预报思考（通用9篇）
预报思考 篇1
0引言
数值天气预报已经成为现代天气预报的基础和天气预报业务发展的主流方向［1］,但鉴于天气预报不可能完全客观化,预报员将成为提高预报准确率的关键因素。利用预报员对天气形势预报、实况背景信息及其经验,订正模式系统得到分析场偏差,并实时反馈给数值模式重新计算,以减少模式不确定性,提高数值模式的可信度［2］。现代天气预报的发展,对预报员提出了多方面的能力要求,其一就是要有天气分析和预报的理论基础和实践能力。基于此,作为大气科学专业的必修课程,天气学原理课程在重视理论基础讲解的同时,将理论知识运用于实际天气图分析的实践教学中具有非常重要的意义。
《天气学原理》的第五章“天气形势及天气要素的预报”在整个课程体系中是实践性较强的一章内容［3］。 实践表明,高空形势是天气过程的背景,它直接影响着天气系统的运动和发展,并导致大范围的天气变化。因此,在教学实践中,这一部分内容成为重点难点。而在本文中,我们将重点讨论高空形势预报方程在传统天气图中的应用。
1高空形势预报方程形式转换
高空形势预报方程是在运用简化的涡度方程,借助连续方程,并假设各层等温线平行,且不考虑地面垂直速度,并且大尺度运动是准地转的基础上得到的(式 1)。
这里 ζg表示平均层上的涡度,g表示该层的地转风,T表示该层的热成风。可见,平均层上的涡度局地变化是由该层涡度平流及热成风涡度平流所决定的。
由于传统天气图并不绘制涡度这个物理量,因此在传统天气图上识别系统的强度变化需要借助对等位势高度线(简称等高线)和等温线进行分析来实现。
由准地转平衡关系,且认为地转风涡度局地变化的分布是正负相间出现的正弦波动,H表示位势高度,k,l分别为x和y方向上的波数,令m0=k2+l2,则
式(2)将涡度的局地变化与位势高度的局地变化建立了联系,即涡度的代数值增加(减小),对应负(正)变高。
那么,具体到传统天气图,如何根据等高线和等温线的分布状况判断系统的生消发展,这成为高空形势预报方程运用中最有实践价值的部分。
2高空形势预报方程的实践运用
基于(1)式,方程右端的涡度平流项g· ▽f可以分解为地转涡度平流项和相对涡度平流项g· ▽ζg。
2.1地转涡度平流项
由于f=2Ωsinφ,▽f = β >0,因此判断地转涡度平流项对系统发展的贡献仅须关注经向风。
当有南风分量时,有负的地转涡度平流;当有北风分量时,有正的地转涡度平流。在实际天气图的分析中,可根据槽脊的走向判断地转涡度平流项对系统发展和移动的影响。对于偏南北向的槽(脊),地转涡度平流使其向西移动;对于偏东西向的槽(脊),地转涡度平流对槽(脊)的移动无明显作用。当槽(脊)线上为偏北气流时,槽加深(脊减弱)。反之,当槽(脊)线上为偏南气流时,槽减弱(脊加强)。
需要注意的是,地转涡度平流项在长波系统中作用较大。而相对涡度平流对于短波的发生、发展和移动的作用较大。
2.2相对涡度平流项
为便于在实际应用中根据等高线的分布情况来判断该项对于系统发展的贡献,在自然坐标系中将其分解为三项,s的方向与每一点上瞬间风速的方向一致,n的方向与s轴垂直并指向流线前进方向的左侧。ks为轨迹的曲率,当为气旋性曲率时取正号,当为反气旋性曲率时取负号。
(1)疏密项表示切变涡度沿气流方向的变化。设大范围运动是准地转的,即在实际天气图的分析中,只有当沿气流方向的风速切变较大时(如在急流两侧) 该项才比较重要,一般情况下此项不重要。
(2)散合项表示等高线汇合疏散情况。在实际天气图的分析中,对于对称性槽脊,槽脊线上相对涡度平流为零,槽脊不发展但移速变化。当槽(脊)前疏散,槽(脊)后汇合,则槽(脊)移动迅速;槽(脊)前汇合,槽(脊)后疏散,则槽(脊)移动缓慢。而对于不对称性槽脊,槽脊强度是变化的。疏散槽(脊)是加深(加强)的,汇合槽(脊)是填塞(减弱)的。
(3)曲率项表示等高线的曲率分布。在实际天气图的分析中,由于槽(脊)线上曲率达极值,则故曲率项对槽(脊)的发展并无大贡献,而使之移动。
在实际天气图的分析中,要根据等高线的具体分布形态来判断相对涡度平流项的各项对系统的移动和发展的贡献。概括而言,槽脊的发展主要由散合项决定。
2.3热成风涡度平流项
仅考虑涡度平流还不能完全决定系统的发生、发展和移动趋势。经典气旋模型确立了斜压性是中高纬度天气变化的机理这一核心思想［4］。在实际天气图的分析中,当冷舌落后于高度槽(脊),在槽(脊)中有正(负)热成风涡度平流,槽(脊)将发展(加强)。反之,当高度槽(脊)落后于冷舌时,槽(脊)将减弱。
3运用高空形势预报方程的注意事项
3.1明确适用对象
高空形势预报方程的推导是在无摩擦的假设下充分考虑了大尺度运动的准地转性以及中高纬度天气系统的斜压性,因此该方程适用于中高纬度自由大气中的大尺度系统。在实际应用中,一定要首先判断出分析对象的特点,才可加以应用,切不可张冠李戴。
3.2明确适用层次
由于方程(1)是在正压涡度方程的基础上利用热成风涡度平流进行修正,主要描写了高空运动,故此高空形势预报方程适用于平均层。由于平均层接近600h Pa,而实际工作中常分析500h Pa等压面图,因而在日常工作中用以预报500h Pa形势。
3.3明确各作用项的相对重要性
根据高空形势预报方程,系统的变化与方程右端的两大项即涡度平流项和热成风涡度平流项有关。 500h Pa面上天气系统的发生、发展和移动以涡度平流为主。而涡度平流项又可进一步分解为地转涡度平流项和相对涡度平流项。这两项的相对重要性可通过尺度分析和Rossby数的大小比较来判断。对于长波系统,地转涡度平流项占主导地位;对于短波系统,相对涡度平流项占主导地位。
但是,在系统强烈发展或消失时,斜压性很重要, 此时热成风涡度平流的作用不容小觑。
基于这些基本认识,再联系《天气学原理》课程第五章之前的相关知识(位势倾向方程与方程),可以对中纬度大尺度系统的发展有一个基本认识。
摘要：随着现代天气预报的发展,对预报员的能力提出了更高的要求。传统的天气学预报方法在订正数值预报结果方面的作用不容忽视。基于此,在课堂教学实践中讲解理论知识的同时,也要注意讲授理论知识的实际应用。文章重点讨论了高空形势预报方程在实际天气图分析中的应用及其适用。
关键词：高空形势预报,教学,实践
预报思考 篇2
关于林业有害生物监测预报工作的几点思考 作者：闵祥菊 毛力
来源：《新农村》2012年第07期
摘 要：加强林业有害生物防控工作，是保障林业健康可持续发展、促进农民持续增收的重要保障。而林业有害生物监测预报是做好林业有害生物防控工作的基础，随着林果产业的快速发展，林业有害生物发生趋势也日益严重，因此必须加大林业有害生物监测预报工作力度，保障林果产业的健康可持续发展。基于此，本文对林业有害生物监测预报进行了探讨，提出几点意见。
关键词：林业有害生物 监测预报 意见
“十一五”期间，国家、自治区对林业有害生物工作给予了高度的关注和大力的支持，投入了大量的专项资金，重点做好了林业有害生物三大体系的建设工作（监测预警体系、检疫御灾体系和防治减灾体系），体系建设一直延伸到乡镇场，大批乡镇防治服务队、乡镇林业有害生物监测点建成，大量的设备配备到位，县级森防站（林检局）、乡镇监测点基础设施、办公设备、交通工具、调查监测仪器得到明显加强。各地区林业有害生物监测预报工作开展得有声有色，对林业健康可持续发展赶到了重要的作用。面对发展快速的林果产业及日趋变化的生态环境，林业有害生物监测预报承担着越来越重要的作用。因而不断加强林业有害生物监测预报工作，发挥基层森防部门的主导作用，提高监测预报的准确率至关重要。
一、完善监测预警三级体系建设
县级及县级以下测报部门是林业有害生物监测预报的主体，承担着林业有害生物调查测报的主要工作，因此必须逐步完善县、乡、村三级监测预报体系建设，但目前县级监测预报体系基本已经完善，有国家级中心测报点或自治区测报点，乡镇一级部分乡镇建立了乡镇监测点，但具体到村一级目前还缺少村级森防员（最好能够达到每个小组有1名森防员），主要原因是缺乏基层监测人员保障机制也是极为重要的工作。，有了这些保障，才能有监测预警工作的全面保障。三级监测体系要求明确任务和落实责任，建立起“职责分工明确、分片责任到人、监管制度完善、强化责任追究”和“横向到边，纵向到底”的责任体系，每一级必须要做到分工明确、责任明确，才能更好的发挥作用。
二、强化监测预报队伍及人员建设
1.强化测报机构建设
目前作为承担主要测报工作的县级森防站基本上只有3-5人，甚至有些县森防站只有1~2人，无法承担工作任务如此繁重的测报工作，因此必须加强森防机构的建设力度，要从机构编制、人员队伍、基础设施等三方面下功夫；
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2.保证测报队伍稳定
林业有害生物监测预报是一项技术要求比较高的工作，必须有长期实践经验才能胜任这一工作，因此必须保证测报人员队伍的稳定，才能构建一支技术过硬的监测预报队伍，保证测报工作的连续性和准确率。
3.加强培训，提高人员素质
各级森防检疫机构虽通过各种途径不断地加强对基层测报人员的培训，但由于测报岗位技术要求高，目前基层大部分测报人员专业技术薄弱这仍旧是制约监测预报工作的一个主要瓶颈，仍然是提高监测预警工作质量的一个最薄弱环节。要加大培训力度，对各级测报人员，尤其是专职测报人员进行培训，特别是开展测报实际操作培训，努力打造一支能力强、素质高、作风硬的测报队伍，为全面、有效地开展林间监测预报工作，提高测报准确率提供人才保障。
