云降水和人工影响天气催化数值模式的发展及应用

对云降水和人工影响天气催化数值模式的发展和应用进行了概述。云降水模式包括总体水模式和分档模式。催化模式分为成冰剂、吸湿性催化剂和致冷剂催化模式。部分云模式和催化模式与中尺度天气模式实现了耦合。云降水模式在人工影响天气中得到了广泛应用,并在人工影响天气外场业务作业中发挥了重要作用。     

地球系统模式发展展望

在调研国际国内气候系统模式的基础上,给出了地球系统模式的定义和它的3个发展阶段:物理气候系统模式、地球气候系统模式和地球系统模式,阐述了未来的地球系统模式发展的战略意义,介绍了国际国内围绕地球系统模式的发展所提出的科学研究计划,并基于政府间气候变化委员会第四次评估报告的参评模式,回顾了国内外地球系统模式发展现状与动态,展望了未来的可能发展方向,希望能对国内的地球气候系统模式发展有所帮助.     

海洋环流与海浪模式的发展及其应用

通过对海洋环流模式、海浪模式、风暴潮模式研究现状和世界海洋强国当前运行业务模式系统的调研,发现无论是全球模式还是区域模式,海洋环流模式和海浪模式的分辨率越来越高,全球海洋模式空间分辨率小于10 km,达到涡可分辨程度,海浪模式水平和波谱空间的分辨率都在提高。通过调研,发现随着海洋各类观测资料的同化和数值模式分辨率的提高,近年来加强了远海、近海及海岸带各种物理过程精细化研究,海洋环流模式垂向采用混合坐标提升了模式对不同海域海洋内部物理过程的解释能力,海洋模式、海浪模式、风暴潮模式中无结构网格的应用提高了模式对近海浅水区和岸界地形描述的能力,加深对海岸带海洋物理过程的认识。文中提出海洋环流-海浪-潮汐耦合模式系统建立是近年来风暴潮模式发展的趋势,将来大气-海洋-海浪-潮汐模式的耦合可细化对海洋各种物理过程的解释,是业务模式系统发展的主要方向。     

GRAPES全球切线性和伴随模式的调优

伴随技术是四维变分同化（4DVar）系统中计算代价函数梯度的最佳办法,切线性和伴随模式的效果和效率直接影响着4DVar系统的发展。基于GRAPES（Global and Regional Assimilation PrEdiction System）全球切线性和伴随模式1.0版本,利用GRAPES全球模式2.0版本在并行框架和性能等方面的改善,重新优化和设计了GRAPES全球切线性伴随模式2.0版本,提高了GRAPES全球切线性和伴随模式的效果和效率,优化了切线性模式程序结构,使其计算时间最优可控制在非线性模式的1.2倍以内;采用在切线性模式中保存基态的方法,重构了伴随模式的程序结构,使其计算时间最优控制在非线性模式的1.5倍以内;在GRAPES全球切线性物理过程的设计中,将线性物理过程的轨迹基态计算和切线性扰动计算解耦,提高了GRAPES全球切线性和伴随模式的计算效果和效率。     

WRF和MM5对2008年6—9月温度数值预报结果的对比分析

使用WRF模式和MM5模式分别对吉林省50个地面观测站做了温度预报的数值模拟,并进行了检验分析和对比。结果表明：0-24h定时预报的预报准确率,WRF模式高于MM5模式5％～20％;24-48h定时预报的预报准确率,WRF模式高于MM5模式的6％～20％;0-24h最高和最低温度预报准确率,WRF模式分别高于MM5模式12．8％和10．9％;24-48h最高和最低温度预报准确率,WRF模式分别高于MM5模式11％和26．8％。表明WRF模式的温度预报性能优于MM5模式。     

气候模式与气候模拟

本文扼要地叙述了气候模式与模拟的定义、内容和发展概况。介绍了不同类型模式,如能量平衡模式、辐射对流模式、大气环流模式和随机模式等的主要特征。最后举了两个实例,即用大气环流模式作由二氧化碳增加而造成大气增温的数值试验以及用机制模式研究气候变化及可预报性,以此来阐明当今气候模拟的两个主要方向。     

