河北省变网格数值预报系统设计和试验

设计了一种将原ＭＭ４模式的均匀网格变换成非均匀网格的方案,构造了一套适合河北省特点的变网格预报模式,同时建立了一套可投入业务使用的变网格数值预报系统,最后通过一次暴雨过程的模拟分析,证明变网格数值预报优于均匀网格数值预报     

非均匀网格的过渡湍流理论及其在大气边界层数值模拟中的应用

本文将Stull提出的均匀网格下的过渡湍流理论推广到非均匀网格情形，推广的非均匀网格的过渡湍流理论满足Stull提出的对过渡矩阵系数的要求并具有清晰的物理意义。然后，将非均匀网格的过渡湍流理论应用于一维大气边界层数值模式中，对Wangara资料进行了模拟，并与均匀网格情形进行了对比。计算表明，非均匀网格的过渡湍流模式能很好地模拟Wangara大气边界层平均量与湍流量的变化；本文非均匀网格的过渡湍流理论的推广是可行的，它可能会在大气边界层数值模拟及其他方面（如：中尺度模式）得到应用。     

一个有限区变网格模式的设计

在国家气象中心业务运行的有限区球面均匀网格模式的基础上设计了一个有限区变网格模式。使预报的窗口区设计为均匀细网格0.5°，而窗口区以外则以0.1°经纬度均匀向外递增。采用廖洞贤1995年提出的坐标变换方法，变网格中的模式方程可以在相应的均匀网格上进行计算。利用实际资料对绝热模式进行了变网格与全场均匀细网格0.5°的对比试验。3个个例的试验结果表明:对窗口区变网格模式预报几乎与全场均匀细网格模式预报水平相当。但由于窗口区外网格点数减少而所用计算机时（CPU）节省了一半以上。     

非均匀网格的过渡湍流理论及其大气边界层数值模拟中的应用

本文将Ｓｕｌｌ提出的均匀网格下的过渡湍流理论推广到非均匀网格情形，推广的非均匀网格的过渡湍流理论满足Ｓｔｕｌｌ提出的对过渡矩阵系数的要求并具有清晰的物理意义。然后，将非均匀网络的过滤湍流理论应用于一维大气边界层数值模式中，对Ｗａｎｇａｒａ资料进行了模拟，并与均匀网格情形进行了对比。     

陆面气象要素非均匀分布对模式计算的影响及其参数化初步探讨

为改进陆面过程的参数化，初步探讨了模式中陆面气象要素次网格尺度不均匀性分布对模拟计算结果的影响。应用平均化方法初步探讨陆面过程的参数化，并分析了气象要素次网格尺度不均匀性分布对计算结果的影响特征。结果表明，次网格尺度不均匀性分布对模式的计算结果会产生一定的偏差，可用平均化方法对陆面过程次网格尺度不均匀性分布进行初步参数化。     

自适应网格模式在暴雨数值模拟中的应用

基于变分原理，自适应网格技术能根据数值模式的特点，在模式解梯度大的地区自动加密网格，提高模式的分辨率。将其应用于MM4模式中，采用多重网格法以加速自适应网格的生成。对1996年8月4日至5日发生在华北的特大台风暴雨过程，用自适应网格模式和均匀网格模式进行了数值模拟和动力诊断分析，以研究自适应网格模式在天气预报和模拟应用中的特点。试验表明，采用自适应网格后计算稳定，对所关心的天气系统及其降水的模拟精度均高于均匀网格模式，对形势场、风场的模拟精度也有明显改善。     

准地转正压模式中的多重网格方法及对比

介绍了多网格（简称ＭＧ）方法和完全多网格（简称ＦＭＧ）方法，构造了数值天气预报准地转正压模式的计算方案，并对计算结果进行了分析对比。     

自适应网格与均匀网格在数值模拟中的对比研究

采用自适应网格和均匀网格两种模式，对1996年8月3—4日发生在山西、河北、河南三省交界地区的暴雨个例进行模拟和对比研究。结果表明，自适应网格模式对所关心的天气系统及其降水的模拟精度高于均匀网格，特别是对降水、风场、急流、涡度场的模拟精度改善显著。这说明自适应网格模拟的中尺度系统特征更清晰。     

