老師出了一個作業
我們都找不到適合的答案
請大家幫忙解答一下
1.數值天氣預報為何永遠無法達到完美無誤?
2.水由高處往低處流,
但是為何很難看到天氣圖上氣流由高壓系統往低壓中心運動。
謝謝大家
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發信人: mph.bbs@bbs.wretch.cc (夢白), 看板: TY_Research
標 題: Re: [問題]作業討論
發信站: 無名小站 (Fri Nov 12 00:37:34 2004)
轉信站: ptt!Group.NCTU!grouppost
※ 引述《SilverSmith.bbs@bbs.badcow.com.tw (瀟灑爽朗妳的心情)》之銘言：
> 老師出了一個作業
> 我們都找不到適合的答案
> 請大家幫忙解答一下
> 1.數值天氣預報為何永遠無法達到完美無誤?
能先跟我們分享一下你找到的資料嗎？
什麼是數值天氣預報壓？
不論網頁，或是你們討論的心得都行... :)
> 2.水由高處往低處流,
> 但是為何很難看到天氣圖上氣流由高壓系統往低壓中心運動。
> 謝謝大家
水流動主要是重力主導。
天氣圖上的氣流，主要除了高低壓之間所造成氣壓梯度力作用之外，
還有大尺度下，因地球自轉而造成的科氏力的影響。
氣流就是靠這兩個力平衡，而作用的。
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發信人: SELESTIN.bbs@bbs.atm.ncu.edu.tw (God damn!!!), 看板: TY_Research
標 題: Re: [問題]作業討論
發信站: Atm BBS (Fri Nov 12 01:34:27 2004)
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※ 引述《SilverSmith.bbs@bbs.badcow.com.tw (瀟灑爽朗妳的心情)》之銘言：
: 老師出了一個作業
: 我們都找不到適合的答案
: 請大家幫忙解答一下
: 1.數值天氣預報為何永遠無法達到完美無誤?
用數值方法誤差主要有幾項
original data error
round-off error
方程式本身的問題等
原始資料就已經不完整了
用模式在跑的都是若干大小的網格點
而真實世界的大氣是連續的流體
round-off error則是電腦本身的誤差
因為精確度有極限
超過精確度的都會被捨去
在重複積分下誤差逐漸累積
而預報所用的方程式並非原始方程
都是經過化簡 線性化 參數化等
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發信人: Waitingchen.bbs@bbs.wretch.cc (Nothing Impossible), 看板: TY_Research
標 題: Re: [問題]作業討論
發信站: 無名小站 (Fri Nov 12 03:31:34 2004)
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※ 引述《SELESTIN.bbs@bbs.atm.ncu.edu.tw (God damn!!!)》之銘言：
> ※ 引述《SilverSmith.bbs@bbs.badcow.com.tw (瀟灑爽朗妳的心情)》之銘言：
> : 老師出了一個作業
> : 我們都找不到適合的答案
> : 請大家幫忙解答一下
> : 1.數值天氣預報為何永遠無法達到完美無誤?
> 用數值方法誤差主要有幾項
> original data error
> round-off error
> 方程式本身的問題等
> 原始資料就已經不完整了
> 用模式在跑的都是若干大小的網格點
> 而真實世界的大氣是連續的流體
> round-off error則是電腦本身的誤差
> 因為精確度有極限
> 超過精確度的都會被捨去
> 在重複積分下誤差逐漸累積
> 而預報所用的方程式並非原始方程
> 都是經過化簡 線性化 參數化等
還有一項 -- 大氣本身是個混沌(chaos)系統
這樣的系統對初始條件相當敏感
假如我先用初始條件A預報兩個星期內的天氣
然後把A改變一點點 (say, A*0.999)讓模式做同樣的計算
然後比較兩個預報的結果
會發現兩個計算在剛開始幾天的預報都很接近 但是會越來越分道揚鑣
最後可能根本是天差地遠的結果
實際在預報的時候預到的挑戰就是這樣
因為沒有"完美"的初始資料來啟動預報
你把大氣想成是一個真實的"模式" 它是用初始條件A下去做計算的結果
假如我們今天知道所有控制天氣的過程跟方程式
也就是一個跟大氣一模一樣的預報模式
但是我們用觀測得到的初始條件可能只能準確到 A*0.999
所以積分到一定時間後 預報模式就一定會跟真實大氣的狀況不同
這個是大氣本身的混沌特性造成的結果
所以我們再怎麼改進模式也不可能有"完美"的預報
通常初始資料越準確 (觀測點越多 測量誤差越小...etc)
預報能力就會提高
目前的模式大概在冬季大概兩星期還勉強可以 春秋季一星期就不行了
這個其實還跟每個季節天氣系統的時空尺度有關
也就是綜合了你說的原因與混沌這個原因造成的....