放射性核素大气弥散模式研究综述

放射性核素大气弥散模式可以模拟正常工况和事故工况下,放射性核素在不同尺度下的大气输送与扩散,为核电站选址、辐射环境监测和核事故应急提供科学依据。归纳了目前广泛用于模拟核素大气弥散的各种模式,介绍了这些模式的研究进展和适用范围。结果表明：对于区域范围小于2 km的弥散,一般可采用CFD（Computational fluid dynamics）湍流模式;对于20 km范围内的局地扩散,一般可采用高斯模式;而对于中尺度（20—200 km）和大尺度（200 km以上）弥散,则采用拉格朗日模式或欧拉模式。为了避免各种模式本身的局限性,采用嵌套模式将是较好的选择。最后,对放射性核素大气弥散模式发展前景进行了讨论。     

一种用于短期天气预报的高分辨率气团变性模式

本文描述了一个高分辨率气团变性(AMT)模式。该模式试图对低层大气的温度、湿度廓线,边界层结构、边界层高度、云量进行预报。它由一个一维多层边界层模式组成,多层模式沿着轨迹从气团源区平移至接收点,轨迹是在一较大尺度(有限区域)模式中计算出。温度和湿度的初始廓线从探空仪资料获得。本文描述了此模式的物理和动力学背景。用此模式作了北海上空层积云发展的个例研究,并且我们模拟了陆上晴空的表达。把此模式的输出结果 ECMWF 模式和目前业务中用的单层气团变性模式的输出结果进行了比较。还讨论了模式对初始、边界条件的敏感性。除个例研究外,在77次常规预报中采用此模式作为业务预报工具,其结果由彼此独立的预报员作了评价,因模式执行情况良好,且不须大型计算设备,因此,对短期天气预报员该模式是一个有用的预报工具。     

简评陆面过程模式

在这篇文章中,阐述了陆面过程对天气,气候和大气环流的影响以及陆面过程模式在大气数值模拟中的重要性;回顾了陆面过程模式的发展历史;分析了一些陆面过程模式之间的主要结构差别;讨论了目前陆面过程模式的发展水平和未来的发展方向;简述了大气中尺度模式与陆面过程耦合的必要性以及当今耦合模式的研究现状。     

统计方法在数值模式中应用的若干新进展

目前,数值模式的准确性不断提高,天气预报和气候预测越来越依靠数值模式。数值模式不仅仅是求解描述大气运动和热力过程的方程组,其中也大量使用了统计方法,统计方法是数值模式的重要组成部分。本文对统计方法在数值模式中应用的最新进展进行了综述。首先,分析了统计方法在数值模式的资料同化、集合预报、次网格尺度物理过程参数化方案、数值产品统计释用、延伸期预报、模式检验等方面的应用。然后阐述了贝叶斯统计在数值模式中应用的新进展。最后,对统计方法在数值模式中应用的未来发展趋势进行了展望。     

一个陆面过程参数化模式与 MM5的耦合

在法国陆面过程模式的基础上,为了表示冠层叶片遮挡对水分蒸发阻抗的影响,在植被覆盖部分引入了遮盖因子,然后将这个修正的陆面过程参数化模式耦合到MM5模式中。耦合后的模式模拟出了因为降水造成土壤湿度变化和植被覆盖动态作用对地面通量的影响,而原MM5模式模拟结果则没有反映上述动态变化对地面通量的作用。原MM5模式和耦合模式模拟了1993年8月17日到20日以内蒙古半干旱草原为中心的中尺度区域的气象场,模拟结果和IMGRASS预观测资料进行了对比,对比说明新的陆面过程模式提高了MM5模式对地面通量和边界层各物理量（风、温、湿）的模拟精度。     