一个地图投影直角坐标变网格差分模式的设计

设计了一个以均匀网格差分模式为基础的变网格差分模式，如证明：如前者满足一定条件并具有质量和能量守恒性质，以及与连续情况一致的动，位能之间的转换关系，则变网格模式也同样具有，而且，把前者改变为后者增加的运算量很小，也非常方便。     

地表湿度及粗糙度非均匀分布情况下整体输送方法的初步研究

利用一个裸土与Pielke中尺度边界层的耦合模式，对大气环流模式网格尺度的地表湿度和粗糙度的非均匀分布情况下整体输送系数的平均方法进行了初步研究。首先估算了将单点陆面模式应用到大气环流模式的非均匀网格时所产生的误差，并且构造了一种有效阻抗的平均方法，与其他几种方法相比，它可以更有效地消除这种误差。     

应用于双向套网格模式的一种变格距差分解法

本文提出了一种用于双向套网格模式的变格距差分计算方案。该方案在不同格距的网格区采用不同精度的差分格式，它自然地连接粗细网格，避免了一般套网格方案在粗细网格相重合点上进行的重复计算。用解析法和数值试验证明了:它与其它一些变格距差分格式相比，对短波的穿透能力有明显改进，虚假的反射也较小。应用该方案建立了正压原始方程双向套网格模式，并采用空间分解和时间分解计算方法。这不仅使二维问题转化为二个一维问题，而且二维套网格也可简化为一维均匀网格和一维套网格两部分，从而使计算和程序简化。用理想场为初值所做的一系列数值试验表明，该模式中的波可以自由进出粗细网格区，计算稳定。最后，还用该模式做了台风路径预报试验，给出了一些试验结果。     

非纬向基流中爆发性气旋的数值研究

利用以 Ｍ Ｍ ４ 为基础的自适应网格模式,对 １９８１ 年月１２ 月 ２０ 日 ２０ 时—２１ 日 ２０ 时一次太平洋西部气旋强烈爆发的过程进行了数值模拟研究得出：（１）气旋强烈爆发的过程是非常短暂的,是非地转调整的结果;（２）气旋爆发过程中基流由西南风转为准西风;（３）基流的反气旋性弯曲和非热成风空间分布不均匀性与气旋的强烈爆发有明显的联系。关键词：自适应网格,爆发性气旋,非地转调整,高空急流。     

一个全球变网格多层原始方程差分模式的设计

文章设计了一个以均匀网格差分模式为基础的全球变网格多层原始方程差分模式。还证明了如果前者满足了一定条件，从而具有质量与能量守恒性质以及与连续情况一致的动能、位能和表面位能之间的转换关系，则变网格模式也同样具有。而且，把前者改变为后者增加的运算量很小，也非常方便。     

对北京地区一次局地灾害性暴雨的数值模拟分析

利用美国国家大气研究中心（ＮＣＡＲ）和美国宾州大学（ＰＳＵ）联合研制的中尺度非静力模式ＭＭ５（Ｖ．２），有用三重网格双向嵌套技术，对北京延庆地区的一次暴雨过程进行了数值模拟，并探讨利用中尺度非静力模式ＭＭ５对重点城市进行短期天气预报的方法。结果表明：ＭＭ５模式能够预报出实际发生的β中尺度降水，在有利的大尺度环境下，暴雨的局地分布特征受中尺度条件制征。在适当的地形，水汽和能量条件下，由地形扰动而形成     

一个有限区嵌套细网格模式的设计及预报结果检验

在钱永甫等研制的ｐ－σ混合坐标系原始方程模式的基础上，建立、发展了一有限区域的单向影响嵌套细网格数值预报模式，并选取台风Ｗａｙｎｅ对应的天气形势演变过程为例，通过与ＭＭ４模式对同一例预报结果的比较分析以及统计学检验，对该模式的预报能力进行了验证。结果表明，该模式能够较好地预报实际天气形势的演变过程，各层大气高度场的预报结果与实况的相关系数都超过０．７４。和ＭＭ４对温压场的预测结果相对比，二者间只有     