三、积极推广监测新技术应用和测报技术研究
监测预报工作的新技术研究和推广面临的一个老大难问题。目前，监测预报工作人员基本是依靠人工踏查、标准地调查方法，靠人眼去看，靠经验去推测，没有新的手段，没有新的方法；尤其是针对天然林有害生物监测工作，受自然条件的制约，根本无法开展，更不用说进行数据分析、准确性确认了。与其他部门相比而言，林业系统有害生物的监测预报还是停留在“刀耕火种”最原始的年代，监测预报思想极端落后，从而导致监测预报理论、技术水平非常落后，监测预报设备、手段落后。必须要依托高等院校和科研部门，加强监测新技术的研究与应用，在完善地面常规调查的基础上，积极应用化学信息素、声音信号技术、雷达技术、传感器技术、航空航天遥感、太阳能自动测报台、GPS-PDA采集病虫情信息、“3S”等监测技术，构建全覆盖、立体的监测预警体系，不断提高监测预警的时效性和短期预报的准确性。
四、加强协作研究，提高监测预警科技水平
进一步加强与气象部门的合作，在“信息共享、优势互补、平等互利、联合发布、服务林农”的原则下，积极探求与气象部门合作领域、机制和措施，探索各季节主要气候灾害与极端天气气候事件（暖冬、倒春寒、高温干旱、洪涝、台风等）对林业有害生物发生规律的影响，进一步提高林业有害生物发生趋势预警信息的时效性与准确性，为防灾减灾工作提供科学依据。要加强与有关科研院校的合作攻关，从不同空间尺度上摸清有害生物发生发展的规律，解决林业有害生物发生信息采集、统计分析、人工智能模拟、预测预报、信息发布等共性技术。
雷电预报服务的几点思考 篇3
一、雷电的形成及条件分析
雷电一般产生于对流相对发展激烈的积雨云中, 一二常常会伴随着强烈的阵风和暴雨, 时不时还会由于气流对流等产生冰雹和龙卷风。同时雷电的产生一般伴着雷暴, 所谓雷暴, 就是伴着雷击和闪电的局部性对流天气。而雷暴高压则主要发生于低空暖式气流和弱垂直风切变处, 简而言之, 即是云的上部以正电荷为主, 下部以负电荷为主, 云的上下部之间存在的电位差即是形成放电即我们常说的闪电的内在原因, 而雷鸣的形成主要是由于放电过程中, 空气闪道内的温度急剧上升, 使得空气体积迅速膨胀, 进而产生的冲击波的巨大声响。当带有电荷的雷云和地面突起物有所接触时, 它们之间就会发生剧烈地放电, 而雷电放点地点则会出现强烈的闪光和巨大的轰鸣声, 这便是人们常说的电闪雷鸣。
产生雷电的天气条件则主要有高空低槽、中低层切变线、低槽冷锋、准静止锋、冷涡和沿海槽等。一般的, 对我国大部分地区而言, 常见的产生雷电的天气条件主要是高空低槽、中低层切变线、冷锋等。
二、雷电的气候形成分析
雷电产生的天气条件不尽相同, 然雷电的种类却多种多样。针对我国大部分地区, 下面只简单介绍下我国的主要类型的雷电。
(一) 高空低槽型雷电
每年的在夏季, 当空气较温暖湿润的时候, 如果没有地面锋面的配合, 那么高空低槽附近的气流的辐合为云层和水汽的垂直运动提供了条件。而这时候空中槽是否能产生雷电, 首先要看的是气流辐合的强弱。强烈的辐合可产生大范围内的剧烈上升运动, 这有利于雷暴的形成;而微弱的辐合, 由于上升运动小, 所以产生雷暴的可能性也小。因而雷暴的产生也只在槽线的附近, 距离槽线越远, 产生雷暴的可能性越小。
(二) 低槽冷锋型雷电
低槽冷锋型雷电一般发生在夏半季。此时, 云层上下两层密度不均, 上下电荷运动剧烈, 两者之间的电势差不断发生变化。顺着槽的方向, 空气上升运动强烈, 导致上下层重叠或抵消, 便有了雷暴的形成。若高空槽线位置稍导在前倾槽时, 在地面锋线附近暖空气一侧上空受槽后冷平流影响, 使大气层结不稳定, 同时槽后的强冷平流促使冷锋附近的锋区加强, 进而随着强冷气流的顺槽而下, 促使锋区加强向槽前移动, 导致冷锋附近的抬升作用加强, 进而触发强对流的发生, 使此种雷暴的发生成为可能。
(三) 沿海槽型雷电
我国处在亚欧大陆和太平洋之间, 内陆地区受到海洋气候的极大影响。而沿海地区发生雷暴现象的可能性较之于内陆地区则明显偏高。究其原因, 我国紧邻太平洋, 每年的六到九月份, 由于全球气候变化和季节影响, 太平洋高压或向西延伸, 或向东衰退, 导致沿海地区的槽前槽后水汽和云层的变化, 具体来说就是同时有水汽的上升和下降, 而云层的上下层变化较大, 温差也会由于地层增温或者高层降温而增大, 使得大气层结位势不稳定, 因而容易产生强对流, 触发雷电的形成。
三、雷电的危害
雷电一般伴随着雷暴, 其产生的破坏主要分为直击雷、感应雷和电位提高。所谓直击雷, 一般是指雷电直接击中建筑物或导电的物质进而引发的强烈放电, 可导致设备损坏或引发火灾等;感应雷, 及通常认为的雷电引发的静电效应和电磁效应, 由于雷电强大到上千安培的女电流, 能瞬间导致设备烧毁损坏及因此而引发的电磁场, 会会使得电子设备失灵或损坏, 而人也极有可能受到伤害;电位提高是指雷电在架空线路、金属管道上产生的冲击电压, 导致配电装置和电器线路外绝缘层击穿, 引发短路, 引发危害。
四、关于雷电预报服务的几点建议
1) 加强雷电预报向更细更精的方向发展。国家科学院已经研制出多种预报雷电的设备。通过卫星监测和相关的数据分析, 能够确定某些地区是否会产生雷电。但还不够精细。我们应进一步加大开发力度, 不仅能够准确定位雷电发生的具体地点, 而且可以预测雷电的强度, 这样, 人们便好及早作出准备。因此, 我们应进一步加大开发力度, 力求做到更加准确更加确定。
2) 因地制宜, 各有侧重。我国大多数地区处在内陆地区, 沿海地区的雷电较之来说比较多, 而我国的雷暴的总的分布也是东南居多。因此, 区别对待, 因地制宜不仅节省资金和人力, 而且对雷电的预防也不失为一个好方法。利用各地气候的不同和地域性, 及时检测大气环流的演变和冷暖空气的活动情况, 及时针对分析和预测预警。根据当地的地域性和季节性, 加强某个时间段的检测也是各个区域应当关注的问题。
3) 建立健全天气和雷电气候的机制。实现预测产品、雷达检测、雷电预测网和自动气候监测站等共同关注气候的变化, 密切关注天气形势的演变, 不断的探索新的更加准确的方法, 针对某些建筑, 例如飞机场, 实行特别关注等。
4) 加强和探索利用雷电设备的研究和开发。雷电虽然会给人们带来巨大的伤害, 但合理利用的话, 却又是一个不可计量的巨大能量场。我们应进一步加强在此方面的研究, 实现预雷防雷用雷一条线。
五、结语
雷电预报服务的进一步建设, 是对我国预雷防雷用雷体系的更加深入的探索, 也是我们开拓新技术新思路的一次伟大的尝试, 我们不仅要做好雷电强度的预报工作, 而且要做好防雷的整体水平和设备力量, 这对我们进一步利用自然资源实现利用雷电为人类服务的目标必将产生深远影响。
参考文献
[1]朱男男, 宫全胜, 易笑园.地面大气场资料在强对流天气预报中的应用[J].2010.
[2]殷娴, 肖稳安, 尹丽云.江苏省雷电活动潜势预报研究[J].热带气象学报, 2011.
[3]唐海.雷电预警系统中大气电场仪的研究和设计[学问论文].2009.
[4]向志.浅谈架空输电线路防雷措施[J].2011.
预报思考 篇4
从台风数值预报误差探讨决策预报中的几个问题
通过205个台风9种数值模式在各时段的`登陆点预报误差统计分析,结合各次台风过程天气形势的分析,探讨数值预报模式对台风路径的预报能力,并对台风决策预报服务中的几个问题提出探讨意见.统计分析结果表明,数值模式对台风路径的72～96小时预报的平均误差较大,当天气形势出现较大的变化和调整时,预报有可能出现一致性的误差.
作 者：庄千宝 叶子祥 周功铤 马永安 Zhuang Qianbao Ye Zixiang Zhou Gongting Ma Yongan 作者单位：庄千宝,叶子祥,Zhuang Qianbao,Ye Zixiang(浙江省乐清市气象局,325600)周功铤,马永安,Zhou Gongting,Ma Yongan(浙江省温州气象局)
刊 名：气象 ISTIC PKU英文刊名：METEOROLOGICAL MONTHLY 年，卷(期)： 32(12) 分类号：P4 关键词：台风路径 数值预报 评估 决策预报思考 篇5
关键词：热轧带钢,性能预报,模型
热轧带钢力学性能预报模型的功能是根据热轧生产工艺和带钢成分预报其力学性能,简称性能预报模型。该模型的应用前景非常广阔,可形成一系列以模型为核心的应用技术,如减少带钢取样量、控制带钢力学性能、优化钢种成分,甚至还可用于设计新钢种、进而改进生产组织方式等,统称为热轧带钢力学性能预报技术。
文献[1]指出,“钢材组织性能预报系统在热连轧生产中的离线和在线应用是世界钢铁工业昨天的梦想,今天的努力和明天的现实;是用高新技术提升传统产业的具体的、可行的、有效的步骤;是以信息技术集成为代表的新经济在钢铁工业中的一次伟大实践。” 从另一个角度看,热轧带钢力学性能预报技术的出现,标志着计算机技术在冶金行业中的应用开创了一个新的领域[2]。