拉拉雜雜的說 希望對你有幫助
可以去找chaos跟numerical weather prediction (NWP)的書來看看
會講得比較清楚
在積分一段時間之後
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發信人: Waitingchen.bbs@bbs.wretch.cc (Nothing Impossible), 看板: TY_Research
標 題: Re: [問題]作業討論
發信站: 無名小站 (Fri Nov 12 03:44:31 2004)
轉信站: ptt!Group.NCTU!grouppost
順手用google查了一下網路上關於這方面的資料
http://www.scn.org/~bm733/inFAQ.htm
這個網頁很深入淺出地介紹數值預報的歷史與概念 還有各種問題等
引其中一段話來加強說明我之前提到的"混沌"問題 --
"...the atmosphere is in fact chaotic, not in the usual sense of
"random, disordered, and unpredictable," but rather, with the
technical meaning of a deterministic chaotic system, that is,
a system that is ordered and predictable, but in such a complex
way that its patterns of order are revealed only with new
mathematical tools"
http://www.usatoday.com/weather/wforcst0.htm
整理了很多數值預報相關的其他網頁連結
可以找想深入了解的子題多看看
---
google真的很好用的呀~^^
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發信人: SilverSmith.bbs@bbs.badcow.com.tw (瀟灑爽朗妳的心情), 看板: TY_Research
標 題: Re: [問題]作業討論
發信站: 不良牛牧場 (Fri Nov 12 04:47:46 2004)
轉信站: ptt!Group.NCTU!grouppost
※ 引述《SilverSmith (瀟灑爽朗妳的心情)》之銘言：
: 老師出了一個作業
: 我們都找不到適合的答案
: 請大家幫忙解答一下
: 1.數值天氣預報為何永遠無法達到完美無誤?
嗯 感謝大家給的答案
而且寫的很易懂，不會太艱深難懂
以下是我的朋友從以前的考古題得到的答案
列出來給大家看一下
氣象預報為何無法臻於完美無誤 (嚴重度A、B、C)
1. 描述大氣運動為非線性聯立偏微分方程組，目前無法得到解析解，
就須採用數值方法求解，因此就會產生所謂的數值誤差。(B)
2. 此方程組之解為初始及邊界條件所決定，但目前大氣觀測不僅有誤差，
且時空解析度也遠不足，因此不可能有完美之初始及邊界條件。(A)
3. 些微的初始條件或邊界條件之誤差，對此方程求解會造成相當大的差異，
預報時間愈久，解分歧越大，也就是說系統對誤差之敏感度越大。(C)
4. 就算有無誤差之初始及邊界條件，亦不可能有完美的無限之電腦計算能力，
因此解一定是以有限之離散點來近似，也就是說無法完全逼近真實解。(B)
5. 目前對無法以有限點代表之作用只能依經驗或近似理論來估計，
也就是說無法完全接近大氣真實狀況。(A)
6. 目前對影響大氣運動之物理過程仍無法完全了解，
因此也就沒有所謂完美之方程式來描述大氣真實狀況。(A)
: 2.水由高處往低處流,
: 但是為何很難看到天氣圖上氣流由高壓系統往低壓中心運動。
: 謝謝大家
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作者: civelant (逆著天空的音符) 看板: TY_Research
標題: Re: [問題]作業討論
時間: Fri Nov 12 18:55:28 2004
之前天氣學的講義
寫出來參考一下@@
我們所關心的問題是將來能否達到絕對正確的天氣預報。
答案可由以下四點求得。
1. 控制大氣變化之物理定律 ， 其數學方程式為非線性微分方程 ， 不具解析解(
analytic solution)。
2. 在電算機處理這些微分方程時 ， 使用之數值方法所產生之截斷誤差(truncation
error)隨時間增大。
3. 測站資料在時間與空間的分布均不夠稠密 ， 不能完整地描述大氣狀態 ， 且觀測
到的初始資料不能完全正確 ， 其誤差將隨時間積分擴大 。
4. 我們無法處理個別亂流或雷雨等小幅度運動系統 ， 故必須以參數化法將亂流等統計
特性以大幅運動之函數表示 。 但是 ， 我們並不知如何求得此函數 ， 亦不能證明此
必要函數是否存在。
基於上述理由 ， 我們將永遠無法達到完全正確的逐日天氣預報。
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作者: civelant (逆著天空的音符) 看板: TY_Research
標題: Re: [問題]作業討論
時間: Fri Nov 12 18:59:07 2004
※ 引述《mph.bbs@bbs.wretch.cc (夢白)》之銘言：
: ※ 引述《SilverSmith.bbs@bbs.badcow.com.tw (瀟灑爽朗妳的心情)》之銘言：
: > 老師出了一個作業
: > 我們都找不到適合的答案
: > 請大家幫忙解答一下
: > 1.數值天氣預報為何永遠無法達到完美無誤?
: 能先跟我們分享一下你找到的資料嗎？
: 什麼是數值天氣預報壓？
: 不論網頁，或是你們討論的心得都行... :)
: > 2.水由高處往低處流,
: > 但是為何很難看到天氣圖上氣流由高壓系統往低壓中心運動。
: > 謝謝大家
: 水流動主要是重力主導。
: 天氣圖上的氣流，主要除了高低壓之間所造成氣壓梯度力作用之外，
: 還有大尺度下，因地球自轉而造成的科氏力的影響。
: 氣流就是靠這兩個力平衡，而作用的。
而且我覺得水 應該是對應 空氣吧@@
也就是說 水從高處往低處流 對應 空氣從氣壓高處往氣壓低處運動
當然受科氏力 摩擦力等影響... 不是直線
把水對應成高壓中心總覺得怪怪的