中尺度的自适应模式在降雪数值模拟中的应用

在中尺度模式的基础上引进了自适应网格设计的方法，它可以任意加密局地网格，从而达到以较小的计算量获得较高的计算精度的目的。自适应网格技术基于变分原理，能根据数值模式的特点，在物理量梯度大的地方，自动加密网格，提高模式的分辨率。文章将自适应网格技术应用于MM4中，用来模拟2002年3月2～4日华北地区的一场中一大雪过程。结果表踢，采用自适应网格技术后，结果稳定，对所关心的天气系统及其降水的模拟精度与采用均匀网格相比得到踢显改善，温度场和风场预报也有不同程度的提高。     

CTFM数值模式的引进及对山西暴雨预报能力的检验

为提高山西暴雨预报能力，在引进颜宏等人设计的复杂地形条件下嵌套细网格模式的基础上，对其进行了某些调整，即：中心点位置的改动：取水汽办事办事量Ｍ为Ｍ．＝Ｍｔｌ＋Ｍｔｍ＝１．７５Ｍｔｌ；湿润因子也按Ａｎｔｈｅｓ积云对流参数化方案取值，并将郭晓岚和Ａｎｔｈｅｓ两方案结合起来使用，企图建立适用于山西暴雨预报的数值预报系统，使用该系统，对１９９３年山西暴雨个例进行了数值模拟，发现该系统对雨量及天气过程的模拟     

非均匀网格下的高阶精度中央差分格式:理论推导和理想试验

传统的高阶精度有限差分格式通常是在均匀网格的基础上推导得到的,在非均匀网格的情况下它会出现精度退化的问题。基于泰勒展开方法构造了一种适用于非均匀网格的2阶、4阶和6阶精度中央有限差分方案,利用Burgers方程和一维平流方程对新方案的性能进行测试,着重分析新方案对其误差大小及分布形态的改进效果。数值模拟结果表明:在非均匀网格下,提高差分方案的精度可明显减小数值解误差(降低了70%~88%),特别是当差分精度从2阶提高到4阶的时候。同时,高阶精度方案在梯度变化较大或者网格距较粗区域的模拟结果更有优势,4阶和6阶精度方案在以上区域的误差远小于2阶精度方案。方案可用于提高数值天气预报模式中非均匀分层模式的垂直差分计算精度。      

包含正定水汽输送算法改进的MM4中尺度模式与暴雨实例数值试验

暴雨预报是一个既重要又十分困难的问题。水汽条件是产生暴雨的关键，水汽的平流输送在模式的水汽方程中占有重要地位，模式对暴雨的预报能力必然涉及到水汽输送的计算精度问题；本文以著名的中尺度模式ＭＭ４为基础，理论测试和分析为依据，以引入新的正定高精度水汽输送算法作为消除模式水汽负值和改进中尺度模式预报能力的途径，研制了取名为改进的ＭＭ４中尺度模式，该模式除仍保留原ＭＭ４模式的所有功能外，增加了５种水汽输送算法的改进与选择，这５种算法是：１）Ｂ网格二阶守恒中心差（原ＭＭ４平流格式），２）上游差分，３）Ｂｏｔ（２阶），４）Ｂｏｔ（４阶），５）Ｐｒａｔｈｅｒ格式。多个暴雨、台风个例试验表明模式预报能力对水汽输送算法精度有显著的依赖性，采用高精度的水汽输送算法水汽保证正值并提高了模式对暴雨区、降水结构、雨团活动的预报能力。改进水汽输送算法的精度是提高中尺度模式对暴雨预报能力的重要途径。     

非均匀网格的客观分析——一种用于非均匀网格模式和套网格模式的客观分析方案

本文所做的一种非均匀网格的客观分析,主要是针对多层次套网格数值预报模式以及非均匀同格数值预报模式而设计的。它可用于非均匀的经纬网格系统;;也能满足广大气象台站的业务工作和科学研究的需要。本方案方法简单、实用性强,便于台站人员掌握。用实际资料试验结果,令人满意。