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。     

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。     

完全保持能量守恒的非常定自适应网格模式

本文基于自适应网格的原理，发展了一套网格随时间变的自适应网格模式。该模式保持着 IAP 模式原有的整体积分性质，并具有在任何时刻可随意调整网格点的疏密程度及网格点与边界相重合的特点。可用于台风路径的数值预报等方面。     

完全保持能量守恒的非常定自适应网络模式

本文基于自适应网络的原理，发展了一套网格随时间变的自适应网格模式。该模式保持着ＩＡＰ模式原有的整体积分性质，并具有在任何时刻可随意调整网格点的疏密程度及网格点与边界相重合的特点，可用于台风路径的数值预报等方面。     

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。     

球面上斜压原始方程组保持总有效能量守恒的差分格式

本文从标准层结近似下球面上的斜压原始方程组出发,针对两类常用的网格系统——C-网格和B-网格,分别设计出可以保持总动能、总有效位能和总有效表面位能之和守恒的差分格式.同时,讨论了定义在交错网格上的差分和平均算子的一些很有用的性质.     

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     

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。     

Ｅ网格变量分布下差分格式的性质

本文用线性化的浅水波方程系统地分析、讨论了Ｅ网格变量分布下差分计算的性质；指出了目前有关讨论Ｅ网格差分性质在方法上存在的问题；给出了一种解决Ｅ网格中两个Ｃ网格分离的方法；提出了一种Ｅ网格用于海洋计算时，海洋侧边界条件的处理方法。初步的数值试验证明了这些方法对抑制Ｅ网格中的计算躁声是有效的。     

截断误差最小化的优化空间有限差分算子

气候和天气数值预测本质上都需建立在离散空间的基础上，并要求有高精度的空间离散化计算方案。然而，解析性微分算子和离散性差分算子的差异却是造成数值计算的原始误差源。作根据约束性代价函数原理提出了能够使得截断误差最小化的中心差分优化算子。从最优化角度看，该算子本质上是以一种简单但却相当创新的方式尝试应用变分连续同化（VCA）技术来最小化大气模式中的空间截断误差。此外，该优化差分算子的设计不依赖于网格结构，即可应用在绝大多数Arakawa网格上，诸如非跳点网格（Arakawa-A)以及常规跳点网格（Arakawa-B,Arakawa-C,Arakawa-D)。但为了对优化差分算子精确性进行严格测定，该算子的基准试验结果是通过在截断误差最易被激发出来的非跳点网格上进行严格理论和实际数值模拟测试得到的。两的结果都表明该优化差分算子截断误差造成的数字噪音能被减小到最小量。     

城市化对北京一次极端降水过程影响的数值分析

通过敏感性试验探讨了城市化对北京2011年6月23日局地极端降水事件的影响.结果表明耦合了城市冠层模式的WRF系统能较好地模拟出强降水的局地性和突发性特征,考虑了精细下垫面分类的敏感性试验模拟降水更接近实况;下垫面城市化对地表能量平衡影响明显,对大气的热量影响除加强地表对边界层大气向上感热输送外,还会减少局地地表蒸发及大气水分供应,增加边界层高度,并对移经本地的天气系统强度及水汽输送产生较明显的影响.     

能量守恒的自适应网格模式在南海月平均流计算中的应用

本文在正压原始方程的基础上发展了一套适用于自适应网格坐标的自适应网格模式。该模式保持了笛卡尔坐标系下原有的整体积分性质。由于自适应网格与计算区域边界相重合，因而该模式可用于具有复杂形状的区域边界的计算问题。本文将其用于南海月平均流的数值模拟，取得了良好的效果。     

三维嵌套技术在有限区域模式长时间积分中的初步应用

在复杂地形条件嵌套细网格模式基础上, 利用球圈模式与有限区域模式自嵌套, 就三维嵌套方法在长时间积分中的模拟结果进行了初步分析。结果表明:三维嵌套对垂直层次选取较敏感; 在长时间积分中模式运行稳定, 积分时间越长, 其优势越明显。这为有限区气候模式侧边界方案提供了新的思路。     

