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。     

再论全球变网格多层原始方程差分模式的设计

在修正的MM4和一个有限域变网格差分模式的基础上,设计了全球变网格多层原始方程差分模式。可以证明:设计的模式具有质量、能量守恒等整体性质,并具有正确的动、位能转换关系。为了克服高纬地区经线辐合带来的时间步长须取得很小的问题,给出了不进行滤波处理并仍能保持整体性质的解决办法。     

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。     

用多重网格法解赫姆霍兹型欧拉方程

讨论了用多重网格方法（ＭＧＭ）求解赫姆霍兹型欧拉方程第一边值的五个定解问题，并与变系数超松弛迭代法作了比较。结果表明，在相同的精度条件下，前者所需的计算时间要比后者少，时间效率比随着网格数的增加而明显提高，反映了用多重网格方法求解大型差分方程组数值解的优越性。     

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。     

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。     

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。     

变网格一体化模式的研究进展

作者介绍了近年来在数值天气预报领域的一个新动向－变网格一体化模式的进展。这种模式可以替代目前业务数值天气预报的有限区模式和全球谱模式，降低业务数值天气预报的计算成本。网格距离的可变性，以及采用半隐式－半拉格朗日式时间差分方案是该模式的主要特点。法国的变网格一体化模式自１９９２年已投入业务使用，其可行性已得到了预报检验的初步证实。     

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。     

华南涡旋暴雨的物理对比分析

低涡型暴雨是华南地区一种重要的暴雨类型,它常常发生在对流层低层天气尺度切变线上,虽难从气压场上找到,但它所造成的暴雨却很强。我们发现,常规天气图上似乎很弱的这类涡旋,却有较强的流场涡度和典型的散度分布,构成了强降水过程的必要物理条件。本文把它与热带气旋发展过程中的物理结构、能量变化和转换特征进行了诊断、对比分析,指出它们不仅三维物理量场分布差异较大,其发展过程中能量变化也有很大差异。热带气旋的K,值远大于切变线低涡,但K_φ的变化则相反,无论是其绝对值或它占总动能的比值,都不      

2012年7月山东接连两次大暴雨过程对比分析

利用常规观测资料、地面自动站资料、多普勒雷达风廓线数据、卫星云图及NCEP 1°×1°再分析资料,对2012年7月8日和10日接连发生在山东省的两场大暴雨过程进行对比诊断分析。结果表明:前一过程发生在副热带高压稳定的环流背景下以及不稳定能量增大的过程中,后一过程发生在副热带高压减弱南退的环流背景下以及不稳定能量释放的过程中;暴雨区上空低空急流和垂直运动强烈发展以及对流层中低层辐合、高层辐散的典型配置是两次过程发生共同的有利大尺度环境条件,不同的是,前一过程强降水强度与落区同强垂直上升运动、低空强辐合及高空强辐散、水汽通量辐合中心相一致,后一过程这种对应关系不如前一过程好;西南急流强烈发展对应两次过程的强降水时段,后一过程西南急流发展高度低于前一过程,其风速却比前一过程强得多,降水结束时后一过程冷空气下传速度比前一过程更快、高度更低;后一过程云顶温度更低,对流系统发展更高,云顶温度低于-70℃中心维持时间较长,强降水出现在云顶温度低值中心及其梯度大值区内,这对强降水临近预报具有较好的指导意义。     

ENERGY MECHANISMS IN THE SPLITTING AND REBUILDING PROCESSES OF POLAR VORTEX AT 100 HPA

The energy mechanisms responsible for the splitting and rebuilding of the 100 hPa polar vortex are studied.They are the energy transporting upwards of the wave with wavenumber 2 in the troposphere and the nonlinear interaction between waves.The former mechanism appears to play an important role in making the polar vortex splitting,and the latter is minor in this process.However,in the rebuilding of the polar vortex,the latter seems to be more important than the former.     

Numerical Modelings of the Climatic Effects of the Land-Sea Distribution and Topography

The effects of the land-sea contrast and the topography on the climatic properties are simulated in this paper by use of a p- σ incorporated coordinate system model in a zonal domain. In this paper we firstly discuss the statistical features of the model and find that the capability of the model is stable, with the same land-sea distribution and to-pography seven monthly mean climate states are close to one another, their variance is even less than the initial one. Secondly, we focally discuss the effects of the land-sea contrast and the topography on the modeled climate fields, It is pointed out that the land-sea contrast and the topography influence the atmosphere mainly through the heating ef-fect and the former has larger influences on the simulated large scale climate fields than the latter.     

