第5章-1气象服务学课件

应用气象学院应用气象学院第五章第五章气象信息服务技术气象信息服务技术应用气象学院应用气象学院主要内容1 1 气象信息服务技术方法概论气象信息服务技术方法概论2 2 揭示气象制约关系的基本方法揭示气象制约关系的基本方法3 3 气象控制因子的提取方法气象控制因子的提取方法4 4 各类气象信息服务产品的制作方法各类气象信息服务产品的制作方法实习实习2 2、气象控制因子的提取、气象控制因子的提取应用气象学院应用气象学院本章重点、难点本章重点、难点重点：重点：气象信息服务的质量指标、气象信息服务的质量指标、气象信息气象信息服务系统开发方法、揭示气象制约关系的基服务系统开发方法、揭示气象制约关系的基本方法、气象控制因子的提取方法、气象信本方法、气象控制因子的提取方法、气象信息服务产品的制作方法。息服务产品的制作方法。难点：难点：揭示气象制约关系的基本方法、气象揭示气象制约关系的基本方法、气象控制因子的提取方法、气象信息服务产品制控制因子的提取方法、气象信息服务产品制作方法。作方法。应用气象学院应用气象学院1 1 气象信息服务技术方法概论气象信息服务技术方法概论一、气象信息服务的对象一、气象信息服务的对象二、气象信息服务的基本方法二、气象信息服务的基本方法三、气象信息服务的质量指标三、气象信息服务的质量指标四、气象信息服务的技术方法体系四、气象信息服务的技术方法体系五、气象信息服务系统开发方法五、气象信息服务系统开发方法应用气象学院应用气象学院一、气象信息服务的对象一、气象信息服务的对象 一切和气象有关的行业、对气象有需求的用户一切和气象有关的行业、对气象有需求的用户都应当是气象服务的对象。都应当是气象服务的对象。真正有效真正有效益益的服务对的服务对象象理想服理想服务对象务对象应用气象学院应用气象学院 气象信息服务的目的是为气象控制工程服务提气象信息服务的目的是为气象控制工程服务提供有针对性信息，是气象控制工程决策的依据，而供有针对性信息，是气象控制工程决策的依据，而气象工程服务是最终产生服务效益的关键。气象工程服务是最终产生服务效益的关键。气象控制器气象控制器应用气象学院应用气象学院 根根据据“气气象象控控制制论论”，气气象象服服务务信信息息是是气气象象控控制制信信息息子子系系统统的的输输出出产产品品，同同时时又又是是气气象象控控制制工工程程子子系系统统的的输输入入信信息息，因因此此，气气象象信信息息服服务务的对象是气象控制工程子系统。的对象是气象控制工程子系统。无的放矢问题；服务信息的针对性问题无的放矢问题；服务信息的针对性问题解解决决应用气象学院应用气象学院二、气象信息服务的基本方法二、气象信息服务的基本方法尽可能准确定量地掌握气象因子对服务对象系尽可能准确定量地掌握气象因子对服务对象系统的制约关系，并进一步提取出为具体实施气统的制约关系，并进一步提取出为具体实施气象控制工程所需要的气象控制因子；象控制工程所需要的气象控制因子；运用适用的气象科学技术方法，在基本气象信运用适用的气象科学技术方法，在基本气象信息的基础上制作出有专业针对性、满足实施气息的基础上制作出有专业针对性、满足实施气象控制工程精度要求的气象控制信息；象控制工程精度要求的气象控制信息；运用现代信息技术，及时、准确地把气象控制运用现代信息技术，及时、准确地把气象控制信息传递给气象控制工程子系统。信息传递给气象控制工程子系统。应用气象学院应用气象学院信息服务技术流程信息服务技术流程准确、及时、动态传递服务信息准确、及时、动态传递服务信息掌握制约关系，提取气象控制因子掌握制约关系，提取气象控制因子制作能满足控制精度的专业服务产品制作能满足控制精度的专业服务产品反馈信息反馈信息应用气象学院应用气象学院三、气象信息服务的质量指标三、气象信息服务的质量指标1 1、针对性、针对性 是是指指气气象象信信息息服服务务产产品品是是否否明明确确针针对对气气象象控控制工程系统在实施气象控制时的制工程系统在实施气象控制时的需要需要。2 2、有效性、有效性 是指气象服务信息是指气象服务信息有多少有多少新的新的有效信息量有效信息量。3 3、及时性、及时性 是指所提供的气象服务信息是指所提供的气象服务信息是否能够满足是否能够满足气气象工程控制的象工程控制的时间性要求时间性要求。衡量气象信息服务质量的首要指标衡量气象信息服务质量的首要指标应用气象学院应用气象学院气象信息服务质量标准的气象信息服务质量标准的“三性三性”是层级是层级性的指标。性的指标。第一层级的指标第一层级的指标-针对性针对性第二层级的指标第二层级的指标-有效性有效性第三层级的指标第三层级的指标-及时性及时性它们都具有它们都具有“一票否决性一票否决性”。应用气象学院应用气象学院四、气象信息服务的技术方法体系四、气象信息服务的技术方法体系 气气象象信信息息服服务务总总体体方方法法包包括括：信信息息服服务务的的对对象象、气气象象信信息息服服务务的的原原理理、气气象象信信息息服服务务基基本本方方法法以以及及气气象象信信息息服服务务质质量量的的标标准准。其其中中气气象象信信息息服服务务技技术术方方法法体体系系在在气气象象信信息息服服务务总总体体方方法法之之下下包包括括四四个个子子系系统统。（见图。（见图5.15.1）应用气象学院应用气象学院气象信息服务总体方法气象信息服务总体方法专业化方法子系统专业化方法子系统产品制作方法子系统产品制作方法子系统产品传递技术子系统产品传递技术子系统服务营销技术子系统服务营销技术子系统图图5.1 5.1 气象信息服务技术方法体系气象信息服务技术方法体系应用气象学院应用气象学院1 1、气象信息服务专业化方法子系统、气象信息服务专业化方法子系统为了在基本气象信息的基础上制作出有专业针为了在基本气象信息的基础上制作出有专业针对性的气象服务产品，必须明确制定用户所需对性的气象服务产品，必须明确制定用户所需要的气象服务信息的要的气象服务信息的专业针对性专业针对性。