看到如此辉煌的应用前景,就不难想象人们对该技术的关注程度。据有关学者考证,利用数学模型预测钢材组织演变及最终力学性能的想法诞生于20世纪50年代[3]。此后,热轧带钢的力学性能预报一直是世界各国冶金工作者最关注的研究方向之一,与之相关的大量基础研究工作也相继展开。热轧过程的数学模拟研究始于20 世纪70 年代末的英国[4]。20世纪90 年代,在美国能源部及美国国家钢铁局的巨额资助和主持下, 多家机构共同开发了一套板材热连轧的过程模拟软件(HSMM),它是目前应用最广泛的离线计算软件之一。这些研究的主要不足是有重“研究”轻“应用”的倾向。
1997年, 奥钢联工程技术公司与林茨钢厂合作开发了热连轧带钢质量控制系统(VAI-Q Strip),并实现了该技术的首次在线应用[5]。之后不久,西门子的在线微结构监控系统(BM_MM)也推向了市场。
这些研究和开发大大激励了国内在该领域的相关研究人员。许多知名科研院所,如钢铁研究总院、东北大学、中国科学院金属研究所等,也相继开展了热轧带钢力学性能预报技术的研究工作,并研制出自己的性能预报系统,其中有代表性的技术有钢铁研究总院与东北大学合作完成的连铸连轧过程组织性能预报系统(Q-HSM),中国科学院金属研究所研制的热轧带钢组织性能预报系统(ROLLAN)。
然而,随着热轧带钢力学性能预报技术的应用范围的不断拓展,技术应用的进程似乎再次遇到了瓶颈。武汉钢铁(集团)公司和宝山钢铁股份有限公司先后试用过西门子的BM_MM,但都没有取得预想中的实际效益。
除了林茨钢厂,几乎所有报道都是只谈模型精度,而没有提到应用效果以及是否产生了效益,这说明性能预报技术要想实用化还有很大难度。实际上,热轧带钢力学性能预报技术和生产设备、生产组织方式、管理方式、用户关系都密切相关,且与后者相关的各种因素都会对性能预报技术的应用效果产生影响。而林茨钢厂实际上是VAI的样板厂,鉴于这种特殊关系,国内许多专家对相关报道是持有怀疑态度的。作者对该技术在应用过程中可能遇到的主要问题及实用化思路进行了一些思考和尝试。
1 预报模型的基本原理
热轧带钢力学性能预报技术的核心是预报模型。预报模型建立的理论依据是热轧带钢的力学性能决定于其内部组织结构,而组织结构又取决于带钢成分和相应的生产工艺。工艺、成分和性能之间存在着复杂、确定的对应关系。性能预报模型就是要定量地揭示这些工艺参数之间的关系,从而实现根据部分工艺参数就可以预报带钢力学性能的目的。根据建模方法的不同,热轧带钢力学性能预报模型可分为两大类:冶金机理模型和统计模型。
1.1 冶金机理模型
冶金机理模型是从分析实际生产过程的物理本质和内在规律出发,建立带钢内部组织结构演变与工艺参数的理论公式,其优点是物理意义明确、适用范围宽,具有一定普遍性。学术机构和团体擅长从事理论研究,其模型也往往偏重机理。冶金机理模型的研究者往往希望模型的表达形式尽可能与客观规律一致,在此基础上再追求模型的精度。冶金机理模型至少包含两个子模型:组织模型和性能模型。组织模型用来描述工艺、成分与组织之间的关系;性能模型则用于描述组织与性能的关系,如图1所示。
实际上,“工艺”是个相对抽象、综合的概念,建模时要把它具体化为各个工序的温度曲线、压下量等过程参数。如果是纯粹的理论研究,这些参数可以直接设定,但要把模型用于具体的生产线,就会面临工艺数据从何而来的问题。严格来说,由于温度等工艺参数是过程变量(时间的函数),而不是单纯的数值,所以,多数冶金机理模型往往需要添加一个工艺模型,从而可以根据特定点上的检测值(或设定值),推算出所有必须的工艺过程参数。这样,整个模型系统就变成了图2所示的结构。
工艺模型、组织模型和性能模型分别由若干子模型组成,而且,不同钢种、工艺条件下的模型或模型参数可能有所变化。特别是现有的离线性能预报模型都是按照钢种预报的,即不同钢种的预报模型不一样。这意味着,如果用相同的工艺参数和成分预报可能会得到不同的预报结果。
在以上三类模型中,工艺模型(主要是温度和塑性变形)的理论基础较好,但模型参数需要设法确定。组织模型有一定的理论基础,但很多子模型是统计模型,模型精度不高且适用范围相对较窄。最著名的热轧带钢力学性能的理论计算模型是Hall-Petch公式:
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式中,y为带钢轧制后的力学性能指标;y0为基准性能指标;d为平均晶粒直径;k为Hall-Petch系数。客观上,力学性能是材料的宏观特性,而组织则是材料的微观特性,二者是不同尺度下的特征,经过严格推导得出的性能模型和组织模型很少,大多是统计模型,即便是Hall-Petch公式,也有待定参数k,且k无法通过理论计算得到,需要借助实验获得。
“组织” 是一个相对综合的概念,包括相的组成、晶粒大小、析出颗粒尺寸等众多内涵,目前尚无完整的量化指标来准确定义“组织”的构成要素。虽然这不会影响到材料学研究,但对建立高精度模型的要求来说却是不够的。事实上,由于不能完整地表征“组织”,多数性能模型把成分也纳入其中,形成如图3所示的结构。
虽然冶金机理模型能较好地揭示过程变化对性能造成的本质影响,而且,使用范围较宽,具有普遍性,但通常冶金机理模型的结构非常复杂,且由于模型中的多数变量并非工业过程中的容易检测的物理量,因此,在实际应用之前往往要做多种假设和简化处理,这使得模型计算结果和实际的带钢内部组织演变结果有一定的差异。
1.2 统计模型
统计模型可以直接描述成分、工艺参数和力学性能之间的定量关系。好的统计模型同样应该符合客观规律,但未必拘泥于特定的表达形式。统计方法、工艺机理和客观规律的结合可以体现在如下几种方式:
(1)模型分类。与冶金机理模型相比,统计模型的适用范围往往较窄。为了拓宽模型的应用范围,人们往往倾向于在不同范围内建立不同的统计模型,然后再通过有效整合,最终形成一个模型体系,而模型分类的原则往往依赖于冶金机理、轧制工艺。
(2)中间变量的建立。统计模型旨在一定范围内,建立力学性能与工艺变量之间稳定、可靠的定量映射关系式。统计模型中使用的变量,未必直接来自于检测仪器,它们可能是若干检测变量的函数,而函数建立的原则则源于冶金机理和轧制工艺。
(3)数据处理方法。大生产过程获取的检测数据往往带有各种不同形式的“干扰噪声”,这些检测噪声对建模过程影响很大,如果利用未加处理的数据直接建模,常常会得到错误的结果。因此,建立统计模型之前需要对数据进行分类和预处理,而分类和预处理的原则常常建立在工艺机理之上。
(4)因果关系的确定。通过统计方法可以发现数据之间的相关性但却不能确定其因果性。特别是当自变量之间存在相关性时,单凭统计很难确定它们对因变量的作用,必须借助机理分析才能确定问题本质。
(5)统计结论的确定。由于影响带钢最终力学性能的因素很多,这些因素之间存在着复杂的交互作用,不同条件下可能会得到截然相反的统计结论,因此统计结果的正确性需要借助冶金机理加以确认。
1.3 两类模型的比较
由于统计模型建立在实际生产数据的基础上,它更多地体现了特定生产线、特定钢种、特定工艺下的带钢力学性能的变化规律,而冶金机理模型则更多地反映了一般意义下的带钢组织性能的演变规律。在多数情况下,统计模型的精度比冶金机理模型高,但统计模型的应用范围却要小。实际模型采用的方法,是两者的结合,只是侧重有所不同。即,冶金机理模型需要借助统计方法确定理论公式中的待定系数;而统计模型必须符合工艺机理才能被用户所接受。冶金机理模型中的“机理”主要体现在对组织演变过程的客观描述,它的性能模型也是统计模型,描述了组织、成分与力学性能之间的关系。
2 建模过程中遇到的问题
热轧带钢力学性能预报模型的建立尤其是统计模型建立时,会面临各种问题,如建模所用的数据普遍存在检测误差、模型预报精度漂移等,如何分析这些问题对建模过程及模型预报结果的影响,以及如何克服这些问题是模型建立者需要重点考虑的事情。
2.1 模型预报精度的限制
对于技术研发机构或研究者来说,建模的直接目的是为了应用。然而,多数热轧带钢预报模型的应用情况一直不能令人满意,很多人把原因归咎于模型精度不高。
事实上,多数热轧带钢预报模型的宣称精度足以满足应用的需求。举例来说,有些文献说模型对抗拉强度的预报误差平均只有10 MPa左右,单从指标上看,已经很不错了。因此,“精度不高”其实只是表面原因,往往只是用户的借口,从根本上来说则是用户对模型的认同度、信任度不高。虽然模型误差只有10 MPa左右,但带钢性能的波动原本就不大;而且,遇到性能不合的情况,模型却往往漏报;如果根据模型的预报结果改变工艺参数,模型的预报误差又可能变得很大。因此,如果用户很难认同模型,就缺乏推进使用模型的动力,困难就变得难以逾越,这才是模型难以广泛应用的内在原因。
那么,能否通过提高模型精度来增强用户的信心呢?实践证明很难实现。我们可以分析一下热轧带钢力学性能预报模型误差的来源。假设性能与成分、工艺的实际关系为:
y=f(x) (2)
式中,x为工艺、成分的实际值; f(·)为描述力学性能与工艺变量之间映射关系的函数。为说明问题方便,记力学性能与工艺参数之间的统计模型为undefined,工艺、成分的检测值记为undefined,性能的检测值记为undefined。这样,模型误差可记为:
undefined
从式(3)可以看出,模型的实际误差来自三个方面:模型本身的误差、输入参数的检测误差及力学性能本身的检测误差。那么,改进模型本身,能否大幅度提高预报精度呢?
