分块地形坐标大气环流模式框架的计算稳定性及数值试验

用数值试验方法讨论了分块地形η坐标大气环流模式动力框架的计算稳定性; 采用实际初始场, 该框架能够长期稳定地积分.在积分前100d内总有效能量变化很小, 总质量守恒、各物理量场的数值和波形都得到很好保持, 这表明该框架稳定性好.在分析了该框架的积分结果后可知其合乎物理事实, 与IAP 2.0的动力框架相比, 能更好地反映出大地形的环流形势, 这说明有大地形时采用分块地形η坐标要较σ坐标好.另外, 还对青藏高原等大地形的纯机械强迫作了数值试验, 得到了地形强迫平均槽脊的分布特征, 给出了地形纯机械强迫造成的准定常行星波的图像. 这些工作表明采用分块地形η坐标处理大地形是合理可行的.     

论当前大气动力模式中存在的若干问题

文章提出了当前大气动力模式中存在的若干问题，如垂直离散问题、提高分辨率的问题、极地流场的预报问题、间断问题、非线性混淆问题和高纬地区纬向差商的计算问题等。在分析讨论这些问题时，也提出了可能解决的方法和途径，比如:垂直离散静力方程，在等距情况下，用lnσ坐标比用σ坐标会使计算误差显著减小；非线性混淆在用球谐函数作基函数时是存在的，但如参加乘积运算的函数足够光滑，非线性混淆作用可以忽略。     

一个修改的σ坐标初始方程斜压模式

本文提出一个修改的σ坐标初始方程数值模式,在模式大气的下层具有σ坐标特性,而上层保持P坐标性质。用它来发展过去所设计的一个包括地形和非绝热作用的初始方程三层模式。模式提高了空间分解性能,改变了静力关系的差分方案,并与一般的σ坐标作了比较。在物理因子中除辐射、感热、蒸发和大尺度凝结外,本文进一步包括了积云对流的作用。最后给出了预报个例的结果。     

一个全球七层大气环流谱模式及其30天长期数值天气预报试验

本模式是原北半球七层原始方程谱模式的发展，它包含了较完整的物理过程。模式的方程组求解方案能有效地克服在散度方程中以及在σ坐标系中在大地形附近计算气压梯度力项时所存在的大量之间小差的问题，模式的非线性项的谱计算方法有其优越性。本文给出了利用本模式以及用实际观测资料的客观分析场为初始场作30天长期数值天气预报试验结果。从多个个例的结果可以看出，模式的预报效果令人满意，在整个30天内，模式的预报误差都比对应的持续性误差小，而且在低纬地区也具有上述特点。这表明，本文提出的全球七层大气环流谱模式具有30天长期数值预报能力。     

p－σ混合坐标原始方程模式的改进和试验

在五层ｐ－σ混合坐标原始方程模式的基础上，改进成了一个九层ｐ－σ混合坐标原始方程模式。模式为１７×３９个格点，分辨率为５°×５°，其物理过程与五层模式相同。该模式性能稳定，用该模式对１９９４年冬的一次寒潮过程进行了模拟，温压场的主要特征符合实况。由于该模式的垂直分辨率高于五层模式，所以模拟结果优于后者，试验表明模式可应用于业务预报。     

全球谱模式不同垂直分层对纬向基本气流和行星尺度波动物理量的影响

本文用σ坐标原始方程全球谱模式，对１９７９年１月２３日个例，采用３种不同的垂直分层方案，实行了５天积分，输出了若干模式诊断物理量。发现提高了模式顶高度和增加垂直分辨率的１５层模式，对北半球冬季行星尺度波动的水平感热通量、波数１的振幅强度以及对流层西风急流强度的预报均有明显地改进，与实况符合很好。     

一个有限区域中尺度模式的设计及预报试验

以一个６层原始方程模式的基本动力学框架为基础，设计了一个对物理过程考虑得较全面的中尺度原始方程模式。该模式采用（ｘ，ｙ，σ）坐标系；大气上界取为１０ｈＰａ，提供多种水平边界条件；水平和垂直分辨率均可调；降水方案包括大尺度降水和深厚积云对流降水；地面温度的计算采用地面热量收支方程；考虑了地气和海气交换作用；垂直交换系数的计算采用Ｌｉｏｕｉｓ格式；水平扩散采用二阶形式和四阶形式相结合的方案，扩散系数是网格点位置和风场的函数；积分方案采用经济的中央差格式。在水平格距取８０ｋｍ，垂直方向不等距地分为１６层的分辨率条件下，利用该模式进行逐个个例预报试验。结果表明，模式计算稳定，能较好地报出主要的天气形势，预报的降水也较接近实际。文中给出了一些检验指标的统计结果。还在预报能力及模式特性方面与原６层模式进行了对比。     