气象信息服务专业化方法子系统气象信息服务专业化方法子系统重点研究的是重点研究的是揭示气象对各行各业各种用户系统的制约关系揭示气象对各行各业各种用户系统的制约关系和提取气象控制因子的方法。和提取气象控制因子的方法。是指提高气象信息服务的专业针对性是指提高气象信息服务的专业针对性应用气象学院应用气象学院2 2、气象信息服务产品制作方法子系统、气象信息服务产品制作方法子系统在制约关系和相应气象控制因子明确后，进一在制约关系和相应气象控制因子明确后，进一步的任务是研究如何高质量地制作出实施气象步的任务是研究如何高质量地制作出实施气象控制所需要的信息服务产品。控制所需要的信息服务产品。气象信息服务产品制作方法子系统的气象信息服务产品制作方法子系统的主要任主要任务，是根据气象控制工程子系统对气象控制信务，是根据气象控制工程子系统对气象控制信息的要求，运用适用的科学技术方法，开发可息的要求，运用适用的科学技术方法，开发可投入气象服务业务运行的产品制作方法。投入气象服务业务运行的产品制作方法。应用气象学院应用气象学院3 3、气象信息服务产品传递方法子系统、气象信息服务产品传递方法子系统气象服务信息气象服务信息及时准确地传递及时准确地传递到气象控制工到气象控制工程子系统，对于提高气象信息服务效益具有程子系统，对于提高气象信息服务效益具有重要意义。重要意义。气象信息服务产品传递方法子系统，气象信息服务产品传递方法子系统，主要研主要研究气象信息产品传递的现代化方法。究气象信息产品传递的现代化方法。应用气象学院应用气象学院4 4、气象信息服务营销方法子系统、气象信息服务营销方法子系统通过市场推销产品是通常所说的营销问题，通过市场推销产品是通常所说的营销问题，公益性服务产品并不需要通过市场来推销，公益性服务产品并不需要通过市场来推销，但仍然有一个采用什么样的方法使用户更有但仍然有一个采用什么样的方法使用户更有效地了解和应用这些产品的问题。效地了解和应用这些产品的问题。气象信息服务营销方法子系统气象信息服务营销方法子系统主要研究气象主要研究气象信息产品的营销方法。信息产品的营销方法。应用气象学院应用气象学院五、气象信息服务系统开发方法五、气象信息服务系统开发方法1 1、气象信息服务系统开发的原则、气象信息服务系统开发的原则 根根据据系系统统工工程程原原理理，气气象象信信息息服服务务系系统统的的开发应当遵循以下开发应当遵循以下四个原则四个原则。（1 1）系统整体性原则系统整体性原则 （2）高投入高投入/效益比原则效益比原则 （3）标准化原则标准化原则 （4）协同原则协同原则应用气象学院应用气象学院（1 1）系统整体性原则）系统整体性原则 在建设服务系统的全过程中，必须从系统在建设服务系统的全过程中，必须从系统整体高度去审视每一个部件和分系统。要根据整体高度去审视每一个部件和分系统。要根据系统总体原则进行系统调查和功能目标设计，系统总体原则进行系统调查和功能目标设计，并进一步分解和设计分系统，优选建设方案。并进一步分解和设计分系统，优选建设方案。应用气象学院应用气象学院（2）高投入）高投入/效益比原则效益比原则 为了提高系统的效率和功能，应力求采用为了提高系统的效率和功能，应力求采用高新技术。但是另一方面，作为业务化的气象高新技术。但是另一方面，作为业务化的气象信息服务系统建设，也必须充分论证和预评估信息服务系统建设，也必须充分论证和预评估投入效益比，有些高新技术虽然从发展方向上投入效益比，有些高新技术虽然从发展方向上看很有前景，但如果在现实情况下因为需求和看很有前景，但如果在现实情况下因为需求和环境条件等制约而难以有较高的投入效益比，环境条件等制约而难以有较高的投入效益比，也不可作为现实的优选方案。也不可作为现实的优选方案。应用气象学院应用气象学院（3 3）标准化原则）标准化原则 气象信息服务系统是一个开放度很高的系气象信息服务系统是一个开放度很高的系统，系统优化的一个重要指标是标准化，包括统，系统优化的一个重要指标是标准化，包括文件以及数据的格式和内容都应当采用通用标文件以及数据的格式和内容都应当采用通用标准化规定，这样既有利于分系统之间的交换，准化规定，这样既有利于分系统之间的交换，也有利于产品的应用，标准化也是有市场前景也有利于产品的应用，标准化也是有市场前景的重要条件。的重要条件。应用气象学院应用气象学院（4）协同原则）协同原则 系统的气象控制问题涉及到气象理论知识系统的气象控制问题涉及到气象理论知识和用户系统一些深层次的工程技术问题，仅靠和用户系统一些深层次的工程技术问题，仅靠气象科技人员或者仅仅依靠用户系统的专业技气象科技人员或者仅仅依靠用户系统的专业技术人员是难以处理好的。术人员是难以处理好的。因此，在服务系统的开发研制过程中，因此，在服务系统的开发研制过程中，气气象科技人员和用户工程技术人员象科技人员和用户工程技术人员的的协同合作协同合作是是开发高水平气象信息服务系统的重要条件。开发高水平气象信息服务系统的重要条件。应用气象学院应用气象学院 2 2、气象信息服务系统的开发方法、气象信息服务系统的开发方法（1）生命周期法）生命周期法（2）快速原型法（）快速原型法（“99+1”法）法）（3）直接面向对象法）直接面向对象法应用气象学院应用气象学院（1 1）生命周期法）生命周期法生命周期法的基本思想是用系统的观点和系统生命周期法的基本思想是用系统的观点和系统工程的方法，按照用户至上的原则，工程的方法，按照用户至上的原则，自上而下自上而下逐级对信息系统进行分析和设计。逐级对信息系统进行分析和设计。生命周期法将生命周期法将整个信息系统的开发过程划分为整个信息系统的开发过程划分为五个阶段五个阶段，形成一个系统的生命周期。，形成一个系统的生命周期。