SPECTRUM期间目标台风移动的数值试验

在目标台风Ｙａｎｃｙ的移动过程中，选择４个时段进行预报数值试验。模式初始场系根据ＳＰＥＣＴＲＵＭ和ＴＣＭ－９０加强观测资料确定。结果表明：实际大气中目标台风移动的若干特征在模式大气中能够显示出来，如Ｙａｎｃｙ在１９９０年８月２０日００时移向的转折现象等；台风非对称结构的低频振荡是产生移向转折现象的一个重要原因。     

Theoretical considerations on the mass and energy consistent treatment of precipitation in cloudy atmospheres

The purpose of this paper is to present a rigorous derivation of a model equation system for the mass and energy open precipitating atmosphere. The derivation is based on the treatment of the atmosphere in terms of three open thermodynamic subsystems consisting of cloudy air, rain water and snow, respectively. Each of the three subsystems moves with a different velocity as caused by the different fall velocities of rain and snow in comparison to the cloudy air.A basic assumption of the model consists in the neglect of the inertia terms in the momentum equation of the falling hydrometeors. It will be shown that this simplification yields additional source terms in the budget equations of the total momentum and the total kinetic energy of the system. However, the prognostic equations for the atmospheric wind field and the corresponding kinetic energy equation remain free of these source terms. The model equations strictly conserve the total mass and energy of the system. It is concluded that the combination of the barycentric velocity of the cloudy air and the total density of the system is the best choice to describe the time evolution of the atmospheric wind field.     

Vegetation and climate variability: a GCM modelling study

Vegetation is known to interact with the other components of the climate system over a wide range of timescales. Some of these interactions are now being taken into account in models for climate prediction. This study is an attempt to describe and quantify the climate–vegetation coupling at the interannual timescale, simulated with a General Circulation Model (HadSM3) coupled to a dynamic global vegetation model (TRIFFID). Vegetation variability is generally strongest in semi-arid areas, where it is driven by precipitation variability. The impact of vegetation variability on climate is analysed by using multivariate regressions of boundary layer fluxes and properties, with respect to soil moisture and vegetation fraction. Dynamic vegetation is found to significantly increase the variance in the surface sensible and latent heat fluxes. Vegetation growth always causes evapotranspiration to increase, but its impact on sensible heat is less straightforward. The feedback of vegetation on sensible heat is positive in Australia, but negative in the Sahel and in India. The sign of the feedback depends on the competing influences, at the gridpoint scale, of the turbulent heat exchange coefficient and the surface (stomatal) water conductance, which both increase with vegetation growth. The impact of vegetation variability on boundary layer potential temperature and relative humidity are shown to be small, implying that precipitation persistence is not strongly modified by vegetation dynamics in this model. We discuss how these model results may improve our knowledge of vegetation–atmosphere interactions and help us to target future model developments.     

模拟多年冻土活动层厚度对气候变化的响应

在气候变化背景下,活动层厚度的变化会对多年冻土区水文,生态,寒区工程等产生较大的影响.本研究利用中科院气候系统模式CAS-FGOALS-g3和陆面过程模式CAS-LSM模拟分析了活动层厚度的变化趋势和相对变化.结果表明:活动层厚度整体上呈现出增加的趋势.1979-2014年,多年冻土区活动层厚度的区域平均为1.08 m,变化趋势为0.33 cm yr-1,其变化趋势与2m气温变化趋势基本一致,相对变化范围为1％-58％,平均为10.9％.在未来四种不同的气候情景(SSP-2.6,SSP2-4.5,SSP3-7.0和SSP5-8.5)下,到2100年预计活动层厚度的相对变化分别为10.3％,14.6％,30.1％和51％.     

A scaling analysis of soil moisture–precipitation interactions in a regional climate model

The University of Oklahoma’s Advanced Regional Prediction System (ARPS) was used to examine the impacts of varying mean soil moisture and model resolution on the magnitude and frequency of precipitation events in the U.S. Central Plains and to determine whether modeled soil moisture and precipitation fields exhibit scale invariance using the statistical moments. It was found that high soil moisture resulted in greater precipitation amounts and a higher frequency of events, suggesting the occurrence of a positive soil moisture–precipitation feedback. The scaling analysis performed on cumulative precipitation determined that these fields did not exhibit signs of self-similarity and, therefore, statistical properties cannot be predicted at other resolutions. The scaling properties of soil moisture were highly variable in time which has important implications for the use of remotely sensed data, as scaling properties from 1 day cannot necessarily be applied to subsequent days.