数值天气预报业务模式现状与展望

20 0 4年是数值天气预报理论提出 10 0周年 ,同时也是数值天气预报业务化应用 5 0周年。经过百年的发展历程 ,数值天气预报学科有了飞跃的发展。特别是最近 10多年来 ,大气科学以及地球科学的研究进展 ,高速度、大容量的巨型计算机及网络系统的快速发展 ,更加快了数值天气预报的发展步伐。文中从模式动力框架、物理过程参数化、模式程序软件等方面对数值天气预报业务模式现状进行了简要综述 ,对存在的问题进行了探讨 ,并对数值天气预报业务模式的未来发展作了展望。当前数值天气预报业务模式发展的特点有 :(1) 2 0世纪 90年代中期以来 ,各国的全球和区域模式水平和垂直分辨率都有明显提高 ,且模式物理过程也同步进行改进 ;数值预报业务模式已进入了大规模并行计算的阶段 ;(2 )主要发达国家和中国都正在致力于研发各自的新业务数值预报模式———非静力 (多尺度 )一体化模式或非静力中尺度模式 ,部分国家的新一代天气 气候一体化数值模式已业务运行 ;(3)业务数值预报模式正在朝着不断完善的方向发展。随着模式分辨率的提高 ,云物理过程、陆面过程和湍流过程、考虑坡度 -坡向因子的辐射过程等在模式中的参数化方案 ,以及模式垂直坐标的选择越来越受重视 ,这些物理过程的描述成为业务数值模式改进的重点和     

多模式集合优选方案在淮河流域夏季降水预测中的应用

基于国家气候中心提供的1981—2010年4种季节气候预测模式的资料,将两种互为补充的降尺度因子挑选方案应用于淮河流域夏季降水预测,利用距平符号一致率ASCR、等级评定PG、距平相关系数ACC方法,评定了每种模式及其所采用的两种降尺度方法对淮河流域夏季降水的预测效果,并采用了一种优选方案进行多模式集合。结果表明,从4种模式的降水预测效果来看,NCEP_CFSv2和TCC_CPS1模式的评分较高,NCC_CGCM1和ECMWF_SYSTEM4模式相对较低;采用2种基于最优子集回归的降尺度方法后,NCC_CGCM1、TCC_CPS1和ECMWF_SYSTEM4模式的降尺度方法相对于模式降水预测为正订正,NCEP_CFSv2模式为负订正;将模式和降尺度预测方案进行优选,其集合平均的评分不仅高于模式降水预测的集合平均,也优于降尺度方法的集合平均,该方法发挥了不同模式的区域性优势,改进了原始集合平均的效果,为提高多模式解释应用水平提供了一种参考性方案。      

FGOALS高分辨率气候模式系统模式研制与应用综述

当今气候系统模式发展的重要趋势之一,是通过提高模式的空间分辨率,改进对气候系统中多尺度相互作用过程和极端事件的模拟能力。过去5年里,中国科学院大气物理研究所发展并完善了25 km分辨率大气环流分量模式FAMIL2.2、1/10°分辨率海洋环流分量模式LICOM3.0,并以此为基础建立了高分辨率气候系统模式FGOALS-f3-H。利用上述高分辨率模式,开展了大量的数值模拟试验和预报/预测研究,其中包括国际耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）的高分辨率模式比较子计划（HighResMIP）,建立了海洋环流预测系统（LFS）等。初步评估分析表明,相对于低分辨率模式,高分辨率模式对气候平均态和气候变率的模拟能力均有明显改进。其中高分辨率大气环流模式可以更好地模拟台风、极端降水事件,高分辨率海洋模式可以更好地模拟海洋中尺度涡旋和西边界流,而高分辨率耦合模式则可以更好重现中尺度海气相互作用过程、热带不稳定波动（TIW）等事件。     

中尺度气象模式研究若干进展及其在区域业务预报中的应用

介绍了美国、英国和日本３个国家的中尺度模式研究和业务预报现状,指出了中尺度模式特有的问题和发展趋势,及其对我国中尺度模式研制的含义。     

陆面过程模型研究进展简介

在陆面与大气界面上不断进行着辐射、热量、水分和动量的交换,用于气候模拟或数值天气预报的大气环流模式需要陆面模式计算这些通量(陆面参数化).40年来,陆面模式经历了从简单和不真实的第一代陆面模式发展到更可信的第二和第三代陆面模式.第二代陆面模式包含了生物物理过程而第三代陆面模式包含了生化过程.近10年来,一些陆面模式耦合了动态植被模型和能考虑土壤水分空间非均匀性的水文模型.这些陆面模式与气候和海洋环流模型耦合能够模拟陆地生态系统对全球变化的响应.     