下面以某低C钢为例,首先用简单的统计方法得到该钢种的性能预报模型,其抗拉强度预报误差的标准差为7.5 MPa,延伸率预报误差的标准差为2.1%;然后我们来分析检测误差及其对模型误差的影响。
(1)C含量对抗拉强度预报误差的影响。
将同一炉钢水的成分取样两次,比较C含量的差异,这种差异可以近似视为C的检测误差。经大量的数据分析表明,两次C含量的检测差的标准差约为(60～80)×10-6。这个误差如果代入抗拉强度预报模型,可以引起的预报误差的标准差约为4.3～6.4 MPa。换句话说,C的检测误差已经接近模型总的预报误差。
(2)力学性能的检测误差对抗拉强度预报误差的影响。
在带钢的同一个位置取样两次并进行力学性能测试,两次检测值的误差可以近似看成是延伸率的检测误差。分析结果表明,误差的标准差为1.2%,是预报误差标准差的60%。
上述两项分析结果表明:热轧带钢预报模型的预报误差主要来自检测环节,模型自身精度的改进,对提高预报精度的作用非常有限。
2.2 应用过程的关键约束
很多人感叹先进技术难以在企业实施应用。其实,这类问题往往有个共同的难点,那就是先进技术往往难以做到稳定、可靠地运行。这些问题不解决,用户对技术的信心和热情就会打折扣。然而,技术的安全、稳定及可靠性,不仅决定于技术本身,还决定于应用技术的外部条件。以热轧带钢力学性能预报为例,无论模型本身精度如何,只要输入数据不正确,模型最终的预报误差还是无法降下来。
既然热轧带钢力学性能预报模型误差主要来自检测误差,那么是否可以通过提高检测精度的方法来提高预报精度呢?这个想法在逻辑上是合理的,但全面系统地提高检测精度的难度很大,花费的代价甚至可能要高于性能预报带来的效益。所以,必须寻找一些其它方法来解决问题,其中的关键,是解决模型的稳定性、可靠性问题。
要解决这个问题,需要明确什么是稳定、可靠的本质。技术稳定,是指在时间、外界环境和一些其他条件发生变化的前提下,技术性能或功能能够保持基本不变;而可靠则指在技术应用过程中,不会因为不可预测的因素而导致严重的不良后果。
热轧带钢力学性能预报模型的稳定性是指模型在不同时间、不同场合的适应性。虽然已经有大量公开发表的性能预报研究结果,却很少能得到学术界的公认,这是因为预报精度的不稳定严重限制了模型的应用范围。另外,性能预报模型本身虽不会产生不可靠问题,但把模型用于生产控制,就可能产生可靠性问题。预报错误导致的错误操作,最终将引发质量问题。因此要解决模型实用的问题,就必须解决模型的稳定可靠问题。
明确了本质之后,还要进一步分析引发模型不稳定、不可靠的具体原因。过去,人们往往强调规律自身的变化导致了模型预报效果的变化。例如材料强化机理变化之后,热轧带钢预报模型就不再适用。
事实上,这类客观规律引发的模型变化是可以预知的,因而就是可以预防的;至少可以针对不同的情况采用不同的模型,就不会在应用过程中产生不利影响。最令人担心的是未知因素导致的变化,变化的原因不可知,也就难以防范,而一旦模型用于生产控制就容易造成危害。热轧带钢预报模型伴随时间的变化就是一种典型情况,模型的精度常常会莫名其妙地变坏。
经过上述分析,问题的焦点就集中在两类问题上:一类问题是找出热轧带钢力学性能预报模型精度漂移的具体原因;另一类问题是针对具体应用和问题,提出切实可行的防范措施。
2.3 精度漂移的原因
本文所指的热轧带钢力学性能预报模型精度漂移不是指具体样本的误差不同,而是误差的统计特性随着时间、生产线、工艺等因素发生变化。具体地说,精度漂移大体有两种不同的类型:误差方差的漂移和误差均值的漂移。
误差方差漂移的原因比较容易理解,是指由于不可测因素在不同条件下对性能的影响程度不同。例如,卷取温度对带钢性能的影响程度与C含量相关,C含量越高,往往影响也越大。当卷取温度检测误差的分布确定以后,C含量高的钢种,其预报误差的方差也会更大。
误差均值漂移的原因相对比较复杂,包括自变量非线性的影响、变量间交互作用的影响、数据缺失的影响等。受篇幅限制,这里仅以检测误差为例分析精度漂移的原因。
一般情况下,假设检测误差服从零均值分布。在此前提下,人们往往认为检测误差主要影响模型误差的方差而非均值。统计理论中常常提到的线性最小二乘法的“无偏性”[6],就反映了这种思想。事实上,最小二乘法的“无偏性”只适合因变量有检测误差的情况,但并不适合自变量有检测误差的情况。即便对于最简单的线性模型:
Y=bX+ξ (4)
式中,Y和X分别为因变量和自变量;b为待估计参数;ξ为随机误差。如果数据样本中的X为实际值,则无论Y是否包含了随机检测误差,经典最小二乘法的无偏性都能得以保持。然而,当自变量X含有检测误差时,情况会有所不同。假设X的检测值为undefined,二者之间满足如下关系:
undefined
式中,η为自变量X的随机检测误差。此时,如果用经典的最小二乘法估计b,将得到:
undefined
式中,E(·)为均值;undefined为模型参数b的估计值;D为变量的标准差。结论表明,在自变量存在误差的前提下, 最小二乘法得到的是有偏估计。有偏模型的误差,将随着自变量的变化而变化。这意味着单凭误差大小,并不能反映模型的真实性,误差最小的模型并不是最合适的模型。
通常模型误差的减少,是通过“错错得对”的机制获得的。当产生数据的环境保持不变时,模型的误差可以保持最小,但把模型用于其它环境,其误差就会骤然增加,从而使得模型的稳定性变差。
传统的回归方法一般假设自变量的检测误差服从零均值分布。这种假设的背景是试验设计,与大生产的数据建模截然不同。大生产数据的检测误差可能往往与其变化范围相近,从而变得不可忽略。在上面的例子中,如果DX=Dη,b的估计值相对于其真实值将减小一半。
关于检测误差的统计理论,请参阅文献[7]。
3 预报模型实用化的解决思路
前面分析了建模过程中可能遇到的问题,对于这些问题,必须由系统加以解决,才能从整体上提高模型的可靠性。针对生产数据的检测误差,可以通过采取一些措施来降低它们对模型的影响,数据来源和类型不同,其处理方法也不相同。连续采集的过程变量可以通过均值计算的结果减小或消除检测误差,而在生产过程中仅检测一次的变量,可以利用一些间接手段估计检测误差的大小,并进一步在模型参数中加以补偿,这样也可以达到降低检测误差影响,提高模型可靠性的目的。
根据前面的分析,我们也认识到,受数据本身的限制,热轧带钢预报模型的预报误差难以本质性地减少。同时,模型误差会随着各种因素的变化发生漂移。如果要把热轧带钢预报模型用于实际生产,就要面对这些不稳定的因素。
对此,我们的做法是:系统地找出引发热轧带钢预报模型精度漂移和变化的原因。在此基础上,可以把不同条件下得到的模型组合在一起。这样,就可以拓宽模型的应用范围。具体地说,多数热轧带钢预报性能预报模型都需要按钢种分别建立,而我们建立的模型则可以把CMn钢和部分低、微合金钢统一到一个模型中,强度范围从200～800 MPa。这样,用户就可以根据预测结果,判断模型是否真正可靠。
另外,为了使热轧带钢预报模型应用更加可靠,预报分布特征不仅要预报性能的均值,还要预报模型本身的误差分布。这意味着在实际应用中,对同样的性能预报结果可能会有不同的控制方式。
当然,拥有热轧带钢预报性能预报模型并不等于拥有了性能预报技术,预报模型是实现性能预报技术的前提和基础。性能预报技术需要把模型用于实际的大生产,要做到这一点,就必须将模型纳入到生产管理的计算机网络中,必须与企业的管理流程有机地结合。事实上,做到这两点也很难。
宝钢已经把热轧带钢预报性能预报用在两个技术上。2006年7月,性能预报开始用于宝钢2050热轧生产线的“余材充当”。在这个技术中,模型从板坯库中挑出适合特定合同的板坯,并制定合适的工艺参数,以使得带钢的力学性能满足用户要求。这样做不仅减少了库存,还减少了板坯降级的损失,至今已经取得了上千万元的效益。2008年初,我们将热轧带钢预报性能预报模型用于高频直缝焊管(HFW)生产线,以减少力学性能测试的取样量。我们将该技术命名为“精准选样”。从2008年10月的统计结果来看,采用该技术的钢种,取样量减少了69.9%。
宝钢热轧带钢预报性能预报技术还处于发展阶段,面临的主要问题是技术深化,主要包括钢种范围、应用方式和应用生产线方面的拓展。每一方面的拓展,都面临一些新的问题和难点。
4 模型的前景
总体上看,今天的热轧带钢预报性能预报技术遇到了一定的困难,但仍然有理由相信它的前景是光明的。事实上,类似利用模型预报结果设计工艺流程的技术在化工领域已经相当成熟。
一个持续了40多年的技术,直到近期才开始真正在工业领域发挥作用,其原因正如文献[1]所指出的,关键在于信息技术的发展。现代信息技术使得海量数据的检测、收集和整合变成现实。同样,信息技术的发展提供了海量数据的分析工具与软件,大大加强了从数据中提取有效信息的能力。另外,信息技术的发展使企业具备了“企业资源管理系统”,为模型运行提供了必要的平台。
事实上,未来技术发展的瓶颈,也表现在信息处理技术方面。如何有效结合客观机理和数据分析,是多个技术领域、经济领域普遍遇到的共同问题,并成为多次学术会议上的热点问题。它涉及的相关理论已经远远超出传统“数据挖掘”的范畴。最近出现的一些基础研究动向,如因果推断、分层模型等都可能为这一领域的发展提供支撑。
参考文献
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[2]Jonathan A.Megabytes for metals:development of com-puter applications in the iron and steel industry[J].Iron-making and Steelmaking,2004,31(6):465-478.
[3]沙孝春,兰勇军,李殿中,等.带钢热轧组织性能预测与控制技术应用与发展[J].轧钢,2003,20(3):23-26.SHA Xiao-chun,LAN Yong-jun,LI Dian-zhong,et al.Application and development of microstructure and per-formance forecast and control technique of hot strip rolling[J].Steel Rolling,2003,20(3):23-26.
[4]刘正东,董瀚,干勇.热连轧过程中组织性能预报系统的应用[J].钢铁,2003,38(2):69-91.LIU Zheng-dong,DONG Han,GANYong.Application ofprocess modeling to hot strip rolling[J].Iron and Steel,2003,38(2):69-91.
[5]Luger A,Hubmer G.In-line control of the mechanicalproperties of hot rolled strip based on complete processmodel[C]//Proc.Conf.on Modeling of Metal RollingProcess-Through Process Model.London:ISIJ Int.,2001:83-86.
[6]李贤平.概率论[M].北京:高等教育出版社,1979:364-374.
预报思考 篇6
关键词：天气预报,准确率,建议
天气预报是一项复杂的工作, 预报的准确率不仅仅关系着百姓的日常生活, 而且也影响着人们在灾难面前的自救和他救, 特别是像暴雨、工作台风、寒潮和冰冻这类极端天气变化带来的气象危害极大, 如果预报不及时就会给人们带来巨大的损失。因此, 依靠先进的气象预报技术, 竭尽全力做好气象预报和极端天气预警工作, 切实提高预报和预警的准确率是气象部门的必须放在首要位置的工作重点。
1 影响天气预报准确率的因素
1.1 气象监测信息获取不全面
气象预报的信息来源是气象观测站, 其任务是对天气状况进行长期监测并记录在案, 具有真实性、准确性和比较性的特点, 是气象预报的有力佐证。但是从监测的时间上来看, 信息的获取并不是连续不断的, 而是在特定的时间点才会启动对监测信息的获取;从空间上来看, 天气变化有着局部性的特点, 虽然气象预报部门加密了对气象监测点的建立, 但是也会有空间上的监测不到位。如果天气变化恰好发生在这些时间间隔和空间间隔中, 就会导致监测信息不完整, 继而影响降低了气象预报的准确率。
1.2 气象预报分析技术急需提高
气象预报的原理是通过对大气运动的观测, 掌握其运动规律和相关数据后再利用预报技术进行分类、整合和处理, 最终得出天气预报的结果。但是预报技术的依据原理大部分是数学和物理的相关知识, 分析结果会受到数学和物理学科发展的影响。当今的预报需求并不仅仅只是天气状况的预报, 还有针对天气状况提出的穿衣意见和灾难的发生率的预测, 因此, 切实调高天气预报的技术, 并运用各种诊断分析方法对天气状况作出准确的预测, 是天气预报工作的建设要点。
2 提高天气预报准确率的建议
2.1 做好天气图的基础分析
依据数据信息的预测方式在天气预报工作中的地位愈发重要, 预报员也越来越依赖计算机做出的预报结果, 这种工作方式已成为当前主要的天气预报模式。但是现代天气预报的基础仍旧是依靠人工做出的天气预报图, 这体现了人们思维的重要性。在天气学尚处于发展初期的1826年, 我国的气象工作者就已经开始手工绘制天气图并利用外推法尝试进行天气的预报工作;1920年, 挪威气象学家威尔海姆·皮叶克涅斯通过分析天气图发现的锋面理论, 至今仍是常规天气预报的基础理论之一。在日常的天气预报中, 要以天气图为基础, 重视地面、边界层和高层气象资料的整合与处理, 从而提高天气预报的准确性。此外, 在进行极端灾害天气预警时, 还要充分考虑动力气象分子和热力气象条件, 从而达到对产生灾害性天气条件的全面分析。
2.2 充分利用MICAPS系统
MICAPS系统是现代化人机交互信息处理和预报分析系统, 也是预报人员经常使用的预报系统, 汇集了许多气象分析要素, 包括地面监测数据、高空监测数据、卫星云图、各地天气图和计算机分析结果等。这些数据和信息的集成, 为全方面做好天气预报和提高预报的准确率有着重要的参考作用。通过长期的使用发现, MICAPS系统中的短期降水预报和晴雨预报的准确率特别高, 尤其是预报某地区的降水量达到中雨及以上时, 地区有很大的可能出现降水。近期MICAPS4.0正式启动开发工作, 是当前我国气象现代化建设的重点, MICAPS4.0版本不仅能大幅度提升系统的性能, 还能提高工作效率和预报的准确率。
2.3 利用网络资源参考其他地区预报
仅仅有MICAPS还不能做好天气预报的工作, 因为资料毕竟有它的局限性, 而且不同的预报分析人员有着不同的理解和侧重点, 所以极易出现以偏概全的现象。随着计算机网络的快速发展, 信息在网络上的覆盖范围涉及世界各地, 因此工作人员可以充分利用网络信息, 参考类似的天气预报结果, 从而对自己的结果进行订正。例如在进行台风的预报时, 可以参考美国相关的气象网站, 因为美国作为台风大国, 有着丰富的台风预警经验, 网站里不仅有着台风的移动路径和强度变化, 还有相关的卫星云图、天气图以及受灾情况等资料, 这些资料可以为台风的分析及可能出现的灾害后果预测提供有效的佐证, 从而使气象部门做好相应的预警工作和服务。
2.4 引进新的天气预报方法
在科研技术的快速发展的今天, 要大力引进先进的天气预报方法和特别加强对短时预报系统的建设, 为预报员制作灾害性天气预警和短时预报提供技术支持, 进而提高天气预报的准确率。目前, 天气预报的客观方法比较缺少, 预报员的预报工作主观性和随意性很大, 因此要在预报工作中结合气象卫星的卫星云图、气象雷达的信息数据和计算机技术的综合分析, 使气象预报方法的发展向着客观化和定量化发展。
2.5 加强气象预报人员的人才建设
人才是提高天气预报准确率的有效保障, 成为一名具有高素质的专家是每一个预报人员成长、成才的动力。现代天气预报的工作对预报人员提出了多方面的要求, 包括天气状况的分析实践能力、预报结果的订正和解释能力和卫星、雷达等预报设备资料的分析整理能力。这就要求预报人员在工作中不断总结经验, 认真阅读相关的气象预警书籍, 从而提高自身的专业技术能力。新进的预报工作人员要虚心向有经验的预报人员学习, 不断丰富自己的预报经验和总结预报方法, 这是提高预报准确率的一个不容小觑的因素。
2.6 加强新型探测资料在天气预报中的应用
新一代的气象卫星、监测雷达、自动气象站、闪电定位仪和GPS水气站为天气的预报工作提供了全方面的监测系统, 这些系统提供的数据组成了一个高密度的气象预报资料体系, 只要能对这些数据进行准确和连续的分析, 就能在很大程度上提高天气预报的准确率。
3 结语
提高天气预报的准确率是一项战略性的长远任务, 虽然人们天气预报的认知还处于萌芽阶段, 但是只要能够认真研究天气预报的原理, 努力研发更多的预报技术和方法并应用到实际中去, 就能极大的提高天气预报的准确率。
参考文献
[1]蒋云盛, 苏喜福, 李翠琴.提高天气预报质量的一些思路和建议[J].赤峰学院学报 (自然科学版) , 2012 (06) .
