数值预报讲座 第二讲 北半球五层原始方程模式

1982年2月,北京气象中心开始向全国发布一组新的数值预报图,其中北半球的形势预报采用了修正σ坐标的原始方程五层模式。该模式是对北京气象中心原先使用的三层原始方程模式(简称Λ模式)的一个改进。其特点是在垂直分解上从三层扩充为五层;在水平分解上从540公里改为381公里;在静力关系差分上进一步包括了“时间微分”方案;在时间积分上将原来的欧拉后差     

十年来国外数值天气预报的进展

六十年代后期美国国家气象中心建立了北半球6层原始方程模式预报业务。到七十年代用原始方程模式制作预报的日益增多,到现在已很普遍了。最初,经过几年的实践,人们发现,虽然原始方程模式的预报效果,一般比过滤模式有所提高,但仍有不少问题。1974年加拿大学者罗伯特,对用5层原始方程模式作的北美地区的预报,进行了分析。他发现不同因素引起的预报误差很不一样。如果以预报误差为100,则由于水平截断误差等所引起的误差如表1所示:     

一个包括地形和非绝热作用的原始方程数值模式

为了模拟大尺度动力过程并改进数值预报,开展了一个原始方程的半球数值模式的研究。 模式的主要特点是:将热力学方程进行改写,整个差分格式保持总能量守恒,但气压梯度项和静力关系的差分格式可以不受任何限制。模式包括地形、摩擦、水平扩散、降水、蒸发和各种非绝热等物理作用。幅射作用直接由导出的微分表达式计算;地面温度由地面热量平衡方程解出而不需要迭代计算。 最后给出这一模式的一次48小时预报个例的试验结果。     

日本气象厅1977年的数值天气预报概况

日本气象厅业务上用的数值天气预报模式主要有两种。一是六层细网格有限区(亚洲)原始方程摸式(6L—FLM)。1973年10月1日投入业务,每天用00及12时(GMT—以下同)的资料作24小时预报。一是四层北半球原始方程模式,1975年1月27日投入业务,每天用00时的资料作24小时预报,用12时的资料作48小时预报。1976年12月1日起每周作两次72及96小时预报(每星期日、星期三)     

B模式大雨MOS预报方程

我站从1981年5月开始接收北京气象中心发送的北半球五层原始方程模式(简称B模式)形势预报图(500毫巴48小时预报和700毫巴36小时预报),经过1981年夏天的使用,我们感到在形势预报上效果较好。 我们利用1981年8月份我站大雨较多的机会。根据B模式数值预报图提供的信息,建立了大雨MOS预报方程,拟合了8月份出现的4次大雨,效果令人满意。 一、模式输出因子的挑选 1.副高信息的提取 预报实践证明,造成我县夏季较大降水的主要因素是天气系统的演变。在一般情况下,高原和西北地区的低槽24—48小时内     

一个适用于五层北半球原始方程模式的初值化方案试验

本文给出了一个适用于五层北半球原始方程模式(简称B模式)的初值化方案。首先求出北半球混合坐标系中的线性化原始方程组的垂直模,然后将客观分析风场、位势场关于这些模展开,并对由此得到的线性浅水波方程进行具有阻尼高频快波、短波能力的变分迭代。数值试验的结果表明,本初值化方案改善了初值处理中常见的动能损失现象。个例分析还表明,24小时各层的形势场预报比B模式有所改进,基本上克服了B模式对闭合高低压、槽脊强度预报偏弱的缺陷,24小时降水量预报加大了,更接近实况。     

考虑大尺度凝结加热的数值模拟试验

本文在五层原始方程模式[1]绝热方案的基础上，加入了大尺度凝结加热率，并以一次黄河气旋天气过程为例，进行了48小时预报。将绝热方案的预报结果与考虑大尺度凝结加热的预报结果作了对比，表明:大尺度凝结加热对气旋的发展有促进作用，它使预报更接近实况。本文在加热项的处理上，吸取了天气工作者的经验，将计算凝结项的条件作了修正，进行了一些尝试，最后取得了较为合理的结果。     

近年来我国数值预报产品应用的发展——数值预报产品应用技术经验交流会简介

随着北京气象中心北半球5层原始方程业务(B)模式的建立和预报水平的不断提高,数值预报产品的数量日益增多,应用更加深入广泛。1983年西安“数值天气预报产品应用情报交流座谈会”以后,通过两年的努力,使得我国在数值预报产品的应用方面,积累了更多的经验,取得了新的可喜进展。1985年10月5—11日,北京气象中心数值预报室在北京召开了“数值预报产品应用技术     

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.     