NIM陆面过程模式的研究Ⅰ:模式建立与对比研究

为了能真实地模拟干旱、半干旱地区以及湿润地区的陆面与大气之间的能量和物质交换,发展了一个具有普适性的南京气象学院(NIM)陆面过程(LSP)模式.该模式是由等温植被参数化方案和本文建立的土壤模式所组成.土壤模式又分为五层模式和两层模式两种.利用1979年5～8月"青藏高原气象科学实验"资料作验证,同时将五层模式与Deardorff(1978)陆面模式、两层模式作了对比,结果表明五层土壤模式的模拟效果较好,它比Deardorff模式优越,也比两层土壤模式模拟效果稍好一些.     

区域海气耦合模式FROALS的发展及其应用

区域海气耦合模式是研究局地海气相互作用过程影响气候变率的重要平台,也是对全球气候模式进行"动力降尺度"的重要工具.本文介绍了LASG(State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics)/IAP(Institute of Atmospheric Physics)发展的区域海气耦合模式FROALS(Flexible Regional Ocean-Atmosphere-Land System model),并总结了过去五年围绕该区域海气耦合模式开展的研究工 作.FROALS的特点之一是有两个完全不同的大气模式分量和海洋模式分量选项,可以适应不同的模拟研究需 求.针对区域海气耦合模式在西北太平洋地区的模拟偏差,通过分步骤考察不同大气模式分量和不同海洋模式分量对模式模拟性能的影响,指出大气模式是导致区域海气耦合偏差的主要分量.通过改进对流触发的相对湿度阈值标准,有效地改善了此前区域海气耦合模式在亚洲季风区普遍出现的"模拟海温冷偏差".改进的FROALS对西北太平洋地区的大气和海洋环境有较好的模拟能力,合理地再现了西北太平洋地区表层洋流气候态和年际变率.较之非耦合模式,考虑区域海气耦合过程后,改进了东亚和南亚地区的降水和热带气旋潜势年际变率的模拟.最后,针对东亚—西北太平洋地区,利用FROALS对IAP/LASG全球气候模式模拟和预估的结果进行了动力降尺 度,得到了东亚区域50 km高分辨率区域气候变化信息.分析显示,FROALS模拟得到的东亚区域气候较之全球气候模式和非耦合区域气候模式结果具有明显的"增值",显示出区域海气耦合模式在该区域良好的应用前景.     

NIM陆面过程模式的研究:模式建立与对比研究

为了真实模拟干旱、半干旱地区以及湿润地区的陆面与大气之间的能量和物质交换 ,发展了一个具有普适性的南京气象学院 ( NIM)陆面过程 ( LSP)模式。该模式是由等温植被参数化方案和本文建立的土壤模式所组成。土壤模式又分为五层模式和两层模式两种。利用 1 979年 5～ 8月“青藏高原气象科学实验”资料作验证 ,同时将五层模式与 Deardorff( 1 978)陆面模式、两层模式作了对比 ,结果表明五层土壤模式的模拟效果较好 ,它比 Deardorff模式优越 ,也比两层土壤模式模拟效果稍好一些。     

论大气模式的设计

文中提出了设计大气模式的原则：包含有可能达到目的的有关制约大气过程的物理因子和物理机制;模式整体性质合理;计算稳定,精确;有合适的网格和分辨率;适当的计算域和模式各部分之间协调。并分别对它们进行了讨论。最后,特别强调了设计目的和模式的一致,还对各不同预报模式中所考虑的因子、物理过程的相对重要性进行了讨论。