初始方程数值模式的一个计算格式及其预报的个例实验

本文对σ坐标的初始方程数值预报模式提出了一个比较简洁、稳定而灵活的计算格式,便于引进地形和加热等物理作用。 文中给出了这一格式的特点,并概述了半球模式的侧边条件的影响情况。从预报个例实验结果看,格式基本上是稳定的,而短期预报的效果也较好。     

高分辨率η坐标模式对四川降水个例对比数值试验

在原η坐标模式基础上,利用９９５年８月２３日和１９９８年４月２８日四川西部两次强降水过程为例,通过改变水平分辨率和具有不同分辨率的地形资料,以及固定边界、意向影响嵌套边界,进行了一些数值试验。结果表明：（１）较低水平分辨率的η模式,采用较高分辨率的地形资料不一定能改善预报结果;（２）较高水平分辨率,并引入较高分辨率的地形资料,以及意向嵌套侧边界的η模式,对预报结果有较明显的改进。     

北半球七层原始方程谱模式（三）及其五天中期数值预报试验

北半球七层原始方程谱模式ff考虑了较完整的物理过程:（1）地形作用（采用了σ坐标系）和地面摩擦；（2）动量、热量，水汽的水平扩散过程和垂直扩散过程（其中包括了下垫面感热和水汽作用）；（3）水汽凝结潜热作用；（4）云和辐射作用；（5）积云对流过程等。上述模式采用了非线性平衡方程初值化方法。并利用逐日客观分析资料，制作5天中期数值预报试验。本文给出了1982年冬季和夏季的20个例子的五天数值预报验证结果和一个例子的中期数值预报图和对应的实况图。预报效果比较好。在数值预报试验中，虽然纬向波数只取15个波，但所取得的短期、中期的预报效果能和一些较高分辨率模式的预报效果相比较。     

全球谱模式不同垂直分层对数值预报影响的敏感性试验

本文用σ-坐标原始方程全球谱模式,对1979年1月23日和6月14日两个个例,采用3种不同的垂直分层方案,进行了敏感性试验.通过对高度场均方根误差的分析,发现15层模式对北半球冬季预报效果的改进最明显.当其降低模式最高层高度和减少垂直分辨率时,预报误差首先从模式上层出现,然后影响到对流层中、下层.并指出南、北半球,冬、夏季不同层次上的预报对模式垂直分层的敏感性存在有差异,对南、北半球,冬、夏季的预报可采用不同的垂直分层模式. 南、北半球,冬、夏季预报敏感性差异的产生同行星尺度波动的水平感热通量的垂直分布、行星尺度波动能量的垂直输送特征有关.     

一种新坐标下的有限区域模式介绍——η坐标摸式

本文主要介绍了一种新的垂直坐标——η坐标,此坐标能很好地处理强地形的作用,η坐标下的有限区域数值模式的结构和数学处理方法。以及边界和地形的处理方法。为我们以后更好地考虑地形作用提供一种较好的方法。     

强地形有限区域中尺度数值模式在1995年汛期中的试用

陕西省的天气系统受地形的影响很大，因此选用了能准确处理陡峭地形的阶梯山脉坐标（η坐标）系建立强地形有限区域中尺度模式，克服了σ坐标系的缺陷，较准确地预告了陕西省的天气系统演变，对降水范围、落区和量级方面做出了难确的预报，揭示了陕西省暴雨的形成机制和演变规律。     

地形作用对月际长期数值预报效果的影响

利用改进的Ｔ４２Ｌ１０月长期数值预报谱模式，以１９９２年８月３１日国家气象中心日常客观分析资料为初始场，在模式中分别就考虑和不考虑地形两种情形对当所９月北半球环流形势进行了模拟预报，并对比分析研究了地形作用对月际长期数值预报效果的影响。改进的Ｔ４２Ｌ１０谱模式考虑了较完整的物理过程，同时具有以下特点：（１）非线性平衡方程初值化和σ面上模式初值精度的提高；（２）改进了模诊断云和模式水汽场方法；（３）     

一个全球大气格点模式和超长波预报问题

本文是作者在“一个修改的σ坐标初始方程”北半球模式的基础上发展全球大气模式的第一个报告.文中给出了这个全球格点模式方程组的基本计算方案;并对一个全球大气形势预报的实例进行了分析,与半球模式预报的结果作了比较,讨论了有关超长波的预报问题.     

