不同的大气云模式对月预报影响的数值试验

所用的 T42L10月长期数值预报谱模式采用了模式诊断云方案,在辐射计算中,用模式的预报水汽场和模式诊断云代替原民T42L9中的气候纬向平均水汽场和云,模式诊断云计算中还考虑了大地形作用对云的影响.本文利用国家气象中心1992年8月31日的客观分析资料为初始场,进行30天长期数值预报,对比研究了这两种不同的云模式对月际数值预报的影响.模式诊断云方案的预报明显优于气候云方案,采用模式诊断云预报的500hPa 高度场月平均的倾向相关系数有所提高,月平均预报误差减少.模式诊断云方案的预报误差低于对应的持续性误差.模式诊断云方法由于考虑了在预报时间内云分布的时间和空间变化,提高了模式中的辐射计算精度,从而改进模式中的云、辐射作用,克服由于气候云方法所出现的预报偏差,较显著地改善月际数值预报效果.     

一个改进的T42L10谱模式及其在月预报中的应用

将一个改进的 T42L10月长期数值预报谱模式,与(国家气象中心引进的)原 T42L9谱模式进行了比较.该模式改进和提高了在σ面上模式初值的精度;在辐射计算中,用模式的预报水汽场和模式诊断云代替原模式(T42L9)中的气候纬向平均水汽场和云,并考虑了由于大地形作用对云的影响;采用了七层谱模式中对低纬的改进预报方法(如对水平扩散过程),以改进T42L10在低纬的月预报结果;考虑了海温及下垫面状态在月预报中随预报时效的变化.用改进的 T42L10谱模式对1992年4月、6月、7月、9月作月长期数值预报试验.试验表明,500hPa 高度月预报平均的 R 值(倾向相关系数)在中高纬和低纬地区分别为0.76和0.64;模式预报的均方根误差月平均比对应的持续性误差小.     

非线性平衡方程初值化方法及其在中期数值天气预报试验中的应用

本文给出了一种求解非线性平衡方程的新的有效的方法及有关的数值试验结果。和以往的求解方法相比，本方法的优点是:收敛速度快，不需要冗长的迭代计算，也不需要对初始高度场的某些记录作修改，并能节省大量的计算时间。文中利用北半球七层原始方程谱模式，使用了1982年的客观分析资料，进行中期数值天气预报试验。试验结果表明，用非线性平衡方程初值化方法制作中期数值预报比其他的如线性平衡方程初值化方程的更佳。后者因去掉了非线性项的作用，天气系统的强度预报结果偏弱且偏平滑。     

一类计算性系统误差消除与斜压原始方程天气气候模式改进

斜压原始方程半隐式全能量守恒格式的构造问题长期没有解决。本研究在成功地构造实现其全能量完全守恒的半隐式方案基础上，进行了此守恒方案与欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的σ－坐标原始方程全球谱模式半隐式方案间的实际资料对比实验。实验表明，850hPa平均预报高度场RMS误差在积分一周以后得到明显改进，到第30天其预报误差降低达到了50％，进一步的对比实验表明，对流层中部和下部的月预报平均高度场RMS误差也显降低，而且一些明显的系统性误差也得到大幅度改进。更加详细的分析显示，这些收益的很大一部分是从超长波成分的改进中得到的。这说明，通过构造守恒性时间差分方案消除了响应的计算性系统误差源汇，进而能够使模式气候漂移得到显改进，而这种误差源汇存在于传统的，现仍被普遍采用的斜压原始方程天气气候模式中。     

地形作用对月际长期数值预报效果的影响

利用改进的Ｔ４２Ｌ１０月长期数值预报谱模式，以１９９２年８月３１日国家气象中心日常客观分析资料为初始场，在模式中分别就考虑和不考虑地形两种情形对当所９月北半球环流形势进行了模拟预报，并对比分析研究了地形作用对月际长期数值预报效果的影响。改进的Ｔ４２Ｌ１０谱模式考虑了较完整的物理过程，同时具有以下特点：（１）非线性平衡方程初值化和σ面上模式初值精度的提高；（２）改进了模诊断云和模式水汽场方法；（３）     

对T106分析／预报场可预报性的初步分析

本文围绕日常天气预报的需求和为区域数值天气预报模式定义天气背景场和初值场的需要，针对9210工程MICAPS系统中T106谱模式的客观分析场和预报场的可预报性进行了初步诊断，定量分析比较了T106、欧洲中心ECMWT、华盛顿KEBC和日本JAPAN数值模式对天气环流形势和预报的统计误差，并初步探讨了模式误差的自身预报问题。文中指出了T106模式的误差源主要来自于其客观分析场的固定误差，提出了以集成客观分析场作为客观分析，提供预报员预报参考或作为数值预报的背景初值场。     

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。     

全隐式六层原始方程的数值试验

本文应用一个π面坐标六层全隐式原始方程非线性迭代求解模式进行了数值试验,取得了初步结果. 为了考验该模式的稳定性,设计了一种简单的理想场在该模式上进行计算,取得了五天稳定的结果.并且用实例计算,取得了48小时的预报结果.所预报的结果并不紊乱,并且能很好地反映实际天气形势演变过程. 由于本模式中所使用迭代法求解计算量太大,为了节省计算时间,将该模式恢复为平流格式,并应用分离解法求解.应用上述的理想场及实际场作试验,结果表明计算量可节省一半. 应用以上模式对不同实例进行计算,其结果说明无论是稳定的天气形势,或是发展的天气形势都能很好地预报出来.     

