法对分析、研究气象随机过程是一种重要的手段 , 所
4、以国内、外的天气分析与预报会议材料中可以看出 , 采用各种统计方法来进行天气分析和预报的 , 占相当大的比例 , 虽然 没有一个国家完全依赖于一种预测方法 4, 但人们认为在对大气运动的物理机制还未完全搞清以前 , 统计预报方法是一种有效的预报方法 , 随着概率统计学科的发展 , 还可通过对大气运动的统计规律的了解和分析 , 进一步加深对大气动 力学 、 热力学规律的认识 , 促进数值预报和天气学预报方法的发展 . 概率统计广泛应用在天气预测方面 , 给我们生活带来方便 , 也给我们经济发展带来了很大的帮助 . 例如李庆祥 ;朱燕君 ; 熊安元 5在 北京等 6 城市奥运期间不利天气的概率统计
5、中提出 奥运期间 , 虽然 6 个城市总的天气条件对于举办比赛是比较适宜的 , 但也存在着一些不利于比赛的天气发生可能性 , 通过概率统计方法 , 得出了各个城市发生不利于比赛的天气事件的理论概率 , 为赛事组织部门安排赛事提供一定的参考 . 具体来说 : （ 1） 高温、冰雹、沙尘、暴雨和大风 等极端天气事件发生的概率较小 , 可以认为 2008 年北京奥运期间 6 个城市发生这些极端天气事件的风险非常之小 , 但从历史的情况来看 , 雷暴在该时段发生的频率较大 , 需要引起充分重视和注意 .（ 2） 雨日 ( 特别是中雨以上级别的雨日 ) 、轻雾将是 2008 年奥运期间发生概率最大的不利
6、天气事件 , 而降雨、闷热、雷暴等则是对奥运比赛影响最为明显的天气事件 , 必须引起相关部门的足够重视 . 因此加强不利天气的概率分析 , 以采取相关措施 , 将不利气象事件的影响减少到最低度 , 对于成功举办这一届奥运会具有非常重要的意义 . 杨鉴初 ; 史久恩 6的 我国长期天气预报的进展 和 施能 7的 概率统计方法在中期天气预报中的应用 分别都讲到了概率统计在长期、中期天气预报中的应用跟它的应用方法 . 这些对我们的日常生活、生产都是很有着很重要的意义 . 概率统计方 法 应用于天气科学预测领域 , 日益广泛 、 深入 , 在气象预报 (包括不同尺度的天气预报和各种专业气象顶报 )中的
7、应用主要反映在 以下几个方面 :（ 1）气象资料或气象场的分析和处理 ;（ 2）天气、气候规律的的分析研究 ;（ 3）气象预报 (包括大范围和单站的长、中、短期天气预报，以及超长期、超短期预报等 ;（ 4）卫星气象 ;（ 5）人工影响局部天气 ;（ 6）农业气象的试验设计和预报 ;（ 7）大气污染与微气象学 8. 从使用的方法上来看 , 应用最广的有 多元统计分析中的一些方法 , 如回归分析、封别分析、聚类分析、主成分分析、相似分析等等 . 例如 谢谦 9的 用相关优势概率统计作旬天气预报 就是用了一种简单的方法来预测天气 , 且效果较好 . 王华 ; 张俊岚 10应用转移概率法作特殊天气项目
8、的预测 中应用了转移概率法预测天气 , 提到将转移概率法的应用拓宽到特殊天气项目预测领域 , 打破了阿克苏地区长期天气预报的常规思路 . 经过检验证明 : 该方法对开春、入冬期和霜冻日期等特殊天气项目具有较好的预报能力 , 预报准确率较高 , 成为本地区制作长期天气预报的重要工具 . 同时 , 转移概率预报方法的运用有效地增强了特殊天气项目的预测能力 , 提高了当地预报服务产品的质量 , 使服务产品的科技功能得以充分发挥 , 对农牧业生产起到一定的指导作用 . 随着概率统计在天气预报中的应用越来越广 , 用的方法也越来越多 , 到了今天 , 这方面已经发展得很完善 . 本文主要为了介绍概率统计
9、在使用比较广泛的中期、长期天气预报中的应用 , 了解怎么用概率统计来预测中期、 长期的天气 , 并且简单了解下在其他方面的一些应用情况 . 解决一些如何用相关优势概率、转移概率等做天气预报的一些问题 . 我之所以选此研究课题 , 首先是由于我本人在刚学习概率统计时就一直很好奇它是怎么应用在天气预报中的 , 所以对这方面也比较感兴趣 . 天气是我们每个人每天都要关注的东西 , 它时时刻刻都会影响我们的生活 , 我也十分想了解下关于气象学方面的知识 , 所以我想通过这篇论文 , 学习结合了两方面的知识 , 由此使我学习到了更多的知识 , 并且应用到生活中去 . 二、研究的基本内容 , 拟解决的主要
10、问题 研究的基本内容 : 概率统计在天气预报中的应用 解决的主要问题 : 1. 概率统计在中期、长期天气预报中的应用 2. 如何用相关优势概率、转移概率做天气预报 三、研究步骤、方法及措施 研究步骤 : 1. 查阅相关资料 , 做好笔记 ; 2. 仔细阅读研究文献资料 ; 3. 在老师指导下 , 翻译英文资料 ; 4. 在指导老师指导下 , 撰写文献综述 ; 5. 撰写论文初稿 ; 6. 上交并反复修改论文 ; 7. 论文定稿 . 方法、措施 : 通过到上网 、 图书馆等途径收集资料 . 在老师指导下 , 通过对文献资料中的综合分析 , 总 结得出概率知识在计算机网络中的应用的方法 , 并在此
11、基础上提出自己的设想 . 四、 参考文献 1 史国宁 . 概率天气预报的兴起及其社会经济意义 J. 气象 , 1996(05). 2 一心 . 谈气象学的统计预报法 物理学与概率统计 J. 世界科学 , 1993年 04期 3 曹鸿兴 ;史国宁 . 近几年来我国统计天气预报的进展 J. 气象科技 , 1981,(5),15. 4 W. S.GARRIOCK. Long-Range Weather Forecasts J. nature, 1963, Volume 200, issue 4913, 1275-1276 . 5 李庆祥 ;朱燕君 ;熊安元 . 北京等 6 城市奥运期间不利天气的概率统计 J. 应用气象学报 , 2006年 S1期 . 6 杨鉴初 ; 史久恩 . 我国长期天气预报的进展 J. 气象 , 1979年 10期 . 7 施能 . 概率统计方法在中期天气预报中的应用 J. 气象 , 1981年 11期 . 8 史久恩 ;李麦村 . 概率统计 天气预报的现状及其重点发展 J. 气象科技 , 1978,(04). 9 谢谦 . 用相关优势概率统计作旬天气预报 J. 浙江气象 , 1982(02)008. 10 王华 ; 张俊岚 . 应用转移概率法作特殊天气项目的预测 J. 新疆气象 , 2000 年03 期 .