A moving grid finite-element model of the bulk properties of the atmospheric boundary layer

A moving-grid finite-element model has been developed to model numerically the vertically integrated properties of the atmospheric boundary layer (ABL) in one dimension. The model equations for mean wind velocity and potential temperature are combined with a surface energy budget and predictive equations for boundary-layer height to simulate both stable and unstable ABLs. The nodal position defining the top of the boundary layer is one of the model unknowns and is determined by boundary-layer dynamics. The finite-element method, being an integral method, has advantages of accurate representation of both bulk values and their vertical derivatives, the latter being essential properties of the nocturnal boundary layer. Compared with observations and results of other models, the present model predicts bulk properties very well while retaining a simple and economical form.Journal Paper No. J-12996 of the Iowa Agriculture and Home Economics Experiment Station, Ames, Iowa, Project No. 2779.     

Diagnostic Study of Global Energy Cycle of the GRAPES Global Model in the Mixed Space-Time Domain

Some important diagnostic characteristics for a model’s physical background are reflected in the model’s energy transport, conversion, and cycle. Diagnosing the atmospheric energy cycle is a suitable way towards understanding and improving numerical models. In this study, formulations of the “Mixed Space-Time Domain”energy cycle are calculated and the roles of stationary and transient waves within the atmospheric energy cycle of the Global-Regional Assimilation and Prediction System （GRAPES） model are diagnosed and compared with the NCEP analysis data for July 2011. Contributions of the zonal-mean components of the energy cycle are investigated to explain the performance of numerical models. The results show that the GRAPES model has the capability to reproduce the main features of the global energy cycle as compared with the NCEP analysis. Zonal available potential energy （AZ） is converted into stationary eddy available potential energy （ASE） and transient eddy available potential energy （ATE）, and ASE and ATE have similar values. The nonlinear conversion between the two eddy energy terms is directed from the stationary to the transient. AZ becomes larger with increased forecast lead time, reflecting an enhancement of the meridional temperature gradient, which strengthens the zonal baroclinic processes and makes the conversion from AZ to eddy potential energy larger, especially for CAT （conversion from AZ to ATE）. The zonal kinetic energy （KZ） has a similar value to the sum of the stationary and transient eddy kinetic energy. Barotropic conversions are directed from eddy to zonal kinetic energy. The zonal conversion from AZ to KZ in GRAPES is around 1.5 times larger than in the NCEP analysis. The contributions of zonal energy cycle components show that transient eddy kinetic energy （KTE） is associated with the Southern Hemisphere subtropical jet and the conversion from KZ to KTE reduces in the upper tropopause near 30？S. The nonlinear barotropic conversion between stationary     

登陆热带气旋维持的次天气尺度环流特征

971 1 (Winnie)和 94 0 6 (Tim)是 2个在中国登陆后长久维持 (2～ 3d)并产生严重降水的热带气旋。在深入内陆过程中 ,Winnie变性并再次加强为一个温带气旋 ,Tim则衰减消亡。采用移动坐标以及云顶亮温 (TBB)和常规资料 ,对它们在陆上维持期间的次天气尺度环流特征及其与次天气尺度系统之间的相互作用进行对比分析和诊断。结果表明 :(1 )Winnie和Tim登陆过程中具有螺旋波状的次天气尺度云系 ,这种螺旋波结构有利于热带气旋的维持。陆上维持后期 ,Winnie的螺旋云系继续维持并有所加强 ,Tim的螺旋云系趋于零散、消亡。Winnie的螺旋波特征比Tim明显 ,因而维持更长时间 ;(2 )热带气旋次天气尺度环流也具有环绕热带气旋中心的明显波动特征 ,此波动结构能否维持与热带气旋活动的天气尺度背景密切相关。在与西风槽相互作用过程中 ,Winnie的次天气尺度波动结构维持 ,而Tim的次天气尺度波动结构遭到破坏 ;(3)作为登陆后长久维持热带气旋 ,Winnie和Tim均从次天气环流中获得正涡度 ,有助于维持其气旋性环流 ,但Winnie获得的正涡度比Tim明显的大。此外 ,Winnie从次天气尺度环流中获得动能补充 ,Tim则只有次天气尺度环流对其动能的耗散。因此 ,陆上维持后期Winnie再度发展而Tim逐渐消亡     

非线性正压亚临界不稳定

文中提出了一个新的广义能量作为 L yapunov函数 ,导出了包含两个联立不等式的一种新的非线性正压稳定性判据。并指出其中一个不等式是初始扰动振幅小于某一临界值 ,另一个则是摩擦系数大于另一临界值 ,前者对后者有很强的约束。该判据表明 ,在实际大气中对于有限振幅扰动容易产生正压亚临界不稳定 ,它大大地改进了以前的结果