预报思考 篇7
一、农用天气预报服务的重要性
我国对农用天气预报的研究尚处于起步阶段, 2009年中国气象局《现代农业气象业务发展专项规划 (2009~2015年) 》进一步对农用天气预报作了较为详细的诠释, 即从农业生产需要出发, 结合相关的技术, 为农业生产提供有指导性服务的农业气象专项业务;2011年财政部和中国气象局在辽宁、浙江、江西、广东、云南等20多个省 (区、市) 选取了121个县实施乡村农用天气预报服务专项, 开展了面向农业生产者的针对性服务, 也取得了一定的成效。国家的高度重视和农业生产者的迫切需求使得基于农业生产对象、农事活动与天气条件密切联系的农用天气预报服务亟待进一步加强, 以达到预测未来对农业可能有影响的天气状况, 并及时提供针对性的措施和建议, 使农业生产者能做到充分利用有利天气, 避免不利天气的影响。
当前, 随着全球气候变化、灾害风险加大, 加上各地气候及作物类型的差异较大, 农用天气预报无法大面积推广而限制了该项业务的发展, 所以加强农用天气预报服务就变得更为迫切。各级气象部门要充分认识开展好农用天气预报服务的重要性, 进一步强化意识, 始终把农用天气预报服务工作作为一项重要工作来抓, 以指导农业生产者进行生产管理, 为农业生产者提供决策依据。下面就结合农业生产需要, 对如何才能开展好、做好农用天气预报服务工作进行详实地探讨和研究。
二、对开展好农用天气预报服务工作的几点建议
(一) 了解服务范围内农业种植布局、种植制度和农事活动
各项农业种植布局不一, 这样导致各个时段作物对相同的天气条件和相应的田间管理要求会不一样。我们应深入了解服务范围内农业种植布局、种植制度和农事活动, 针对主要农作物播种、育秧、移栽、施肥、中耕、喷药、灌溉、收获等农事活动, 对不同作物不同生育期的气象适宜度进行等级预报, 开展未来天气条件对其生长发育适宜程度的预报, 对于主要生育阶段的确定进行综合考虑, 并提出合理利用有利气象条件的具体农事建议, 以更为科学准确地开展农用天气预报服务。
(二) 熟悉农业生长动态、气象指标和可行农技措施
只有熟悉农业生长动态、相应的气象指标, 才能做到农用天气预报有的放矢, 其中, 农业气象指标一般包括农作物或特色水产、畜牧等的生长发育指标等。而熟悉可行的农技措施是合理利用有利气象条件以及快速应对不利气象条件的保障。我们应针对具体要求, 通过熟悉农业生长动态、气象指标和可行的农技措施, 指导农业生产者、管理者根据天气合理安排各项农事管理, 为广大农业生产者提供精细化的、可用性强的农用天气预报服务。特别值得注意的是, 对于南方部分地区出现的倒春寒、低温连阴雨天气对春播及其作物苗期生长的影响要引起重视, 根据预报春播春种有利、较有利或不利的气象等级, 提出合理建议。
(三) 实现农业信息情报共享
对于农业生产来说, 在整个生长过程中, 不仅和气温、降水、湿度、天气现象、天气灾害等息息相关, 而且还受到不同作物物候、土壤肥力、病虫害以及农田灌溉、移栽、施肥、排水等农技措施的影响。目前农用天气预报多由气象部门制作, 为此, 应加大与农业部门的联系, 做好信息情报共享, 共同实现农业生产服务。
(四) 建立健全农用天气预报服务体系
农用天气预报服务体系建成, 这将在今后的春耕春播、夏收夏种、秋收秋种以及作物关键发育期气象服务中发挥重要作用。要研发相关的系列关键技术, 如研发作物发育期滚动预报业务技术、大宗作物播种和收获气象条件预报技术等;建立农用天气预报服务指标体系, 如建立农业灾害性天气预报指标等, 必要时可展开相关室内试验以纠正一些关键指标, 以更全面地抵御不利的农业气象条件。在农用天气预报服务体系基本建成后, 再进一步健全、完善农用天气预报服务体系, 加快健全农村气象灾害防御体系, 重点做好对重大气象灾害的监测预报预警和影响评估。
(五) 不断强化农用天气预报服务职能
目前, 就全国开展农用天气预报服务以来的情况看, 农用天气预报服务职能尚未形成统一的认识。针对这种状况, 气象部门可围绕提升气象预报预测能力、气象防灾减灾能力、应对气候变化能力等, 继续推进新一代天气雷达、区域自动气象站建设;推进与农业等部门的合作联动, 特别是遇有重大灾害性天气, 通过联合来开展有针对性地专题会商、调查评估等活动, 使农用天气预报服务更好地融入当前的农业农村发展中。
另外, 由于很多农民往往知道天气预报而不知农用天气预报, 只知其然而不知所以然。因此, 加强宣传教育十分关键。可以结合各种农技推广活动, 加强对农业生产者、管理者的宣传教育, 让他们了解天气条件、天气状况对农业生产各环节的影响及相应的对策, 充分发挥农用天气预报服务的潜在能力。
三、结语
总之, 为了切实开展好农用天气预报服务工作, 应当在针对各地方农业生产特色, 明确服务范畴的基础上, 根据农业生产需要, 充分了解服务范围内农业种植布局、种植制度和农事活动, 熟悉农业生长动态、相应的气象指标和可行农技措施, 实现农业信息情报共享, 健全农用天气预报服务体系, 并不断强化农用天气预报服务职能。只有这样, 才能有效指导农民抓住有利时机高效安全的开展农事活动, 更好地利用农用天气预报科学生产, 才能全面提高农用天气预报服务的质量和水平, 提高服务效益。
参考文献
[1]高茂盛, 范建忠, 景毅刚.陕西省农用天气预报服务关键技术及内容[J].陕西气象, 2012.
[2]杜筱玲.江西省农用天气预报服务思考[J].气象与减灾研究, 2010.
[3]梁轶.陕西开展特色作物农用天气预报服务[N].中国气象报, 2010.