应用气象学院应用气象学院系统规划阶段系统规划阶段-进行系统用户的需求调查和可进行系统用户的需求调查和可行性研究，提出系统规划方案；行性研究，提出系统规划方案；系统分析阶段系统分析阶段-分析业务流程、数据流程，提分析业务流程、数据流程，提出系统逻辑方案；出系统逻辑方案；系统设计阶段系统设计阶段-在系统逻辑方案设计的基础上在系统逻辑方案设计的基础上进行物理设计，包括系统应该采用的具体技术进行物理设计，包括系统应该采用的具体技术方法以及相应的格式代码、数据库文件设计，方法以及相应的格式代码、数据库文件设计，输入输出、模块结构以及功能设计等，同时根输入输出、模块结构以及功能设计等，同时根据设计要求采购并安装设备；据设计要求采购并安装设备；应用气象学院应用气象学院系统开发实施阶段系统开发实施阶段-进行系统程序开发（编进行系统程序开发（编程与调试）、规程开发，建立相应的技术文档程与调试）、规程开发，建立相应的技术文档（系统设计说明书、用户手册等），进行人员（系统设计说明书、用户手册等），进行人员培训以及数据准备，最后投入试运行；培训以及数据准备，最后投入试运行；系统运行维护阶段系统运行维护阶段-在运行中对系统进行调在运行中对系统进行调整、维护以及效果评价。如果在运行中出现了整、维护以及效果评价。如果在运行中出现了不可调和的重大问题，说明系统已经不适应新不可调和的重大问题，说明系统已经不适应新需求，标志着系统的生命将结束。需求，标志着系统的生命将结束。应用气象学院应用气象学院生命周期法特别强调系统开发的生命周期法特别强调系统开发的整体性和全局整体性和全局性性，强调开发过程的，强调开发过程的完整性和顺序性完整性和顺序性。这种方法比较适合于大型的气象信息服务这种方法比较适合于大型的气象信息服务系统的开发，如专用电视频道气象服务系统、系统的开发，如专用电视频道气象服务系统、互联网气象服务系统的开发等。互联网气象服务系统的开发等。应用气象学院应用气象学院（2 2）快速原型法（）快速原型法（“99+1”99+1”法）法）利用多年来气象行业已经积累的大量有应用价利用多年来气象行业已经积累的大量有应用价值的科研成果，采用值的科研成果，采用“快速原型法快速原型法”进行气象信进行气象信息服务系统的开发建设。息服务系统的开发建设。快速分析快速分析-快速分析用户的需求，快速扫描快速分析用户的需求，快速扫描已有的气象科技成果，并从中优选出最有希望花较已有的气象科技成果，并从中优选出最有希望花较少投入使之转化为能够满足用户需求的气象信息服少投入使之转化为能够满足用户需求的气象信息服务系统的科研成果原型。务系统的科研成果原型。应用气象学院应用气象学院 构造系统原型构造系统原型-根据用户需要，在选中的科研根据用户需要，在选中的科研成果原型基础上进行延伸、转化和发展，构造气成果原型基础上进行延伸、转化和发展，构造气象信息服务系统原型。象信息服务系统原型。试运行系统原型试运行系统原型-通过试运行完善系统原型。通过试运行完善系统原型。评价系统原型评价系统原型-通过考核评价，确定系统可否通过考核评价，确定系统可否正式投入业务运行和推广使用。正式投入业务运行和推广使用。应用气象学院应用气象学院（3 3）直接面向对象法）直接面向对象法 一是一是直接面向对象的分析，通过调查收集必直接面向对象的分析，通过调查收集必需的材料，分析用户的特定需求；需的材料，分析用户的特定需求；二是二是根据用户需求进行直接面向用户需求的根据用户需求进行直接面向用户需求的目标设计；目标设计；三是三是根据设定的目标进行具体的结构设计和根据设定的目标进行具体的结构设计和编程。编程。直接面向对象法适用于难以找到已有科直接面向对象法适用于难以找到已有科研成果原型的小型气象信息服务系统的设计。研成果原型的小型气象信息服务系统的设计。应用气象学院应用气象学院 3 3、气象信息服务系统开发的启动、气象信息服务系统开发的启动 需求调研。需求调研。通过调研确定面向特定气象控制通过调研确定面向特定气象控制工程的气象信息服务系统开发的必要性；工程的气象信息服务系统开发的必要性；系统开发的技术可行性论证系统开发的技术可行性论证。在调研的基础。在调研的基础上认定现有技术条件下开发出满足需求的气象上认定现有技术条件下开发出满足需求的气象信息服务系统的可行性，并在原则认定的基础信息服务系统的可行性，并在原则认定的基础上，制定出初步的系统开发计划；上，制定出初步的系统开发计划；应用气象学院应用气象学院 投入效益比预评估投入效益比预评估。对初步制定的系统开发。对初步制定的系统开发计划的投入效益比进行预评估计划的投入效益比进行预评估 ，为项目的立项，为项目的立项提供决策依据；提供决策依据；制定详细的系统开发实施计划制定详细的系统开发实施计划；组织该系统开发实施计划的实施组织该系统开发实施计划的实施。应用气象学院应用气象学院 4 4、气象信息服务系统的开发研制程序、气象信息服务系统的开发研制程序 在完成启动程序后，气象信息服务系统的在完成启动程序后，气象信息服务系统的具体开发研制主要包括三方面工作：具体开发研制主要包括三方面工作：（1）必要的硬件系统建设）必要的硬件系统建设 （2）软件方法的研制）软件方法的研制 作为一个气象信息服务系统，其软件方法作为一个气象信息服务系统，其软件方法研制的关键内容及具体流程见图研制的关键内容及具体流程见图5.2。（3 3）系统的业务化试验）系统的业务化试验应用气象学院应用气象学院研究气象制约关系研究气象制约关系提取气象控制因子提取气象控制因子研究气象控制因子可测性研究气象控制因子可测性开发气象控制信息产品制作模型开发气象控制信息产品制作模型检验气象控制信息的有效性检验气象控制信息的有效性图图5.2 5.2 气象控制信息系统研制的一般流程气象控制信息系统研制的一般流程应用气象学院应用气象学院（3 3）系统的业务化试验）系统的业务化试验 对于气象信息服务系统开发研制来说，不仅对于气象信息服务系统开发研制来说，不仅要在开发研制时要紧紧瞄准气象控制工程对气象要在开发研制时要紧紧瞄准气象控制工程对气象控制信息的要求，在初步完成开发研究后、投入控制信息的要求，在初步完成开发研究后、投入正式业务运行之前，必须经过试运行和试服务。