氣象噪聲

在求解數值預報原始方程組時遇到的一些對預報結果有干擾性的小尺度振盪。這些小尺度振盪能混淆大氣環流的天氣尺度特徵。

中文名稱	氣象噪聲
英文名稱	meteorological noise
定　　義	在求解數值預報原始方程組時遇到的一些不希望有的小尺度振盪。這些小尺度振盪能混淆所希望得到的大氣環流的天氣尺度特徵。
套用學科	大氣科學（一級學科），動力氣象學（二級學科）

基本介紹

• 中文名：氣象噪聲
• 外文名：meteorologicalnoise
• 相關術語：大氣波動  濾波
• 學科分支：動力氣象學

描述

波動是大氣運動的一種重要形式。各種不同的因子可引起不同性質的波動，從而大氣中可能出現的波動是多種多樣的。有時大氣波動以某種單獨的形式出現而有時又以混合形式出現。不同種類的波動不僅形成和傳播的物理機制不同，而且波的性質及其對天氣的影響也有很大的差異。

通常，快波（即移動速度比基本氣流速度大得多，如聲波和重力波）振幅比較小，生命史也短，對天氣的影響相對較小；而慢波（其相速同基本氣流相當）振幅相當大，生命史較長，對天氣變化有重要影響。另一方面，對於不用尺度的運動系統，起主導作用的波動也不相同，大尺度運動主要受羅斯貝波的支配，中尺度運動中卻以重力慣性內波最為重要，而小尺度運動主要是重力內波的作用。

一般，我們把對某種尺度運動（或某種尺度的天氣變化）意義不大的快波稱為該種尺度運動的（氣象）“噪音”。例如，對應大尺度運動來講，聲波、重力波、重力慣性波都可認為是“噪音”。

在地球大氣中，包含著多種不同時空尺度的運動，從而形成不同的天氣與氣候現象。不同時空尺度的運動，其動力特徵也不一樣。

大氣運動具有多尺度性，空間尺度有：行星尺度（熱帶輻合帶、副熱帶高壓等）、天氣尺度（鋒面、氣旋、反氣旋等）、中尺度（颮線、背風波等）、對流和小尺度（雷暴、龍捲等），時間尺度有：小時、天、周等。

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氣候噪聲

指對氣候狀態（氣候要素平均值）未能造成影響的短期天氣過程和其他擾動。

氣候噪聲是氣候系統內部動力學引起的變化，是一種自然變化。之所以以稱為氣候噪聲, 是由於目前的短期氣候預測的診斷模型、預報模型的因子體系中不包含中小尺度信息。在中短期數值模式中，通常通過尺度分析濾去重力波、聲波等干擾計算不穩定的因素。

在氣候預測的診斷分析與預報工作中, 同樣存在這樣的問題：其所研究的預報對象中, 尤其對降雨量的分析和預報，包含了大量的由於中小尺度降雨量等信息造成的干擾，使其對客觀事物的認識和預測結果, 在一定程度上存在著偏差。降水的氣候噪聲主要由日降水變率造成的，而突發性的局地強降水是造成日際降水方差和雨日降水方差迅速增大的主要原因。月平均溫度氣候噪聲大，會使氣候潛在可預報性減小。一般而言，中國月平均溫度的氣候噪聲具有隨緯度和高度增加而增加，並隨季節變化而變化的特點。來自西伯利亞和蒙古的大陸乾冷氣團對氣候噪聲有很大的影響。除了熱帶海洋在春秋過渡季節外，海洋對氣候噪聲通常起著調節和減弱作用。

濾波

保留有氣象意義的波動而把噪音消除的處理方法，一般稱為濾波。依據波動形成的物理機制，而引入一定假定以消除氣象噪音，也就是所謂的物理濾波。

（1）如果假定大氣是不可壓縮的，將消除全部聲波；若取準靜力平衡假定，將消除垂直傳播的聲波。

（2）如果假定大氣層結為中性，將不存在重力內波；如果大氣上、下邊界為剛性壁所限制，將不會出現重力外波。

（3）如果不計科氏力的作用，也就沒有慣性波；如果不計重力作用，也就沒有重力波；如果不考慮科氏參數隨緯度的變化，即β=0，則羅斯貝波不會出現。

一個好的濾波方法，不但要求它能濾去次要的波動，而且還要求它儘量使主要波動不被歪曲，為此必須對所選擇的濾波方法作物理與數學相結合的分析。目前，已有去除噪聲的算法有：均值濾波、高斯濾波、維納濾波、中值濾波等。不同的濾波算法濾除噪聲的原理不同，濾波效果也存在差別。高斯白噪聲可採用高斯濾波器進行平滑處理，泊松噪聲可採用均值濾波器或維納濾波器來處理，對於椒鹽噪聲，典型的做法是採用非線性濾波技術進行處理。