预报思考 篇8
海洋观测预报事业是基础性公益性事业, 2012年2月15日, 国务院第192次常务会议通过了《海洋观测预报管理条例》 (以下简称《条例》) , 3月1日, 温家宝总理签署国务院第615号令公布了《条例》, 并于6月1日起正式施行。这是我国历史上首部关于海洋观测预报活动管理的法律规范, 对促进我国的经济建设、社会发展和国防安全具有重要意义。《条例》的颁布施行, 充分体现了党中央、国务院对海洋事业的高度重视, 同时也填补了我国海洋观测预报领域的立法空白, 标志着我国的海洋观测预报事业从此进入了法制化轨道, 对推动海洋观测预报事业的健康发展, 确保海洋观测预报活动的有序进行, 更好地发挥海洋观测预报事业在经济社会发展和国防建设中的重要作用, 具有重大的现实意义和深远的历史意义, 是我国海洋观测预报事业发展史上的一个重要里程碑。本研究从海监机构执法监管的角度对《海洋观测预报管理条例》主要条文进行阐述、解读与运用, 探讨开展海洋观测预报管理执法调查的模式及执法监管的思考。
2海南省海洋观测预报机构现状
我国是世界上遭受海洋灾害影响最严重的国家之一, 平均每年因各种海洋灾害造成的直接经济损失都超过100亿元。为减轻海洋灾害损失, 促进沿海地区社会经济可持续发展, 新中国成立以来, 我国逐步建立了由岸站、浮标、船舶、卫星、飞机、雷达等手段组成的立体化海洋观测网以及由国家级、海区级和省市级预报机构相结合的海洋环境预报体系。为保障国家安全和经济社会健康发展作出了积极贡献。海南省是我国最南边的一个省份, 行政区域包括海南岛、西沙群岛、中沙群岛、南沙群岛的岛礁及其周边海域, 全省海域面积约200万km2, 是我国管辖面积最大, 同时也是遭受各种海洋灾害影响最严重的省份之一。经过几代工作者的不懈努力, 海南省海洋观测预报事业取得了长足的发展, 初步建立起多站点的观测网, 具备一定的工作规模, 大部分海洋观测站 (点) 安装了自动观测系统, 部分站点投放了海洋遥测波浪浮标, 由VAST卫星、DDN专线和移动通信等构成的海洋观测数据传输网实现观测数据的实时通信, 为保障国家、地方经济社会健康发展和国防建设作出了积极贡献。
2.1海南省海洋观测站 (点) 概况
海南省海洋观测工作始于1959年, 现有多个部门和单位开展海洋观测工作, 站 (点) 分布于海南岛滨海地带、港口、河口及三沙市的西沙和南沙岛碓。目前主要的海洋观测站 (点) 为国家海洋局投资建设, 共有9个海洋观测站开展定点、长期、连续海滨水文气象观测, 分别是秀英、清澜、博鳌、乌场、三亚、莺歌海、东方、西沙及南沙海洋观测站, 其中西沙、南沙海洋观测站为联合国教科文组织全球海平面联测点之一。海南省气象局、省交通厅下属的省港航管理局、海南省水务厅下属的省水文水资源勘测局在海南岛海岸建立少量海洋观测站, 开展潮位、表层海水温度等海滨水文观测项目。省气象局还在琼州海峡投放一多功能海洋观测浮标, 在三沙市所辖多个岛礁设立自动气象观测站。一些重大的涉海工程根据项目建设需要, 自行在项目施工区附近海域建设观测周期或长或短的海洋观测站等。
随着海南省海洋经济和国家海洋观测事业的快速发展以及海洋观测技术的进步, 在可以预见的未来, 海上自愿观测船舶、石油平台、浮标、潜标、海床基、GPS站、雷达等观测设施都将在海南省陆续出现, 海洋观测手段将呈现多样化, 海洋观测管理的力度也需随之加大。
2.2海南省海洋预报机构概况
海南省现有一省级海洋预报机构, 即海南省海洋预报台, 成立于1988年, 隶属于海南省海洋与渔业厅, 负责海南省所辖海域未来24 h海洋环境预报及海洋灾害预警报的制作, 产品主要通过电视、广播、传真等方式向公众发布。国家海洋局海口海洋环境监测中心站正在筹建地市级的三亚海洋预报台。
2.3海南省海洋观测预报管理存在的问题
海南省海洋观测预报的管理近些年逐渐步入正轨, 但也存在着一些突出的问题, 如海洋观测网缺乏统一规划, 致使有些海域的海洋观测站 (点) 密度不够, 部分重要岸段没有海洋观测站 (点) , 不同行业存在重复建设现象;海洋观测站 (点) 及其设施、海洋观测环境遭到破坏的现象时有发生, 致使观测数据的连续性和代表性受到影响;海洋观测资料分散在多个部门和单位, 统一汇交和共享制度尚未建立, 使资料不能得到有效利用;随着海上国际合作开放程度的不断提高, 涉外海洋观测活动和观测资料管理需要明确;海洋预警报信息的发布覆盖面不广;少数机构擅自对外发布海洋预警报信息, 干扰了正常的社会秩序等。上述问题制约了海南省海洋观测预报事业的健康发展。
3海洋观测预报管理的执法监管
根据有关法律法规、《海洋行政处罚实施办法》 (国土资源部令第15号) 及国家海洋局《关于中国海监集中实施海洋行政处罚权的通知》 (国海发[2002]3号) 等规定, 各级人民政府海洋行政主管部门的行政处罚权应由所属的海监机构集中组织实施, 即各级海监机构负责履行同级海洋主管部门的执法监察职责;故本《条例》第五章各有关条文所规定的有关海洋主管部门做出的行政决定、行政处罚和强制措施的执法主体为其所属的海监机构。各级海监机构应切实履行起海洋观测预报管理的执法监管职责, 对违反《条例》的不法行为, 要做到及时发现、严格执法, 切实维护国家法制的严肃性和权威性。
3.1海洋观测站 (点) 建设与保护的执法监管
《条例》条文之一:
第四条 国务院海洋主管部门主管全国海洋观测预报工作。
国务院海洋主管部门的海区派出机构依照本条例和国务院海洋主管部门规定的权限, 负责所管辖海域的海洋观测预报监督管理。
沿海县级以上地方人民政府海洋主管部门主管本行政区毗邻海域的海洋观测预报工作。
第九条 海洋观测网的建设应当符合海洋观测网规划, 并按照国家固定资产投资项目建设程序组织实施。
海洋观测站 (点) 的建设应当符合国家有关标准和技术要求, 保证建设质量。
第十条 国务院海洋主管部门和沿海县级以上地方人民政府海洋主管部门负责基本海洋观测站 (点) 的设立和调整。
有关主管部门因水利、气象、航运等管理需要设立、调整有关观测站 (点) 开展海洋观测的, 应当事先征求有关海洋主管部门的意见。
其他单位或者个人因生产、科研等活动需要设立、调整海洋观测站 (点) 的, 应当按照国务院海洋主管部门的规定, 报有关海洋主管部门批准。
第三十一条 未经批准设立或者调整海洋观测站 (点) 的, 由有关海洋主管部门责令停止违法行为, 没收违法活动使用的仪器设备和违法获得的海洋观测资料, 并处2万元以上10万元以下的罚款;符合海洋观测网规划的, 限期补办有关手续;不符合海洋观测网规划的, 责令限期拆除;逾期不拆除的, 依法实施强制拆除, 所需费用由违法者承担。
执法解读:
设立、调整海洋观测站 (点) 必须符合国家、省级海洋观测网规划和国家有关标准、技术要求。由于海洋观测站 (点) 具有施工难度大、维护成本高等特点, 海南目前的海洋观测站 (点) 整体数量仍然相对较少, 远不能满足实际工作的要求。水利、气象、航运等行政主管部门因日常管理的需要而设立、调整海洋观测站 (点) , 条例规定其设立、调整之前应征求海洋主管部门的意见, 海洋主管部门的反馈意见作为其设立、调整海洋观测站 (点) 的参考, 上述行政主管部门设立、调整海洋观测站 (点) 不需经海洋主管部门批准。
对于其他非行政主管部门的单位或个人因工程建设、生产、科研等活动需要设立、调整海洋观测站 (点) 的, 必须事先报经海洋主管部门批准。未经批准设立或者调整海洋观测站 (点) 的将承担相应的法律责任。
《条例》条文之二:
第十一条 海洋观测站 (点) 及其设施受法律保护, 任何单位和个人不得侵占、毁损或者擅自移动。
第十二条 国务院海洋主管部门、沿海县级以上地方人民政府海洋主管部门, 应当商本级人民政府有关部门按照管理权限和国家有关标准划定基本海洋观测站 (点) 的海洋观测环境保护范围, 予以公告, 并根据需要在保护范围边界设立标志。
禁止在海洋观测环境保护范围内进行下列活动:① 设置障碍物、围填海;② 设置影响海洋观测的高频电磁辐射装置;③ 影响海洋观测的矿产资源勘探开发、捕捞作业、水产养殖、倾倒废弃物、爆破等活动;④ 可能对海洋观测产生危害的其他活动。
第十三条 新建、改建、扩建建设工程, 应当避免对海洋观测站 (点) 及其设施、观测环境造成危害;确实无法避免的, 建设单位应当按照原负责或者批准设立、调整该海洋观测站 (点) 的主管部门的要求, 在开工建设前采取增建抗干扰设施或者新建海洋观测站 (点) 等措施, 所需费用由建设单位承担。
第三十二条 违反本条例规定, 有下列行为之一的, 由有关海洋主管部门责令停止违法行为, 限期恢复原状或者采取其他补救措施, 处2万元以上20万元以下的罚款;逾期不恢复原状或者不采取其他补救措施的, 依法强制执行;造成损失的, 依法承担赔偿责任;构成犯罪的, 依法追究刑事责任:① 侵占、毁损或者擅自移动海洋观测站 (点) 及其设施的;② 在海洋观测环境保护范围内进行危害海洋观测活动的。
执法解读:
《条例》规定下列用语的定义:① 海洋观测站 (点) , 是指为获取海洋观测资料, 在海洋、海岛和海岸设立的海洋观测场所。② 海洋观测设施, 是指海洋观测站 (点) 所使用的观测站房、雷达站房、观测平台、观测井、观测船、浮标、潜标、海床基、观测标志、仪器设备、通信线路等及附属设施。③ 海洋观测环境, 是指为保证海洋观测活动正常进行, 以海洋观测站 (点) 为中心, 以获取连续、准确和具有代表性的海洋观测数据为目标所必需的最小立体空间。
《条例》针对海洋观测站 (点) 及其设施和海洋观测环境经常受到人为破坏的问题, 建立了海洋观测站 (点) 及其设施和海洋观测环境保护制度。明确规定了海洋观测站 (点) 及其设施受法律保护, 任何单位和个人不得侵占、损毁或者擅自移动。还强调了基本海洋观测站 (点) 的观测环境保护, 明确了在观测环境保护范围内禁止从事的行为, 要求新建、改建、扩建建设工程应避免对海洋观测站 (点) 及其设施、观测环境造成危害, 确实无法避免的要增建抗干扰设施或者新建海洋观测站 (点) 。
海洋观测站 (点) 的设施除了观测站 (点) 的办公用房、业务值班用房外, 还包括气象观测场、验潮室 (井) 、温盐井、海浪观测点、基本水准点、校核水准点、GPS基站、地波雷达点、自愿船观测设施、海上平台观测设施、浮标、潜标、海床基、观测标志、各类仪器设备、通信线路等及附属设施。任何单位和个人如侵占、毁损或者擅自移动海洋观测站 (点) 及其设施属于违法。新建、改建、扩建建设工程应当避免危害海洋观测站 (点) 及其设施, 确实无法避免的应在开工建设前采取增建抗干扰设施或新建海洋观测站 (点) 的措施。
目前海洋主管部门尚未公告海洋观测环境保护的范围, 海洋观测环境保护的执法监管须待保护范围公告或保护范围边界设立标志后才能实质性开展。
3.2海洋观测与资料汇交使用的执法监管
《条例》条文之三:
第十四条 从事海洋观测活动应当遵守国家海洋观测技术标准、规范和规程。
