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。     

多重网格法在加速自适应网格生成中的应用

多重网格法是70年代以来发展起来的用于加速迭代收敛的一种行之有效的方法,它通过采用不同疏密的网格距来“消除”不同频率范围内的误差分量的办法,加速了迭代的收敛速度,具有收敛速度快, 收敛精度高以及节省CPU时间等特点。将其用于台风路径预报的自适应网格的生成,试验表明,多重网格法比单重网格可提高效率达20多倍。     

自适应网格与均匀网格在数值模拟中的对比研究

采用自适应网格和均匀网格两种模式，对1996年8月3—4日发生在山西、河北、河南三省交界地区的暴雨个例进行模拟和对比研究。结果表明，自适应网格模式对所关心的天气系统及其降水的模拟精度高于均匀网格，特别是对降水、风场、急流、涡度场的模拟精度改善显著。这说明自适应网格模拟的中尺度系统特征更清晰。     

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。     

Gerris数值方案及其在海洋数值模拟中的应用

基于动态自适应网格的开源软件Gerris受到越来越多海洋和水文研究者的关注.概述了Gerris开发背景、研究现状和特点,详细阐述了Gerris数值方案,包括动态自适应网格、动态负载平衡技术原理、广义正交曲线坐标系、内嵌复杂固体边界和地形数据的处理方法,并探讨了Gerris在海洋数值模拟中的初步应用.结果表明,Gerris动态自适应网格在多尺度问题模拟中的优势独特,在海洋数值模拟应用中可通过自适应网格提高地理特征的精度,通过GTS(或KDT)格式的数据来处理地形和网格,达到同时兼顾精确性和易用性的目的,使得Gerris与其他海洋模式进行有机结合成为重要发展方向.     

多重网格方法在资料同化中的应用

多重网格方法通过在疏密不同的网格层上进行迭代，以平滑不同频率的误差分量。具有收敛速度快、精度高等优点，是现有计算工作量最少的算法之一。文章介绍了多重网格方法的原理和具体实现方案，将其用于卫星云图资料的变分同化中，并与超松弛迭代法作了比较。结果表明采用多重网格法，有助于提高同化效率。     

中尺度数值模式的自适应网格设计

引进了自适应网格设计的方法。自适应网要生成行技术基础变分原理,所生成的网格具有光滑性、一定程度的正交性和机调节网格疏密程度的优点,这种新技术可任意加密局地网格,从而达到以较小的计算量获得较高的计算精度的目的。将自适应网格技术应用于ＭＭ４中,并用来模拟１９２年６月１４日这次大范围暴雨过程。结果表明,采用自适应网格后计算稳定,２４ｈ降水预报得到明显改善。     

自适应网格在大气海洋问题中的初步应用

自适应网格法是80年代兴起的通过求解椭圆型方程的边值问题来数值生成网格的一种新方法。它是在任意形状的区域上求偏微分方程的数值解的一种非常有效的工具。该方法抛弃了等距均匀的差分网格，代之以能够自动地适应所研究问题中解的特征的疏密程度不均的曲线网格。如在边界上计算网格与实际边界相重合，在区域内部可任意调节网格点的疏密程度等。本文扼要地介绍了自适应网格的原理及其构造方法。并将其应用于生成南海区域的计算网格以及数值预报台风路径的自适应网格。     

自适应网格技术在MM5中的应用研究

结合一次暴雨过程，将自适应网格技术应用于中尺度模式MM5中进行数值试验，同时对比自适应网格方案和固定网格方案的优劣，对模拟结果作了诊断分析。结果表明：对于此次降水过程，自适应网格模拟的效果取决于一些参数的选择。     

用多重套网格法作台风移动的数值预报

日本气象厅电子计算中心大河内芳雄在对500毫巴等压面上台风移动的正压预报中试用多重套网格法收到一定成效。在实验中采用辐散正压模式,网格间隔和时间步长列在表1中;在极射赤面投影地图上,北半球四步细网格套用的范围如图1所示。时间积分用欧拉向后方案,在四步细网格套用范围内计算所用     

基于最优插值的雷达定量降水估测订正及应用——以广元市为例

采用基于自适应相关函数的最优插值法对四川广元的雷达定量降水估测进行实时订正并评估其效果。结果表明,该方法有效改善了雷达定量降水估测对弱降雨高估、对强降雨低估的问题,提高了降水估测精度,同时可以更好地模拟降水空间分布特征和时空变化;研究建立的自适应相关函数模型可以根据测站分布情况动态计算最优权重因子,降低了雷达-雨量计联合校准法对测站分布的要求,便于在不同地区开展实际业务应用。      

Simulation of the east asian summer monsoon using a variable resolution atmospheric GCM