一个全球原始方程谱模式及其数值诊断检验

本文描述了一个全球原始方程谱模式及其方程组。模式在垂直方向取σ坐标,水平方向用球面勒尚得函数表示,并用三角形截差法取21个波,模式中包含有各种非绝热物理过程的参数化方案。时间积分采用半隐式方案,并考虑了地形的影响。模式的数值试验结果表明,该模式有能力模拟出人气环流中的许多基本特征。例如,纬向平均风场、温度场、径向环流、南北方向上物理量的交换和输送等等。模式在北京气象中心M-170机上积分一天,时间步长取45min,需要20min CPU时间,内存62k字节。因此该模式可以在国内大部份中型机上运行。     

分块地形坐标大气环流模式的动力框架及其整体性质

介绍了分块地形坐标大气环流模式的动力框架及该框架微、差分方程组的整体性质.目前该框架水平分辨率为4°× 5°,垂直分辨率有9层和21层两个版本.给出了该框架的控制方程组及其差分形式、边界条件、时间积分方案等.该框架的微、差分控制方程组均满足总质量守恒、平流项二次守恒、科里奥利力不作功和总有效能量守恒;且未引入虚假的源和汇,保持了该框架计算过程中的物理真实性.该模式框架在主流微机上能长时间稳定积分,并可作有关地形的数值试验.     

多尺度大气数值预报的技术进展

随着计算机和计算理论的发展,数值模式正在向全球化、精细化发展,以适应多尺度、多目的应用的要求,从而模糊了大气环流模式和中尺度数值模式的界限,其主要手段就是改进模式动力框架、离散化手段、计算方法、物理过程的普适性。在实际应用中如何提高模式的多尺度计算性能则是问题关键。该文从模式球面坐标系、网格构造、离散化方法的动力特性、垂直坐标和地形处理以及对物理过程的要求出发,探讨分析多尺度大气数值模式的特点:全球/区域可选、非静力近似、具有良好的频散关系和详细的物理过程,垂直高度坐标和"剪切"地形对多尺度通用模式的改良十分重要。除上述特点外,模式所采用的计算方法也应该最大限度地描述大气动力过程特性,采用高性能计算方案有利于多尺度预报。结合当前多尺度预报的国际研究热点和开发前沿,探讨我国新一代多尺度数值预报系统GRAPES的进一步发展及改进方向。     

模式的水平分辨率和垂直坐标对GCM气候模拟的影响

文章着重介绍了近年来国外有关ＧＣＭ水平分辨率和垂直坐标影响谱模式模拟降水的某些结果。具体说明了使用不同水平分辨率的ＥＣＭＷＦＧＣＭ（Ｔ２１、Ｔ４２、Ｔ６３和Ｔ１０６）对中国季风降水的模拟情况；也对ＧＣＭ垂直方向分别使用混合σ－ｐ坐标和混合σ－θ坐标的降水模拟结果做了分析对比。     

全球海-陆-气耦合模式大气模式分量的发展及其气候模拟性能Ⅱ--垂直分辨率的提高及其影响

在第1部分水平分辨率提高的基础上,提高了中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室的全球海-陆-气耦合气候系统模式(GOALS／LASG)大气模式分量的垂直分辨率。为减少地形对平流层的影响,并和其它气候模式一致,建立了基于能量守恒和角动量守恒的垂直混合坐标方案,及混合坐标下的半隐式时间积分方案,并对相关的物理过程作必要的调整。尽管主要物理过程不变,但从初步结果来看,对大气垂直结构的模拟更合理;平流层风场和温度场的模拟与观测更接近;降水、海平面气压场的分布及季节变化等特征也有明显改进。