正式业务运行之前，必须经过试运行和试服务。通过试运行和试服务的验证后，才能验收，通过试运行和试服务的验证后，才能验收，正式投入业务运行。正式投入业务运行。应用气象学院应用气象学院2 2 揭示气象制约关系的基本方法揭示气象制约关系的基本方法一、揭示气象制约关系的基本思路和途径一、揭示气象制约关系的基本思路和途径二、揭示气象制约关系的基本方法二、揭示气象制约关系的基本方法应用气象学院应用气象学院一、揭示气象制约关系的基本思路和途径一、揭示气象制约关系的基本思路和途径1 1、基本思路、基本思路 利用应用物理学中各种可行的方法，利用应用物理学中各种可行的方法，研究揭研究揭示示出气象条件制约用户系统运行状态和效益的出气象条件制约用户系统运行状态和效益的物物理机理理机理。从方法论角度看，揭示气象制约关系实质上从方法论角度看，揭示气象制约关系实质上是一种是一种规律研究规律研究。应用气象学院应用气象学院 2 2、最低标准、最低标准 只要揭示出来的规律确实是只要揭示出来的规律确实是客观存在客观存在的气的气象条件对用户系统运行状态的制约关系，就有象条件对用户系统运行状态的制约关系，就有一定的应用价值。一定的应用价值。只要所揭示出的制约关系的只要所揭示出的制约关系的精确度符合精确度符合用用户系统实施有效气象控制的户系统实施有效气象控制的需求需求就行。就行。应用气象学院应用气象学院3 3、揭示气象制约关系的途径、揭示气象制约关系的途径 首先必须总结实践经验，形成初步认识，首先必须总结实践经验，形成初步认识，这一阶段的有效方法主要是这一阶段的有效方法主要是经验分析的方法经验分析的方法。然后为了深入地揭示气象和用户系统之间然后为了深入地揭示气象和用户系统之间内在联系，需要采用一些内在联系，需要采用一些定量分析研究方法定量分析研究方法，以求最终形成反映气象条件和用户系统之间的以求最终形成反映气象条件和用户系统之间的内在制约机制理论。内在制约机制理论。应用气象学院应用气象学院 因此，认识气象条件对具体系统制因此，认识气象条件对具体系统制约关系的过程，是从初级逐步向高级约关系的过程，是从初级逐步向高级发展的过程，即从感性认识上升为理发展的过程，即从感性认识上升为理性认识。性认识。应用气象学院应用气象学院二、揭示气象制约关系的基本方法二、揭示气象制约关系的基本方法 物物理理学学中中研研究究物物体体之之间间相相互互关关系系的的各各种种方方法法都都可可能能为为揭揭示示气气象象对对用用户户系系统统的的制制约约关关系系所所用。用。揭揭示示气气象象制制约约关关系系的的基基本本方方法法概概括括为为：经经验验分分析析方方法法、统统计计诊诊断断方方法法、实实验验方方法法和和物物理理理论推断方法理论推断方法四类。四类。应用气象学院应用气象学院1 1、经验分析方法、经验分析方法 经验分析方法是概括实践所积累的经验以形成经验分析方法是概括实践所积累的经验以形成对事物认识的方法。对事物认识的方法。经验分析方法在气象科学技术方法体系中占有经验分析方法在气象科学技术方法体系中占有重要地位。在天气学以及动力气象学的学科重要地位。在天气学以及动力气象学的学科发展过程中，天气预报实践所积累的经验起发展过程中，天气预报实践所积累的经验起到了十分重要的基础性作用。到了十分重要的基础性作用。应用气象学院应用气象学院 在气象信息服务领域中，经验分析方法应用广在气象信息服务领域中，经验分析方法应用广泛，目前仍是认识气象和用户系统关系的基本泛，目前仍是认识气象和用户系统关系的基本方法。而随着服务人员经验分析水平的提高，方法。而随着服务人员经验分析水平的提高，经验分析方法将逐步走向客观定量化。经验分析方法将逐步走向客观定量化。由于经验分析方法只能根据经验定性地给出气由于经验分析方法只能根据经验定性地给出气象条件对用户系统的影响，这种影响的表达形象条件对用户系统的影响，这种影响的表达形式常常可以根据经验进行灵活设计。式常常可以根据经验进行灵活设计。应用气象学院应用气象学院气象科学中常用的经验分析法气象科学中常用的经验分析法（1 1）影响指数法）影响指数法（2 2）类比法）类比法应用气象学院应用气象学院（1 1）影响指数法）影响指数法 影响指数法是直接把气象制约关系表达为某种影响指数法是直接把气象制约关系表达为某种影响指数的方法，使这种影响指数既能反映气影响指数的方法，使这种影响指数既能反映气象条件对用户系统的影响关系，又具有现实可象条件对用户系统的影响关系，又具有现实可测性，可直接作为气象控制因子。测性，可直接作为气象控制因子。人们在总结长期实践经验基础上，提出了用各人们在总结长期实践经验基础上，提出了用各种指数来反映气象条件对特定用户系统的影响种指数来反映气象条件对特定用户系统的影响关系。关系。例如各种生物舒适度指数、火险临界指例如各种生物舒适度指数、火险临界指数以及旱涝指数等数以及旱涝指数等。应用气象学院应用气象学院（2 2）类比法）类比法 类比法是对两类特殊事物之间进行分析比较的类比法是对两类特殊事物之间进行分析比较的方法，是专门研究两类事物之间是不是存在类方法，是专门研究两类事物之间是不是存在类似规律的方法，它是将抽象思维和形象思维融似规律的方法，它是将抽象思维和形象思维融为一体的一种独特的思维方法。为一体的一种独特的思维方法。类比法是一种经验性的推理方法，这种方法的类比法是一种经验性的推理方法，这种方法的前提是假设事物之间存在着某种程度的相似性，前提是假设事物之间存在着某种程度的相似性，于是可以将另一学科已经成熟的模型通过类比于是可以将另一学科已经成熟的模型通过类比移植到所研究的学科中来。移植到所研究的学科中来。应用气象学院应用气象学院例如，传染病传播模型是一种比较简明的反映传例如，传染病传播模型是一种比较简明的反映传播机理的数学模型。播机理的数学模型。