一次台风倒槽内诱生低压及其暴雨预报的数值试验

利用细网格五层原始方程模式,考虑了大尺度凝结、积云对流、辐射和感热输送等物理过程,对一次台风倒槽内诱生低压及其暴雨进行了数值预报试验,其结果与实际情况比较一致。      

B模式形势预报的初步检验

1981年12月15日以来,北京气象中心开始向全国发送北半球五层原始方程模式(简称B模式)的形势预报图。在公开发布之前,于9月16日—11月15日进行了两个月的预报试验。为了帮助广大预报人员了解该模式的预报能力和弱点,便于在实际工作中使用其预报结果,我们对1981年入冬至年底的冷空气活动,几类长波的调整过程,以及9月16日—11月15日逐日槽脊和高、低压等三个方面的预报结果与天气图实况进行了对比、检验。现简要介绍如下。     

嘉兴地区气象学会举办《数值预报》讲座

加兴地区气象学会为了适应基层台、站推广应用数值预报产品的需要,于83年3月1日—14日在湖州举办了《数值天气分析和预报基本原理及其应用》讲座。特邀上海台风研究所付研究员朱永提和工程师郭永润两同志主讲,徐叙章同志辅导。他们对数值天气分析和预报的基本原理,方法,预报产品的应用等作了深入浅出的讲解,着重阐述了物理概念及方法。对北京气象中心的北半球五层原始方程模式(即B模式)亦作了详尽的介绍。此外还介绍了常用的物理量计算、常用的数理统计方法、模式输出统计(MOS)预报和天气一动力统计预报方法。这次讲座,对与会者在增长见识、开阔眼界方面起了一定的作用;对数值分析和预报     

五层原始方程模式与客观分析的自动化试验

1980年11月到12月,气科院中期数值预报课题组根据我院设计的北半球五层原始方程模式与美国客观分析联机自动化试验成功后,逢5逢9做5天逐日中期预报。从11月5日至12月27日共12次预报,提供200mb、500mb和1000mb三层形势预报图150张,供中央台中期科作内部参考。现根据中央台中期科关于“两个月使用中期数值预报效果小结”资料,对这次业务试报效果小结如下:     

使用数值预报方法的延伸预报

第一章为做延伸预报所用数值预报模式的现状 1.1 现在的业务模式为做延伸预报现在使用的模式主要有:做96小时预报的北半球4层模式(4L-NHM)和将它的结果延伸,做192小时预报的辐散正压模式(DB模式)。用这两种模式做8天的预报,每周两次,用星期日和星期三12时(格林威治标准时间,下同)的资料,做为值班业务预报进行计算,根据4层北半球模式作500毫巴的72、96小时     

用完全预报法作要素预报的初步体会

一、概况 七十年代后期,兰州气象台开始接收日本500毫巴48小时数值预报传真图,预报员普遍反映,它对中高纬度大尺度形势场预报效果比较好。能不能利用数值预报的形势加工成天气和要素预报以发挥更大的作用?1979年前后,我们看到了上海气象台和吉林省气象局用数值预报结果制作要素预报的技术总结。上海台有自己的模式,他们利用积累起来的原始方程三层模式资料,采用MOS方法制作冬半年短期晴雨预报。吉林省在我国的东北部,他们接收了日本发布的多种预报传真图,也用MOS方法作短期晴雨预报,均取得了较好的效果。我台既无自己的数值模式,离日本又远,当时仅能接收一张日本48小时500毫巴数值形势预报图,其他物理量的预报图已处于边界附近,误差大,不能使用,因此预报信息很少。再加上我省地处     

数值预报产品与观测资料的对比检验

为了在我国数值预报业务系统中建立WMO执行委员会指出的标准检验程序以考查我国数值预报产品的质量,在原来业务检查工作的基础上增加了一项对照探空观测实况高度、温度和风资料来检查现行业务运行中的北半球原始方程模式(简称B模式)相应的产品,该工作进行一年多来的结果如下:一、资料使用1987年9月—1988年8月观测译码资料(B模式业务中DCD记带资料)和B模式1—3天预报的高度、温度和风等要素场资料。     

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。     

用完全预报法制作要素预报的初步体会

一、概况七十年代后期,兰州中心气象台开始接收日本500mb48小时数值预报传真图,预报员普遍反映,它对中高纬度大尺度形势预报得较好。能不能利用数值预报的形势加工成天气和要素预报以发挥更大的作用?1979年前后,我们看到了上海台和吉林省气象局用数值预报结果制作要素预报的技术总结。上海台有自己的模式,他们利用积累起来的原始三层模式资料,采用 MOS 方法制作冬半年短期晴雨预报。吉林省在我国的东北部,他们接收了日本发布的多种预报传真图,也用     

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。