The East Asia summer monsoon (EASM) is simulated with a variable resolution global atmospheric general circulation model (GCM) developed at the Laboratoire de Météorologie Dynamique, France. The version used has a local zoom centered on China. This study validates the model's capability in reproducing the fundamental features of the EASM. The monsoon behaviors over East Asia revealed by the ECMWF reanalysis data are also addressed systematically, providing as observational evidence. The mean state of the EASM is generally portrayed well in the model, including the large-scale monsoon airflows, the monsoonal meridional circulation, the cross-equatorial low-level jets, the monsoon trough in the South China Sea, the surface cold high in Australia, and the upper-level northeasterly return flow. While the performance of simulating large-scale monsoonal climate is encouraging, the model's main deficiency lies in the rainfall. The marked rainbelt observed along the Yangtze River Valley is missed in the simulation. This is due to the weakly reproduced monsoonal components in essence and is directly related to the weak western Pacific subtropical high, which leads to a fragile subtropical southwest monsoon on its western flank and results in a weaker convergence of the southwest monsoon flow with the midlatitude westerlies. The excessively westward extension of the high, together with the distorted Indian low, also makes the contribution of the tropical southwest monsoon to the moisture convergence over the Yangtze River Valley too weak in the model. The insufficient plateau heating and the resulting weak land-sea thermal contrast are responsible for the weakly reproduced monsoon. It is the deficiency of the model in handling the low-level cloud cover over the plateau rather than the horizontal resolution and the associated depiction of plateau topography that results in the insufficient plateau heating. Comparison with the simulation employing regular coarser mesh model reveals that the local zoom technique improves, in a general manner, the EASM simulation.     

AREM模式对“04·08”豫中大暴雨的数值模拟和诊断分析

利用中尺度有限区域数值模式AREM,对2004年8月4日豫中一次大暴雨过程进行数值模拟和诊断分析。模拟结果表明：暴雨中心位于河南省中南部,中心强度达200 mm;高空冷平流南下,地面冷空气入侵,中低层有较强的辐合气流。模拟的暴雨落区与实况相一致,但中心强度较实况151 mm略大;模拟的环流形势也与实况环流形势一致。对模拟物理量诊断分析结果表明,在有利的垂直速度、散度场和比湿条件下,暴雨区中低空存在明显的水汽辐合,且水汽辐合区位于700 hPa及以下,强水汽辐合区位于900 hPa附近,从低层到高层较强的水汽辐合,暴雨区的水汽充分辐合上升,是造成此次大暴雨天气的主要原因。     

四维变分同化技术在优化Z-C预测模式初始场中的应用试验

文中使用四维变分同化技术将海温观测资料同化到Zebiak-Cane模式中,通过优化模式的初始场提高了模式的预报技巧.通过用理想场进行检验,说明所建立的同化伴随模式是正确的 .用文中建立的四维变分同化模式以1997年1月为初始场所做的预报结果与实况相比,结果较好.这对今后ENSO预报打下了良好的基础.     

IMPLICIT NONLINEAR NORMAL MODE INITIALIZATION:A MULTIGRID APPROACH

The implicit nonlinear normal mode initialization (INMI) is applied to a tropical limited area shallow water modelin spherical coordinates.The boundary condition for the INMI scheme is based on the boundary formulation of themodel.The INMI scheme is found to be very efficient in suppressing spurious gravity wave oscillation and providing awell balanced initial data set for the model.The INMI scheme involves solving a number of elliptic type equations withvarying complexity.and hence an efficient numerical technique is required for solving such equations.In order to makeINMI computationally more attractive,we are employing the multigrid method for solving all the elliptic type equationsin the INMI scheme.The numerical procedures for the development of such multigrid solvers are briefly described.     

IMPLICIT NONLINEAR NORMAL MODE INITIALIZATION: A MULTIGRID APPROACH

The implicit nonlinear normal mode initialization (INMI) is applied to a tropical limited area shallow water model in spherical coordinates.The boundary condition for the INMI scheme is based on the boundary formulation of the model.The INMI scheme is found to be very efficient in suppressing spurious gravity wave oscillation and providing a well balanced initial data set for the model.The INMI scheme involves solving a number of elliptic type equations with varying complexity.and hence an efficient numerical technique is required for solving such equations.In order to make INMI computationally more attractive,we are employing the multigrid method for solving all the elliptic type equations in the INMI scheme.The numerical procedures for the development of such multigrid solvers are briefly described.     

江滩暴雨中尺度特征数值模拟

本文使用中尺度模式MM4模拟了江滩流域1991年7月6日－7月的暴雨过程，结果表明，引发此次暴雨的中尺度气施内存在中－β尺度的雨团，雨团的位置随时间的演变具有较明显的规律性，中尺度气施内存在明显的与雨区位置相对应的双涡度中心双辐合中心，其位置与预测资料的诊断分析结果较一致。