从事海洋观测活动的单位应当建立质量保证体系和计量管理体系, 加强对海洋观测资料获取和传输的质量控制, 保证海洋观测资料的真实性、准确性和完整性。
第十五条 海洋观测使用仪器设备应符合国家有关产品标准、规范和海洋观测技术要求。
第三十三条 违反本条例规定, 有下列行为之一的, 由有关主管部门责令限期改正, 给予警告;逾期不改正的, 处1万元以上5万元以下的罚款:① 不遵守国家海洋观测技术标准、规范或者规程的;② 使用不符合国家有关产品标准、规范或者海洋观测技术要求的海洋观测仪器设备的;③ 使用未经检定、检定不合格或者超过检定周期的海洋观测计量器具的。
违反本条第一款第二项、第三项规定的, 责令限期更换有关海洋观测仪器设备、海洋观测计量器具。
执法解读:
(1) 从事海洋观测活动应当遵守国家海洋观测技术标准、规范和规程, 主要的规范有:《海滨观测规范》 (GB∕T 14914) 、《船舶海洋水文气象辅助测报规范》 (GB∕T 17838) 、《海洋调查规范》 (GB∕T 12763.3) 、《国家三、四等水准测量规范》 (GB12898) 、《中国海洋观测台站代码》 (HY 023) 、《海洋站自动化观测通用技术要求》 (HY∕T 059) 、《海洋调查观测监测档案业务规范》 (HY∕T 058) 等。各级海洋主管部门所属的海洋观测站 (点) 均以上述技术标准、规范为依据开展海洋观测活动, 而其他部门和单位所属的海洋观测站 (点) 是否执行上述国家海洋观测技术标准、规范和规程尚不得而知。执法检查时可要求海洋观测单位提供其执行国家海洋观测技术标准、规范和规程的有效证据, 并作出书面说明。
(2) 海洋观测仪器设备的制造基本上是国产, 国内有多家厂商生产海洋观测仪器设备。海洋观测使用的仪器设备是否符合国家有关产品标准、规范或者海洋观测技术要求, 除了查阅其产品说明书、合格证、检定∕校准报告 (证书) 外, 必要时可委托相关资质单位对仪器设备是否符合海滨观测规范所规定的准确度和精密度进行比对鉴定, 据此判断海洋观测站 (点) 所使用的仪器设备技术性能是否符合要求。执法时要调阅观测仪器设备档案, 现场勘看仪器设备, 海洋观测单位应就仪器设备的采购渠道、验收、使用、维护、检定/校准等作出书面的情况说明。
(3) 《条例》第十四条第二款规定从事海洋观测活动的单位应当建立质量保证体系和计量管理体系, 即要求从事海洋观测活动的单位须取得资质认定 (计量认证) 证书。我国关于资质认定方面的法律、法规和规章主要有《计量法》《标准化法》《产品质量法》《认证认可条例》及国家质量监督检验检疫总局颁发的《实验室和检查机构资质认定管理办法》 (第86号局长令) 等, 资质认定的技术准则为《实验室资质认定评审准则》。所谓资质是指向社会出具具有证明作用的数据和结果的某机构应当具有的基本条件和能力。所谓认定是指国家认证认可监督管理委员会和各省、自治区、直辖市人民政府质量技术监督部门对某机构的基本条件和能力是否符合法律、行政法规规定以及相关技术规范或者标准实施的评价和承认活动。资质认定要求机构所使用的计量器具应当依法经计量检定合格, 不具备检定条件的计量器具应溯源到国家计量基准。此精神与《条例》第十五条第二款关于海洋观测计量器具应当依法计量检定、量值溯源的规定不谋而合。
海洋观测计量器具应当依法经计量检定合格且在检定周期内使用, 未经检定、检定不合格或者超过检定周期的计量器具均不得用于海洋观测。对不具备检定条件的海洋观测计量器具需依据有关技术规程通过校准保证量值溯源到国家基本标准。执法时应要求观测单位提供现行有效的质量管理体系文本、国家认监委或省级质量技术监督行政主管部门颁发的《计量认证合格证书》及其附表, 查阅附表里载明的认证项目与该海洋观测站 (点) 开展观测的项目是否一致;调阅仪器设备档案 (重点查看仪器设备的检定/校准证书) , 对海洋观测计量器具通过校准方式实现量值溯源的要核查其校准依据的技术标准 (规程) 的适用性、校准结果的满意证据是否符合计量法制规定。
违反上述规定的, 《条例》第三十三条授以“有关主管部门”责令限期改正、给予行政处罚的权限, 该“有关主管部门”的表述应理解为负责或者批准设立该海洋观测站 (点) 的行政主管部门。
《条例》条文之四:
第十七条 从事海洋观测活动的单位应当按照国务院海洋主管部门的规定, 将获取的海洋观测资料向有关海洋主管部门统一汇交。
国务院海洋主管部门和沿海县级以上地方人民政府海洋主管部门应当妥善存储、保管海洋观测资料, 并根据经济建设和社会发展需要对海洋观测资料进行加工整理, 建立海洋观测资料数据库, 实行资料共享。
海洋观测资料的汇交、存储、保管、共享和使用应遵守保守国家秘密法律、法规的规定。
第三十四条 从事海洋观测活动的单位未按照规定汇交海洋观测资料的, 由负责接收海洋观测资料的海洋主管部门责令限期汇交;逾期不汇交的, 责令停止海洋观测活动, 处2万元以上10万元以下的罚款。
执法解读:
海洋观测资料是重要的信息资源, 在我国管辖海域内开展海洋观测活动获得的资料应当归国家所有。在海南省有不少从事海洋观测活动的部门和单位, 由于缺乏专门的法律依据, 各部门和单位的海洋观测站 (点) 除了存在重复建设现象, 获取的海洋观测资料也分散在各自手中, 未能实现有效整合并发挥应有效益。为提高海洋观测资料的综合效益, 《条例》特别规定了从事海洋观测活动的单位要向有关海洋主管部门统一汇交海洋观测资料, 执法检查时应核查其汇交的资料数量、起止时段、汇交对象、汇交方式和交接凭证等。
《条例》条文之五:
第十九条 国际组织、外国的组织或者个人在中华人民共和国领域和中华人民共和国管辖的其他海域从事海洋观测活动, 依照《中华人民共和国涉外海洋科学研究管理规定》的规定执行。
国际组织、外国的组织或者个人在中华人民共和国领域和中华人民共和国管辖的其他海域从事海洋观测活动, 应当遵守中华人民共和国的法律、法规, 不得危害中华人民共和国的国家安全。
第二十条 任何单位和个人不得擅自向国际组织、外国的组织或者个人提供属于国家秘密的海洋观测资料和成果;确需提供的, 应当报国务院海洋主管部门或者沿海省、自治区、直辖市人民政府海洋主管部门批准;有关海洋主管部门在批准前, 应当征求本级人民政府有关部门的意见, 其中涉及军事秘密的, 还应当征得有关军事机关的同意。
第三十五条 单位或者个人未经批准, 向国际组织、外国的组织或者个人提供属于国家秘密的海洋观测资料或者成果的, 由有关海洋主管部门责令停止违法行为;有违法所得的, 没收违法所得;构成犯罪的, 依法追究刑事责任。
执法解读:
一些国外组织和个人非法在我国管辖海域开展海洋观测, 有些国内单位和个人擅自向国外提供属于国家秘密的海洋观测资料, 对我国的国家安全构成了严重威胁。《条例》规定国际组织、外国的组织或者个人在我国管辖海域从事海洋观测活动, 适用《中华人民共和国涉外海洋科学研究管理规定》调整。《条例》还从维护我国的国家安全出发, 规定未经批准向国际组织、外国的组织或者个人提供涉密海洋观测资料将承担的法律责任。
3.3海洋预报管理的执法监管
《条例》条文之六:
第二十二条:海洋预报和海洋灾害警报由国务院海洋主管部门和沿海县级以上地方人民政府海洋主管部门所属的海洋预报机构按照职责向公众统一发布。其他任何单位和个人不得向公众发布海洋预报和海洋灾害警报。
第三十六:违反本条例规定发布海洋预报或者海洋灾害警报的, 由有关海洋主管部门责令停止违法行为, 给予警告, 并处2万元以上10万元以下的罚款;构成违反治安管理行为的, 依法给予治安管理处罚;构成犯罪的, 依法追究刑事责任。
执法解读:
非海洋主管部门所设立的海洋预报机构、其他任何单位和个人只要通过广播、电视、报纸、网站等任何一种媒体向公众发布海洋预报或海洋灾害警报的, 可认为涉嫌违法发布海洋预报或海洋灾害警报, 海监机构可立案调查。
4若干思考
思考一:《条例》一些条款的规定比较原则、模糊, 需要通过制定出台相关的配套制度加以细化, 如本条例施行前已设立的海洋观测站 (点) 是否需要补办审批手续、各级海洋主管部门的监督管理权限、国家海洋观测技术标准规范或者规程的界定范围、海洋观测资料汇交的层次及起始时段等需要明确。
思考二:气象部门的观测设施和观测环境受《气象法》保护, 且各省大多以政府规章的形式对气象台站观测环境的保护予以进一步明确, 保护的力度较大。海洋观测环境如能以政府规章方式加以保护, 则威慑力大。海洋观测环境的保护要求, 如海洋观测站 (点) 地面气象观测场边缘与周围障碍物、工程设施边缘的距离、宽度角等要求应编入新修订的《海滨观测规范》, 以便作为行政执法的技术依据。另外, 由于海水的流动性, 观测环境很容易受到工程建设、排污口、养殖活动的影响, 而上述有关行政主管部门在行政审批时依据的是相关的部门法律, 而本条例的法律效力不足与上述法律相抗衡。建议国家海洋局与水利部、环境部、农业部等涉海部委就加强海洋观测环境保护联合出台一个规范性文件, 规定凡涉及海洋观测环境保护的行政审批前有关主管部门应征求海洋主管部门的意见。
思考三:建议集中海监执法力量对全省各有关行业、部门和单位设立的海洋观测站 (点) 进行全面调查摸底, 重点了解观测站 (点) 建设时间、地点、用途、投资方及建设资金来源、观测单位计量认定项目、观测人员上岗证、执行的技术规范、使用的观测仪器设备、观测环境保护、观测资料汇交等情况, 以一站 (点) 一档方式建立全省海洋观测站 (点) 档案, 为下一步的执法监管提供本底资料。
思考四:由于《条例》施行时间不长, 并未为广大单位和人民群众所知晓, 海洋主管部门应继续加大《条例》的宣传教育, 对初次违反《条例》、违法行为轻微的可通过责令等行政决定予以纠正, 对一些典型的违法行为可通过新闻媒体予以曝光, 并坚决查处, 通过执法促进管理, 维护海南良好的海洋观测预报秩序。对其他行政主管部门所属的海洋观测站 (点) , 可由海监机构与其行政主管部门的执法机构开展联合执法。
思考五:《条例》第十七条第一款规定, 从事海洋观测活动的单位应当按照国务院海洋主管部门的规定, 将获取的海洋观测资料向有关海洋主管部门统一汇交。如此应理解为不论任何单位和部门所属的海洋观测站 (点) , 也不论海洋观测时段的长短, 只要开展了潮汐、盐度、海温、海浪、海流、海冰、海啸波等海洋水文项目的观测活动, 其获取的海洋观测资料应向有关海洋主管部门统一汇交。
数值预报及预报员的作用探讨 篇9
数值预报是通过力学中的方程计算出来的, 它是把天气和海洋预报与数学、物理联系在一起, 用数学物理模式对预报对象状况进行分析, 通过高速计算机求解得到的。它是根据描述预报对象运动规律的流体力学和热力学原理, 构成闭合方程组, 即数值模式, 知道某个时刻的预报对象的初始状态, 也就是在一定的初值和边值条件下, 就可通过数值离散的方程联立求解这一数学物理方程组, 计算出未来某一个时刻的预报对象状态, 这个状态通过各种形势图或有关的气象海洋要素如:气温、气压、浪高、风暴潮增水等表示出来, 以此预知大气层和海洋的运动以及相连的变化。