记记t t时刻的健康者人数为时刻的健康者人数为s(t)s(t)、病人数为病人数为i(t)i(t)；并假设总人数为常数并假设总人数为常数n n，即：即：i(t)i(t)s(t)=n s(t)=n 且单位时间内一个病人能传染的人数与当时且单位时间内一个病人能传染的人数与当时健康者人数成正比，比例系数健康者人数成正比，比例系数k k称为传染系数称为传染系数 di/dt=k i(n i)di/dt=k i(n i)应用气象学院应用气象学院 将这种传染病传播模型类比于信息传播将这种传染病传播模型类比于信息传播，即，即假设已知信息者与未知信息者人数只是时间的函假设已知信息者与未知信息者人数只是时间的函数，分别记为数，分别记为R(t)和和N(t)；且在信息传播过程中的且在信息传播过程中的人群总数人群总数T保持不变，即：保持不变，即：R(t)+N(t)=T 为简单起见，可将为简单起见，可将R(t)、N(t)理解为已知信息理解为已知信息者与未知信息者在人群中所占比例，即：者与未知信息者在人群中所占比例，即：R(t)+N(t)=1 应用气象学院应用气象学院 类比可得类比可得:dR(t)/dt=k R(t)1-R(t)对上式求积分，即可获得关于对上式求积分，即可获得关于R(t)的解。的解。显然，上述两个问题具有相同的性质，可显然，上述两个问题具有相同的性质，可以通过类比的方法建立类似的方程，反映的是以通过类比的方法建立类似的方程，反映的是相同的传播机理。相同的传播机理。应用气象学院应用气象学院2 2、统计诊断方法、统计诊断方法 统计诊断方法是根据概率论和统计学的原理，统计诊断方法是根据概率论和统计学的原理，收集所研究事物有代表性的相关资料，选用适收集所研究事物有代表性的相关资料，选用适当的统计学模型对研究对象的总体特征进行诊当的统计学模型对研究对象的总体特征进行诊断分析，从中找出总体的统计特征。断分析，从中找出总体的统计特征。统计学方法是重要的数学方法，用这种方法可统计学方法是重要的数学方法，用这种方法可以在一定信度水平下找出研究对象之间统计意以在一定信度水平下找出研究对象之间统计意义上的相关程度。义上的相关程度。应用气象学院应用气象学院 在研究气象和用户系统之间的关系时，在研究气象和用户系统之间的关系时，最常用最常用的统计诊断方法主要有：相关分析法、主成分的统计诊断方法主要有：相关分析法、主成分分析法、逐步筛选法、正交筛选法等。分析法、逐步筛选法、正交筛选法等。统计诊断方法适用范围很广，也是气象统计诊断方法适用范围很广，也是气象科技人员比较熟悉的方法。但是统计诊断方法科技人员比较熟悉的方法。但是统计诊断方法只能说明事物之间的统计关系，不能直接说明只能说明事物之间的统计关系，不能直接说明事物之间相互作用的物理机理。事物之间相互作用的物理机理。应用气象学院应用气象学院3 3、实验方法、实验方法 实验方法就是针对研究的问题去设计并调控实验方法就是针对研究的问题去设计并调控研究环境，观测研究对象在可控条件下的运动研究环境，观测研究对象在可控条件下的运动和发展变化，通过实验揭示这些变化之间的客和发展变化，通过实验揭示这些变化之间的客观联系。观联系。实验方法最大的优点是实验条件的可调控性实验方法最大的优点是实验条件的可调控性和实验过程的可重复性，通过实验还可以定量和实验过程的可重复性，通过实验还可以定量给出物体之间的相互作用关系。给出物体之间的相互作用关系。应用气象学院应用气象学院 实验方法不仅可用来揭示未被认识领域的气象和实验方法不仅可用来揭示未被认识领域的气象和用户系统的关系，即使是理论上已经有一般性认用户系统的关系，即使是理论上已经有一般性认识的，仍然需要具体到特定的用户系统，通过实识的，仍然需要具体到特定的用户系统，通过实验找出其具体的制约关系。验找出其具体的制约关系。如在研究气象条件对商品仓储的制约关系如在研究气象条件对商品仓储的制约关系时显然不能满足于时显然不能满足于“湿度大容易发霉湿度大容易发霉”的一般性的一般性概念，对于具体商品需要用实验方法掌握对它敏概念，对于具体商品需要用实验方法掌握对它敏感的霉菌繁殖的具体温、湿度值（图感的霉菌繁殖的具体温、湿度值（图5.3）。应用气象学院应用气象学院温温度度 （）普通霉菌生长范围普通霉菌生长范围 耐湿霉菌生长范围耐湿霉菌生长范围40403030202010 10 50 60 70 80 90 100 50 60 70 80 90 100 相对湿度（相对湿度（%）图图5.3 5.3 霉菌生长的温湿度范围霉菌生长的温湿度范围应用气象学院应用气象学院4 4、物理理论推断方法、物理理论推断方法 物理理论推断方法是揭示事物之间内在联系物物理理论推断方法是揭示事物之间内在联系物理机理的理论方法。它必须在经验分析方法的理机理的理论方法。它必须在经验分析方法的基础上，进一步做必要的统计诊断分析和物理基础上，进一步做必要的统计诊断分析和物理实验研究，并吸收和应用其它理论已有的成果，实验研究，并吸收和应用其它理论已有的成果，运用必要的数学方法对感性认识进行去伪存真、运用必要的数学方法对感性认识进行去伪存真、由表及里的分析和综合工作，最后形成系统的由表及里的分析和综合工作，最后形成系统的关于事物之间本质联系的理论。关于事物之间本质联系的理论。应用气象学院应用气象学院例：输油管道中油温的制约关系。例：输油管道中油温的制约关系。石油管道运输时的效率主要取决于流速；在一定石油管道运输时的效率主要取决于流速；在一定条件下流速又主要受油温制约。制约输油管中油温的条件下流速又主要受油温制约。制约输油管中油温的基本方程是热传导方程。对热传导方程积分可得管道基本方程是热传导方程。对热传导方程积分可得管道散热公式为：散热公式为：Q=k D(T-T0)dL Q=k D(T-T0)dL 式中，式中，dLdL为石油流动的管段距离；为石油流动的管段距离；Q Q为为dLdL管段在单管段在单位时间内向周围介质散失的热量；位时间内向周围介质散失的热量；k k为油流至管道周围为油流至管道周围介质（土壤）的总传热系数，介质（土壤）的总传热系数，D D为输油管直径；为输油管直径；T T为油为油温；温；T0T0为管道埋置深度的地温。