云、辐射对中期数值预报影响的数值试验

在国家气象中心引进的EC-T42L9谱模式的基础上，用模式诊断云和模式水汽场（以下简称B方法）代替其中计算辐射时所用的纬向平均的气候云和气候水汽场（以下简称A方法），并减少垂直层以节省计算量，从而发展了一个T42L5谱模式。此外，在计算云和辐射时，还设计了方法C，调整云和辐射计算的“时空”分辩率。该文利用改进的T42L5谱模式，并以EC的1982年7月1日12时（UTC）的客观分析为初始场，进行了A、B、C三种方法的5天中期数值预报试验，较系统地研究了云和辐射在中期数值预报中的作用。数值试验的结果表明:（     

气象场观测误差和四维同化数值模拟试验

本文对气象观测中的随机误差和四维同化进行了数值摸拟试验。用五层原始方程模式,以1975年4月19日20时的观测资料作初始场进行六天预报。把每小时的预报结果贮存起来,作为没有误差的“真实大气观测资料”,然后在原来的初始场上加上一个随机误差场,用一个物理过程比前者稍差的同样模式进行数值预报,把“真实资料”不断嵌入模式中去进行四维同化试验。 误差场是用概率统计中产生伪随机数的办法产生以模拟观测误差的随机情况。 四维同化的试验结果表明:最优同化频率,不仅与观测资料误差有关,而且还与整个同化过程的长短有关。     

北半球七层初始方程谱模式在制作有限区数值预报中的应用

本文提出了一种以北半球七层初始方程谱模式为基本模型的有限区加密方法。这个方法利用谱模式的特点对初始场展开和时间积分中的非线性项计算增加了一些处理，使所选有限区范围内（50°—140°E，20°—60°N）的分辨率有所提高，使模式能在制作出北半球较低分辨率（5°×5°）预报的同时，还能制作出有限区较高分辨率（2.5°×2.5°）的预报。用ECMWF分析资料进行了24小时和48小时预报对比试验，得到了较好的结果。     

初始方程三层模式业务数值天气预报初步总结

上海市气象局自1975年9月16日正式制作初始方程三层模式(以下简称模式)业务数值预报。本文对1975年10月1日—1978年9月30日共3年模式所作的业务数值预报的结果进行总结,得出了模式对西风槽系统的预报误差统计及太平洋副热带高压系统活动预报的成败统计,并着重考察了模式对各种不同     

模式误差动力特征：模式参数误差和物理过程描绘缺失误差

模式变最初始场误差和模式误差都是制约数值天气预报准确性提高的重要因素,传统数值预报和变分同化均忽略模式误差的影响.随着研究的深入,关于模式误差对数值预报影响的研究显得尤为重要.本文从非线性动力方程出发,推导出在模式存在参数误差和物理过程描绘缺失误差情况下的模式预报误差演变方程及短时间内误差平方均值近似表达式,并利用Li...     

数字滤波方法在月尺度数值预报中的应用 I. 初始场滤波的作用

本工作将数字滤波方法用于T42L9谱模式的月预报实验。为了去除高频扰动误差的影响，保留对月预报有意义且可预报性较强的低频过程，用滤波器对观测资料的序列进行处理，得到10天以上的低频分量作为初始场进行预报。结果说明，与不进行滤波的控制实验相比，误差增长明显减慢，预报效果在10～20天时段内提高最显著。进一步分析表明，延伸预报效果随时间的变化主要是由其中低频分量的预报效果决定的。初始场滤波后预报效果的提高也主要是由于其低频分量报得更好，而在此低频背景下新产生出来的高频扰动误差也相应较小，因而总体的预报效果好于控制实验。而如果在控制实验预报后提取低频分量进行检验，则对逐日预报的改进不明显。经过初始场滤波后对1～10天至1～30天平均场的预报也有较显著的提高。对旬平均预报改进最大的是在第二个10天。对500 hPa环流形势的预报也更接近实际。本工作的结果说明，在中长期预报中如果能用适当的方法提取出低频过程的信息，则可望提高预报水平。     