17世纪末期, 牛顿三大定律及质量守恒定律等一系列定律定理的发现, 使人类真正意义上进入了理性的现代科学时代, 自然界现象所服从的客观规律可表示为物理化学定律逐渐得到广泛认可, 伴随数学、逻辑学等学科的发展, 开始建立了严谨的科学推理和数学演算框架体系, 并将自然界现象所服从的客观规律用数学方程表达出来, 这一点首先在天文学上得于体现, 并迅速发展到各个学科领域。这样一来, 对自然界现象的研究分析基本上可转化为相关方程式的联合求解, 而预测的概念就是方程式中存在时间变量, 也就是自然现象随时间的变化。
在气象学和海洋学研究方面, 温度计、气压计、浮标和水流计等仪器的发明使用, 使大气和海洋状态的描述信息由主观模糊描述阶段进入客观定性记录要素阶段。真正提出数值预报科学理念的, 应是挪威人Vilhelm Bjerknes在1904年提出的天气预报问题可归根于控制大气动力和热力学方程组的初值问题, 这是一个鲜明和具有生命力的观点, 它使经典力学、流体力学和热力学等物理学理论, 从20世纪开始快速融入气象学, 并且新的技术创新和科学突破越来越快的应用到气象研究和预报实践中去, 它将气象学造就成物理学科, 并为后来取得一系列重大成就指明道路, 通过将气象学的问题转化成为一个更加广泛的数学—物理问题, 使气象科学已有和新出现的各分支研究成果, 几乎都可以通过相关的数学物理方程应用到天气预报实践中去。
Vilhelm Bjerknes提出的数值预报思想由被誉为“现代数值天气预报之父”的英国气象学家Richardson在1922年首次通过手工试验, 他利用天气演化的原始方程组, 用手工的方法计算了6 h以后欧洲地区的地面气压场, 完成了《用数值方法预报天气》这本公认的数值天气预报的开山之作, 不过尝试最终归于失败, 预报的6 h气压变化达到154 hPa, 而实际气压几乎没有变化。虽然如此, Richardson的工作向手中没有任何快速计算工具的气象学家表明, 对未来天气的计算, 除了要在数学上完善复杂的微分方程解的理论外, 还需要计算工具的改进。在20世纪50年代, 物理和数学理论成果在气象应用研究中获得进展的背景下, 电子计算机时代的到来, 为数值天气预报的成功完成了最后的理论和技术铺垫, 最终在1950年人类第一台电子计算机ENIAC上成功进行了人类第一次成功的数值天气预报试验。1954年12月1日, 瑞典空军气象局与斯德哥尔摩大学国际气象研究所合作, 在同年3月和8月开展的准业务化实验的基础上, 最早开展了24 h、48 h和72 h业务化数值天气预报, 这是数值天气预报首次投入业务化使用。数值预报在气象领域的成功使用给同是流体属性的海洋领域带来了启迪, 从20世纪50年代后期开始, 也在海洋领域开展起来, 从最初的Kivisild在1954年计算模拟了一次袭击美国的风暴潮过程, 到1963年Baer采用PNJ法作海浪预报并编写成计算机程序运行, 都体现着数值预报业务的扩展。目前, 已从最初的风暴潮和海浪两个方面扩展到海温、溢油飘溢扩散、泥沙运移和海洋污染物扩散等方面的数值模拟及预报, 数值预报随着计算机技术的发展而逐渐成为许多国家气象海洋业务和研究的重要内容。
2 我国数值预报的发展状况
我国于1954年开始数值预报理论的研究并摸索制作数值天气预报;1955年用图解法两层模式作出了500 hPa 24 h的预报;1959 年用电子计算机制作亚欧范围和北半球范围的正压、斜压过滤模式的高度场数值预报, 开始了在计算机上进行数值天气预报;1969年国家气象局正式发布短期数值天气预报;1973年开始用原始方程三层模式制作预报, 以后逐步改进数值预报模式并实现了资料输入、填图、分析和预报输出的自动化, 预报模式发展到多层原始方程模式, 其中考虑了地形和非绝热加热等物理过程的影响。除完成日常的短期数值天气预报业务外, 国家气象中心于 1991年6月建成我国第一代全球中期数值天气预报业务系统T42;1995年 6月又建成了我国第二代全球中期数值天气预报业务系统T63;1997年6月建成了我国第三代全球中期数值天气预报系统T106L19, 目前业务运行的是在2002年9月1日起投入业务使用的第四代全球中期数值天气预报系统T213L31 (表1) 。
海洋预报方面开展于20世纪60年代初, 以文圣常提出以圆周率为参数的波谱模式为开端, 到“八五”期间建立《新型混合型海浪数值模式》, 我国已在国家海洋预报台业务组装使用提供海浪数值预报产品, 并针对各个区域建立使用了相对应的风暴潮预报数值模块。从2005年10月起, 又开展了全球海浪准业务化数值预报, 从而使我国海浪预报范围由过去的近海和西北太平洋扩大到全球, 成为继美国、日本和欧洲中心等海洋预报发达国家和国际组织之后, 世界上少数几个可以发布全球海浪数值预报的国家之一。
3 数值预报的制作
数值预报是以物理理论为基础, 用数学的方法将预报对象未来的状态计算描述出来。首先, 把作为流体属性的大气和海洋所遵循的物理定理写成若干数学方程式, 构成方程组, 然后, 用数值计算分析的方法对这些数学物理方程组进行离散化, 再把离散化后的方程组编写成计算机程序, 以便借助高速计算机完成这一工作量巨大的运算, 这一非常复杂的计算机软件包就是平常所称的数值预报模式。之后把整个大气或海洋空间分割成均匀分布的一个个小立方体 (称之为网格点) , 一般来说, 这些小立方体的边长水平方向有10～100 km, 垂直方向有几十米不等, 随着未来数据同化方案的优化和观测系统的发展, 这些立方体可以更小。并把全球或某一区域非均匀分布的定时气象海洋要素观测资料 (如气压、温度、风和浪高等) 在很短的时间内收集起来, 然后, 把这些非均匀分布的资料插值到均匀分布的一个个小盒子上, 即模式网格点上, 形成数值预报模式的初值。完成后再在巨型计算机上运行数值预报模式, 一个时间步, 一个时间步, 一个格点, 一个格点地计算大气海洋的运动变化。整个预报时段的计算结束后, 模式将预报出全球或某一区域每个格点的气象海洋要素值, 即预报出未来的天气和海洋运动状况, 再根据具体情况通过一系列的加工成各种预报产品。其数值预报制作流程如图1所示。
正因为如此, 数值预报首先要求建立一个较好的反映预报时段大气和海洋的数值预报模式和误差较小、计算稳定并相对运算较快的计算方法;其次, 由于数值预报模式运行对初始条件的极端敏感, 也就是初值对结果有很大的影响, 因此必须恰当地作资料的调整、处理和客观分析;再次由于数值预报的计算数据非常之多, 很难用手工或小型计算机去完成, 必须要有大型的计算机来完成。
4 数值预报发展背景下的预报员作用讨论
数值预报业务化前, 预报的制作是由预报员依据天气学和海洋学理论分析各种图表和观测到的要素值后外推出形势而作出的。数值预报应用后预报工作经历了以人工主观预报为主, 数值预报逐渐有参考价值, 到二者效果和作用相当, 直到大约从20世纪80年代开始, 由于短期数值预报技巧的持续、稳定提高而在业务预报中逐渐占据主导地位的过程, 基本取代了预报员的形势预报工作, 并逐渐向单个要素预报和其他一些预报项目方面发展, 虽然如此, 预报员的作用仍然不可代替。
首先, 就目前来说, 数值预报模型的建立不可能绝对完整地将大气和海洋状况模拟出来, 除了我们尚未完全地认识它们的运动规律外, 还因为它们的运动过程是个非线性的过程, 也就是说, 它在遵照某些特定的演变规律 (规律也不是绝对稳定的) 发展的同时, 也存在着无数的不确定因子, 这些因子对有序演变的干扰作用有大有小、有先后、有随机性。而模型建立过程会对某些影响比较小的因子进行取舍忽略掉, 使模型在准确与效率之间尽可能取得平衡, 否则, 如果考虑所有的因子, 即使是目前世界上速度最快的巨型计算机也不可能胜任模型的计算任务。
其次, 大气和海洋是一种具有连续运动尺度谱的连续介质, 故不管模式的网格点如何的密, 分辨率如何高, 总有一些接近于或小于网格距尺度的运动无法在模式中确切地反映出来, 这种运动过程称为次网格过程, 如湍流、对流、凝结和辐射过程都包含有次网格过程。
最后, 初值方面也存在很多问题, 虽然目前在传统观测站的基础上, 使用了卫星和遥感技术等手段探测大气和海洋, 对提供记录稀少地区的资料有一定贡献, 但是由于观测误差如仪器误差, 观测点在空间时间上的不够密集引起的插值误差会永远存在。误差的存在造成初始场具有不确定性, 即我们得到的分析资料永远只是实际大气海洋的一个可能的近似值, 而大气和海洋本身的混沌特性使得模式对于初始场的微小误差十分敏感。
可以这么说, 数值预报永远无法绝对完整真实地将大气海洋描述出来, 我们所做的只能是在提高科学理论和各种技术手段的基础上, 使之更加接近于真实, 例如, 目前采用参数化的方法来考虑次网格过程, 初始场为概率密度函数的多模式集合预报方法来解决误差源等, 都只是将干扰减少, 而不能从根本上解决问题。
观测误差, 分析同化误差, 模式误差等永远存在, 使得数值预报在业务使用时需要进行实时检验和订正, 预报员处在数值预报模式使用的最前线, 对各种模式的数值预报结果应用情况有着最直接的体验, 这将有利于完成对数值预报的应用改进和后处理, 使之准确率进一步提高。就目前来说, 常有各模式预报结果不一致的情形, 这就需要预报员集合各种预报结果为一体, 作出群体决策意见。以预报员为主体的各种经验预报方法统计地包含了各种复杂地形特征等对局地预报要素的影响因素, 对局地要素预报具有很好的预报效果, 这种主观经验预报和客观数值预报的最佳结合使用将有力的提高和改善预报能力, 这一切都必须由预报员来完成。
根据生活生产需要开辟新的预报产品和相应的应用解释以及与其他的环境预测系统的整合都将是预报员的任务范畴, 目前, 这一块都开展了起来并具有很好的发展前景, 如现在具有使用意义的火灾、游泳指数等一些与人们生活生产密切相关的灾害和舒适指数, 都是与其他环境学科相结合的预测产品, 它们的发布, 已经开始很好地为社会服务, 更加体现了预报在生活生产的价值, 可以预见这些产品的开发和应用在未来将广泛铺开。
预报员除了是个业务员外, 完全可以加入到科研的行列, 参与对理论的研究。具有学科广泛感性认识的预报员, 在理性的开发上有着不可比拟的有利的条件, 使之更具有开拓性, 预报理念的创新将引起预报工作的革新, 在新的条件下, 预报员将开辟新的价值领域。
总之, 不断解决数值预报尚不能解决好的问题, 以不断提高预报水平和使预报产品更加为生活生产需要服务将是预报员的任务。
5 结论
1) 数值预报是人类科学在20世纪的巨大成就, 它必将在未来预报业务工作中将起主导作用。
2) 数值预报的发展基本上与各学科理论的进步同步进行, 尤其是电子计算机技术的研制应用和发展为它提供了技术铺垫。
3) 客观预报和主观预报的最佳结合使用由预报员来完成。
4) 未来预报员的任务将更加广泛化。
参考文献
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