为管道埋置深度的地温。应用气象学院应用气象学院 管道散热是稳定的传热过程，其热平衡关系为管道散热是稳定的传热过程，其热平衡关系为:k D(T-T0)dL=-G C dT k D(T-T0)dL=-G C dT 式中式中G G为所输石油的流量；为所输石油的流量；C C为石油的比热；为石油的比热；dTdT为石油流动为石油流动dLdL距离后油温的增量。距离后油温的增量。上述方程是石油在管道中流动时油温变化的上述方程是石油在管道中流动时油温变化的制约方程。可见，油温的变化主要受制于油流至制约方程。可见，油温的变化主要受制于油流至管道周围介质管道周围介质(土壤土壤)的总传热系数以及管道埋置的总传热系数以及管道埋置深度的地温深度的地温T0T0。应用气象学院应用气象学院 从认识方法论角度来看，经验分析方法是从认识方法论角度来看，经验分析方法是最基本的基础性方法，而从认识的层次来看，最基本的基础性方法，而从认识的层次来看，它属于初级的方法。而在此基础上，统计诊断它属于初级的方法。而在此基础上，统计诊断方法和物理实验方法将为进一步揭示制约关系方法和物理实验方法将为进一步揭示制约关系提供有力的手段。物理理论方法是对各种认识提供有力的手段。物理理论方法是对各种认识途径所获得的认识进一步做由表及里的深入的途径所获得的认识进一步做由表及里的深入的分析，从而使认识升华，最后形成最高层次的分析，从而使认识升华，最后形成最高层次的理性认识方法。见图理性认识方法。见图5.4。应用气象学院应用气象学院物理理论推断方法物理理论推断方法实验方法实验方法统计诊断方法统计诊断方法经验分析方法经验分析方法 图图5.4 5.4 揭示气象制约关系各种方法之间的关系揭示气象制约关系各种方法之间的关系 应用气象学院应用气象学院3 3 气象控制因子的提取方法气象控制因子的提取方法一、气象控制因子的类型一、气象控制因子的类型二、选定气象控制因子的基本原则二、选定气象控制因子的基本原则三、提取气象控制因子的常用方法三、提取气象控制因子的常用方法应用气象学院应用气象学院一、气象控制因子的类型一、气象控制因子的类型11、气象源信息库中已有的常规气象要素、气象源信息库中已有的常规气象要素 用用户户系系统统气气象象控控制制工工程程所所需需的的控控制制因因子子就就是是气气象象源源信信息息库库中中已已有有的的常常规规气气象象要要素素，包包括括基基本本气气候候资资料料中中的的各各种种气气象象要要素素，或或者者是是公公开开发布的基本气象预报要素。发布的基本气象预报要素。应用气象学院应用气象学院2 2、用户系统所在地一般常规气象要素、用户系统所在地一般常规气象要素 在有些情况下，气象控制工程决策所需的在有些情况下，气象控制工程决策所需的气象控制信息虽然也是一般的常规气象要素，气象控制信息虽然也是一般的常规气象要素，但要求准确提供用户系统所在地的气象要素。但要求准确提供用户系统所在地的气象要素。由于大气中存在不同尺度天气系统，加之由于大气中存在不同尺度天气系统，加之复杂的地形地貌条件影响，在一般情况下不能复杂的地形地貌条件影响，在一般情况下不能简单地用基本气象源信息来代替用户所在地的简单地用基本气象源信息来代替用户所在地的气象信息，需要进一步加工气象控制信息。气象信息，需要进一步加工气象控制信息。应用气象学院应用气象学院3 3、非常规气象要素、非常规气象要素 更普遍的情况是用户系统控制工程所需要更普遍的情况是用户系统控制工程所需要的气象控制因子本身并不是常规气象要素。的气象控制因子本身并不是常规气象要素。如如石油管道运输直接受制于油温，而油温又主要石油管道运输直接受制于油温，而油温又主要取决于石油管道埋置深处的地温，石油管道埋取决于石油管道埋置深处的地温，石油管道埋置深处的地温已不是常规气象要素。置深处的地温已不是常规气象要素。应用气象学院应用气象学院4 4、气象相关物理量、气象相关物理量 更为复杂的情况是，用户系统气象控制工更为复杂的情况是，用户系统气象控制工程所需的气象控制因子虽然是气象相关的物理程所需的气象控制因子虽然是气象相关的物理量，但不是直接的气象要素。量，但不是直接的气象要素。如在白银矿安全生产气象控制中，选取粉如在白银矿安全生产气象控制中，选取粉尘浓度作为安全生产的气象控制因子，又由于尘浓度作为安全生产的气象控制因子，又由于这种物理量主要受制于气象要素，因此也可以这种物理量主要受制于气象要素，因此也可以称之为隐式气象因子。称之为隐式气象因子。应用气象学院应用气象学院二、选定气象控制因子的基本原则二、选定气象控制因子的基本原则1 1、遵循已经掌握的气象制约关系、遵循已经掌握的气象制约关系 气气象象制制约约关关系系所所反反映映的的机机理理从从根根本本上上决决定定了了气气象象控控制制工工程程的的内内涵涵，因因此此也也从从本本质质上上决决定定了了已已掌掌握握的的气气象象制制约约关关系系是是选选定定气气象象控控制制因因子子的根本依据。的根本依据。应用气象学院应用气象学院2 2、考虑气象控制工程决策的需要和可能、考虑气象控制工程决策的需要和可能 在选定气象控制因子时，应考虑气象控制在选定气象控制因子时，应考虑气象控制工程决策的需要和可能性，也就是要考虑现实工程决策的需要和可能性，也就是要考虑现实的可控性问题的可控性问题 在出现气象控制因子不是气象源信息库中在出现气象控制因子不是气象源信息库中已有气象要素时，根据用户至上的原则，应该已有气象要素时，根据用户至上的原则，应该尽可能将这种非常规气象要素直接选定为气象尽可能将这种非常规气象要素直接选定为气象控制因子，主动提供服务。控制因子，主动提供服务。应用气象学院应用气象学院3 3、考虑实际制作气象控制信息的可能性、考虑实际制作气象控制信息的可能性 在选定气象控制因子时，应考虑实际制作在选定气象控制因子时，应考虑实际制作气象控制信息的可能性，即考虑气象控制因子气象控制信息的可能性，即考虑气象控制因子的可测性问题，因为现实的气象控制因子必须的可测性问题，因为现实的气象控制因子必须是通过一定的科学技术方法加工制作出来的。