气候数值模拟研究中初始场衰减理论的理解和应用

根据对大气原始方程的定性理论和相空间的理论研究,初始场对数值模拟的作用会随着时间的增长而逐步衰减.文章分析初始场作用衰减理论的关键问题,通过对大气环流谱模式SAMIL和ECHAM的数值试验,在实际的计算环境中研究其初始场作用的变化情况.研究中使用到对舍入误差干扰的一种集合消减方法(REME),保证了验证试验所受舍入误差的影响小于给定的范围.结果表明有舍入误差存在的计算环境中,当初始差别较大时,其逐步衰减到一个波动值.而对于特别微小的初始场差别,其长期影响也应是衰减的,但由于计算精度有限,可能会出现增大到一个波动值的现象,这些结果与非线性误差理论所描述的误差饱和现象一致.试验得到了具体模式的衰减速率曲线,发现衰减需要的时间范围大约为40-60 d.文中还利用初始场作用衰减的理论探讨了如何解释初始场集合预报(IME)能够减少模拟结果误差的现象.     

舍入误差对大气环流模式模拟结果的影响

此文旨在研究气候数值模式的长期计算时受舍入误差的影响。通过对大气环流谱模式SAMIL采用不同CPU数计算时获得的长时间积分结果进行分析，发现使用不同CPU数进行单精度计算时，其十年平均月平均500 hPa高度场随机误差在正负6～8 gpm范围内，而使用双精度计算时相应的误差为正负3～4 gpm。对于气候平均场而言，作者的试验表明SAMIL在并行计算时由于计算顺序改变而引起的误差在可接受范围之内。然而，虽然舍入误差的全球平均值不大，但其误差分布的差别范围并不小。数值试验得到的不同模拟结果之间误差大小与模拟结果的自身年际变化大小在同样的量级，因此对于“年际变化”这样的问题来说，其影响是不可忽略的，必须要使用集合预报的办法来减小误差的影响。文中列出了3种研究复杂数值模式舍入误差的实验方法，指出其一定条件下的等效性和不同适用范围，对于其他模式的舍入误差影响研究有一定的参考价值。在舍入误差分析的基础上，介绍了一种新型的专门针对舍入误差的集合预报方法（舍入误差平均集合，RME），指出了其在气候模拟研究中的应用价值。     

长期天气过程的可预报性研究的进展

在数值天气预报中,大气可预报性问题是一个重要的研究课题。它们有的是从数值预报模式初值场误差探讨,即讨论计算过程中的误差增长使得预报与实况差异太大的时间。这段时间一般为两周,它称为大气可预报的时间。这是短期天气过程可预报性问题。长期天气过程的可预报性,大多是从天气变化稳定性进行探讨。短期天气过程与长期天气过程的关系以及长期天气过程的可预报性问题一直是近十余年来气象学者十分关心的研究课题,本文将着重介绍有关长期天气过程可预报性研究的进展。     

数值预报产品释用方法探讨及其业务系统的建立

本文介绍了几种数值预报产品的释用方法以及一个数值预报释用系统的建立。该系统具有检索国内外各类数值预报形势场及物理量场、500 hPa西风环流指数演变、单站高低层物理量表、数值产品误差和预报能力比较、调阅各类传真图、多维图形显示等功能,为预报员在分析制作预报中提供了更多更实用的数值预报产品释用信息。     

一个用阶梯山脉坐标表示的大气环流模式：模式的描述及其对中期预报的有效性

阶梯山脉或η垂直坐标已成为消除在沿陡坡面计算气压梯度力时出现的数值误差而建议的一种解决方法。这篇文章的主要目的是描述采用η坐标而设计的全球大气环流模式的发展，并检验该模式对中期预报的能力。首先，给出极地边界和极地滤波的处理。为了检验极地处理，给出了用浅水波方程得到的数值结果；其次，还把各种物理过程参数化引入多层η坐标模式。为了证实该模式有效，给出了几个１月份个例的数值积分。η坐标所列方程与随地形起伏的σ坐标所列方程很相似，允许用其中一种垂直坐标试验模式。于是，在同样的物理过程参数化下，我们用η坐标大气环流模式和σ坐标的大气环流模式进行了比较。另外，还与σ坐标的谱模式作了比较。还就模式的有效性，用几种不同的水平分辨率，４种观测的初始状态作了１０天积分。对相对低的分辨率的模式，预报结果稍微有利于谱模式和σ坐标模式。然而，采用较高分辨率，η坐标模式预报技巧评分与σ坐标模式结果不再有明显的差别。给出的其它结果还证实了η坐标在陡峭地形附近的优势以及与地表边界层处理有关的η坐标的潜在缺陷。     

海气相互作用与长期天气预报

本文根据世界气象组织自1984年以来召开的几次规模较大的长期天气预报学术会议及海气相互作用的专题讨论会的报告和文集,简要地介绍了这方面的动态和主要进展。指出ENSO循环和季节内部振荡的观测研究和数值模拟研究对加强长期天气预报的物理基础具有重要意义,重点介绍了英国气象局用5层和11层大气环流模式进行长期预报试验的结果。这些试验表明,在长期数值天气预报中采用实测的海表温度对减小预报误差,提高预报技巧有肯定的作用。