是通过一定的科学技术方法加工制作出来的。应用气象学院应用气象学院三、提取气象控制因子的常用方法三、提取气象控制因子的常用方法1 1、气象影响指数化方法、气象影响指数化方法 在在研研究究气气象象制制约约关关系系的的过过程程中中，人人们们虽虽然然定定性性地地认认识识到到气气象象环环境境对对某某些些用用户户系系统统存存在在着着明明显显的的影影响响，但但是是严严格格的的定定量量影影响响关关系系及及影影响响机机理理却却不不是是很很清清楚楚。这这时时可可在在经经验验的的基基础础上上，采采用用一一定定的的量量化化方方法法将将经经验验表表示示为为某某种种指指数数，称为提取气象控制因子的指数化方法。称为提取气象控制因子的指数化方法。应用气象学院应用气象学院（1 1）气象影响指数的类型）气象影响指数的类型 公众服务气象指数公众服务气象指数 如紫外线指数、洗衣指数、花粉浓度指数、如紫外线指数、洗衣指数、花粉浓度指数、舒适度指数以及中暑、晨练气象指数等生活气舒适度指数以及中暑、晨练气象指数等生活气象指数。象指数。专业气象影响指数专业气象影响指数 如啤酒气象指数、供电气象指数以及运输如啤酒气象指数、供电气象指数以及运输气象指数等专业气象指数。气象指数等专业气象指数。应用气象学院应用气象学院（2）气象影响指数的建立方法）气象影响指数的建立方法 气象影响指数主要是建立在实践经验的基气象影响指数主要是建立在实践经验的基础上，但在实际建立过程中仍应尽量采取各种础上，但在实际建立过程中仍应尽量采取各种客观定量的方法使得实践经验客观化和定量化，客观定量的方法使得实践经验客观化和定量化，包括采用一些可能的实验以及统计学方法。如包括采用一些可能的实验以及统计学方法。如果已有涉及该指数对用户系统的影响理论，应果已有涉及该指数对用户系统的影响理论，应尽可能使指数的表达形式符合该理论，并在实尽可能使指数的表达形式符合该理论，并在实践中不断修正和完善。践中不断修正和完善。应用气象学院应用气象学院 茶叶的品质和气象环境有着密切的关系。根据经茶叶的品质和气象环境有着密切的关系。根据经验，著名的验，著名的“云雾茶云雾茶”产自相对湿度较高而气温偏低，产自相对湿度较高而气温偏低，有一定的日照时数，但云雾天、阴雨天数较多的气候有一定的日照时数，但云雾天、阴雨天数较多的气候区。福建气象科研所概括这方面的经验并用以下形式区。福建气象科研所概括这方面的经验并用以下形式的指数将这方面的经验量化：的指数将这方面的经验量化：ZH=T*S/R 式中式中T为旬平均气温；为旬平均气温；S为日照时数；为日照时数；R为空气相对为空气相对湿度；湿度；ZH称为茶叶质量气象综合指标。称为茶叶质量气象综合指标。气象影响指数建立举例气象影响指数建立举例应用气象学院应用气象学院 根据武夷山茶叶生产的有关资料进行的统计根据武夷山茶叶生产的有关资料进行的统计分析结果表明，其茶叶质量的主要指标酚氨比分析结果表明，其茶叶质量的主要指标酚氨比FAB（茶多酚与氨基酸的比值）与采摘前（茶多酚与氨基酸的比值）与采摘前2旬的旬的ZH在在=0.02显著性水平上有如下的回归关系：显著性水平上有如下的回归关系：FAB=1.310+0.3747*ZH FAB与采摘前与采摘前1旬的旬的ZH在在=0.01显著性水平显著性水平上有如下的回归关系：上有如下的回归关系：FAB=5.061+0.4866*ZH应用气象学院应用气象学院 因此，这种量化的指数可为茶叶生产过程的因此，这种量化的指数可为茶叶生产过程的气象调控提供较可靠的依据。气象调控提供较可靠的依据。它的具体应用包括：它的具体应用包括：作为引种、扩种的定作为引种、扩种的定量气象指标，为茶叶种植优选气象环境提供可量气象指标，为茶叶种植优选气象环境提供可靠依据；靠依据；作为茶园小气候调控的依据，提高作为茶园小气候调控的依据，提高茶叶质量；茶叶质量；作为茶叶适制性评估指标，结合作为茶叶适制性评估指标，结合当地茶叶常年适制绿茶或红茶情况，评估和判当地茶叶常年适制绿茶或红茶情况，评估和判断当年茶叶的适制性。断当年茶叶的适制性。应用气象学院应用气象学院2、气象控制因子模型化方法、气象控制因子模型化方法 模型化方法就是采用适当的推理或归纳等模型化方法就是采用适当的推理或归纳等方法，将已知气象条件对用户系统的制约关系方法，将已知气象条件对用户系统的制约关系转化为关于气象控制因子的量化模型。转化为关于气象控制因子的量化模型。根据不同的影响问题，可采用不同的方法根据不同的影响问题，可采用不同的方法建立不同类型的模型。建立不同类型的模型。应用气象学院应用气象学院（1）物理模型）物理模型 如果已知气象对用户系统影响的物理机理，就可以如果已知气象对用户系统影响的物理机理，就可以进一步建立气象控制因子的物理模型。进一步建立气象控制因子的物理模型。例如，在石油管道运输中油温变化制约关系的基础上，例如，在石油管道运输中油温变化制约关系的基础上，可以建立油温的预测模型。可以建立油温的预测模型。在管道中流动时油温变化的制约方程为：在管道中流动时油温变化的制约方程为：k D(T-T0)dL=-G C dT 经变换得：经变换得：dT/dL=-k D(T-T0)/G C 对上式积分，即可得到油温预测物理模型。对上式积分，即可得到油温预测物理模型。应用气象学院应用气象学院（2）统计学模型）统计学模型 以用统计学方法筛选出来且被认为对以用统计学方法筛选出来且被认为对用户系统有着明显影响的因子为基础，采用户系统有着明显影响的因子为基础，采用适用的统计学模型来具体提取和表征气用适用的统计学模型来具体提取和表征气象控制因子。象控制因子。应用气象学院应用气象学院 在研究气候条件对某些农作物生产的影响在研究气候条件对某些农作物生产的影响时可采用产量分离法，将气候产量从自然产量时可采用产量分离法，将气候产量从自然产量中分离出来：中分离出来：YW=Y-Y1 YW=Y-Y1 式中，式中，Y Y为自然产量，为自然产量，YWYW为气候产量，为气候产量，Y1Y1为趋势产量。选取相关系数比较大的气象因子为趋势产量。选取相关系数比较大的气象因子就可以建立气候产量的统计回归预测模式。这就可以建立气候产量的统计回归预测模式。这里气候产量就是产量的气候控制因子。里气候产量就是产量的气候控制因子。应用气象学院应用气象学院（3）经验分类模型）经验分类模型 分析不同类型气象条件对用户系统的影响分析不同类型气象条件对用户系统的影响差异，如发现不同类型气象条件下用户系统的差异，如发现不同类型气象条件下用户系统的状态变化明显的不同，而同一类型条件下用户状态变化明显的不同，而同一类型条件下用户系统的状态变化却有明显的共性，就可以分别系统的状态变化却有明显的共性，就可以分别建立气象对该用户影响的经验模型，此类模型建立气象对该用户影响的经验模型，此类模型中的气象控制因子就是模型的综合气象指标。中的气象控制因子就是模型的综合气象指标。天气预报方法中广泛应用的天气分型就是天气预报方法中广泛应用的天气分型就是一种经验分类模型。一种经验分类模型。应用气象学院应用气象学院3 3、气象影响参数化方法、气象影响参数化方法 在很多情况下，用户受多种因素的影响，在很多情况下，用户受多种因素的影响，气象相关因子仅仅是用户系统多种影响因子中气象相关因子仅仅是用户系统多种影响因子中的一种。这时在制约用户状态的综合模型中，的一种。这时在制约用户状态的综合模型中，气象相关因子可用一种参数的形式表达。气象相关因子可用一种参数的形式表达。这种出现在综合性制约模型中的气象相关这种出现在综合性制约模型中的气象相关因子称为气象影响参数。因子称为气象影响参数。应用气象学院应用气象学院 这种将气象影响用气象相关参数的形式这种将气象影响用气象相关参数的形式反映到综合制约模型中的方法，称之为气象反映到综合制约模型中的方法，称之为气象影响参数化方法。这种气象影响参数实际上影响参数化方法。这种气象影响参数实际上也就是一种气象控制因子。也就是一种气象控制因子。在比较复杂的综合制约模型中，其气象在比较复杂的综合制约模型中，其气象影响参数一般是以参变量出现的影响因素。影响参数一般是以参变量出现的影响因素。应用气象学院应用气象学院 例如，研究表明白灾成灾与否及其危害程度主要例如，研究表明白灾成灾与否及其危害程度主要受到致灾力与承灾力的影响，据此构建的白灾成灾综受到致灾力与承灾力的影响，据此构建的白灾成灾综合指数为：合指数为：式中，式中，H H是评价期平均积雪深度；是评价期平均积雪深度；k k是入冬后家畜膘是入冬后家畜膘情随时间的变化系数；情随时间的变化系数；是牧草的相是牧草的相 对高度系数；对高度系数；q q是牧场单位面积产草量；是牧场单位面积产草量；f0f0是是 实际补饲量；实际补饲量；D D是最小是最小不致死补饲量。不致死补饲量。应用气象学院应用气象学院 可见，白灾是由综合致灾力和承灾力共同可见，白灾是由综合致灾力和承灾力共同决定的。综合致灾力与积雪深度成正比，而与决定的。综合致灾力与积雪深度成正比，而与单位面积产草量成反比，与膘情成反比。单位面积产草量成反比，与膘情成反比。由白灾成灾综合指数表达式还可以看出，由白灾成灾综合指数表达式还可以看出，白灾的严重程度受制于多种因素，气象相关量白灾的严重程度受制于多种因素，气象相关量分别以三种影响参数出现。其中，积雪持续的分别以三种影响参数出现。其中，积雪持续的旬数、评价期平均积雪深度是显式气象因子；旬数、评价期平均积雪深度是显式气象因子；而牧场单位面积产草量则是隐式气象因子。而牧场单位面积产草量则是隐式气象因子。应用气象学院应用气象学院4 4 各类气象信息服务产品的制作方法各类气象信息服务产品的制作方法气象信息服务产品制作的基础气象信息服务产品制作的基础决策气象服务产品制作方法实例决策气象服务产品制作方法实例公众气象服务技术方法实例公众气象服务技术方法实例专用气象服务产品制作方法实例专用气象服务产品制作方法实例应用气象学院应用气象学院一、气象信息服务产品制作的基础一、气象信息服务产品制作的基础前期科技开发工作前期科技开发工作 -确认气象对用户系统的制约关系确认气象对用户系统的制约关系 -论证气象控制因子的可测性论证气象控制因子的可测性 -研制开发适用的气象信息服务产品制作方法研制开发适用的气象信息服务产品制作方法 -检验该方法制作的产品的有效性检验该方法制作的产品的有效性应用气象学院应用气象学院-论证气象控制因子的可测性论证气象控制因子的可测性实测的气象控制因子的可测性问题实测的气象控制因子的可测性问题 所谓的实测性的气象控制因子是指该类气象控制所谓的实测性的气象控制因子是指该类气象控制因子是直接用一定的探测手段获得的有关气象实况要因子是直接用一定的探测手段获得的有关气象实况要素。素。预测的气象控制因子的可测性问题预测的气象控制因子的可测性问题 预测的气象控制因子的可测性问题，实际就是通常预测的气象控制因子的可测性问题，实际就是通常所说的可预报性问题。所说的可预报性问题。应用气象学院应用气象学院 实测的气象控制因子的可测性问题主要包括实测的气象控制因子的可测性问题主要包括下面几个问题：下面几个问题：用户为了实现有效的气象控制所需的这种气象控用户为了实现有效的气象控制所需的这种气象控制因子，在现有气象探测技术条件下是否可以实制因子，在现有气象探测技术条件下是否可以实测得到，或在实测信息基础上诊断分析得到。测得到，或在实测信息基础上诊断分析得到。即使用户所需求的气象控制因子属于常规气象观即使用户所需求的气象控制因子属于常规气象观测范围内的气象要素，也还有一个精度是否满足测范围内的气象要素，也还有一个精度是否满足用户控制要求的问题。用户控制要求的问题。应用气象学院应用气象学院精度的问题包括：精度的问题包括：探测仪器本身的精度问题探测仪器本身的精度问题内插的精度