初始方程数值模式的一个计算格式及其预报的个例实验

本文对σ坐标的初始方程数值预报模式提出了一个比较简洁、稳定而灵活的计算格式,便于引进地形和加热等物理作用。 文中给出了这一格式的特点,并概述了半球模式的侧边条件的影响情况。从预报个例实验结果看,格式基本上是稳定的,而短期预报的效果也较好。     

一个全球大气格点模式和超长波预报问题

本文是作者在“一个修改的σ坐标初始方程”北半球模式的基础上发展全球大气模式的第一个报告.文中给出了这个全球格点模式方程组的基本计算方案;并对一个全球大气形势预报的实例进行了分析,与半球模式预报的结果作了比较,讨论了有关超长波的预报问题.     

青藏高原对不同纬向环流动力扰动的数值试验

本文采用σ坐标的三层初始方程模式,用数值试验方法,模拟了青藏高原对四种纬向基本气流的动力扰动:正压均—西风,正压急流型气流,斜压气流和夏季纬向平均气流。实验结果有助于认识青藏高原对东亚大气环流的动力作用。     

大气热源和大地形对夏季印度季风和东亚季风环流形成作用的数值模拟

本文利用一个σ坐标的三层初始方程热带球圈数值模式,以全球夏季平均纬向风场为初始场,研究地形的纯动力作用和不同地区的大气热源、冷汇对亚洲夏季两支独立的季风环流系统形成的影响,针对它们对季风环流的主要成员如越赤道气流、季风槽、青藏高压等的相对重要性设计并进行了—系列试验,东亚季风环流和印度季风环流系统的成员被很好地模拟出来。     

青藏高原的动力和热力作用对高原低涡形成的数值试验

本文通过适用于高原地区中尺度系统的6层σ坐标原始方程模式,采用理想初始场,进行高原低涡形成的数值试验。同时还研究了地形作用,感热和潜热等多种物理过程对中尺度高原低涡的贡献。通过敏感性模拟试验,揭示了高原低涡形成的物理机制,以及青藏高原动力和热力作用对高原低涡形成的影响。     

一个修正的σ坐标初始方程斜压模式的分裂显式积分

为了节省计算时间,本文对一个修正的σ坐标初始方程斜压模式作了分裂显式积分的研究。把大气运动分为平流过程和适应过程。在时间积分上对平流过程采用欧拉后差,对适应过程采用向前—向后差分格式,得到积分15天的稳定结果。计算时间比显式节省了60％左右,而预报效果相似。     

P—σ混合坐标原始方程模式的改进和试验

在五层Ｐ－σ混合坐标原始方程模式的基础上，改进成了一个九层Ｐ－σ混合坐标原始方程模式。模为１７×３９个格点，分辨率为５°×５°，其物理过程与五层模式相同。该模式性能稳定，用该模式对１９９４年冬的一次寒潮过程进行了模拟，温压场的主要特征符合实况。     

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。     

热带大气准双周振荡的数值试验研究

本文利用一个地表温度由热平衡方程所控制的P—σ混合坐标五层原始方程球带模式,不仅模拟出了在SST暖异常地区扰动的形成,且模拟出了扰动及与其相对应的降水和SST的准双周振荡现象,SST的振荡位相较降水超前1/3周期,研究认为这种振荡是由云——辐射相互作用所造成的。初始SST暖异常在中西太平洋比在东太平洋时引起的振荡明显,因此在扰动东移过程中振荡是衰减的。     

大地形对夏季北半球副热带高压形成作用的数值试验

本文利用一个σ坐标的三层初始方程热带球圈数值模式,研究大地形对纬向风带的纯动力扰动作用. 结果得到,大地形的直接动力强迫作用,可使纬向均匀的高压带在地形区发生断裂,形成青藏高压、落基山高压和伊朗高压;然后通过大气环流的动力调整,在上述三个高压的上、下游形成北非高压和两个大洋上的高压,两类高压的结构很不相同.大地形的纯动力作用,对于青藏高压和落基山高压这一类“暖性”结构高压的形成,也起了相当的作用.     

热带辐合带上台风发展的数值模拟

我们应用包含对流和大尺度凝结加热、洋面感热和潜热输送及边界层摩擦作用的五层原始方程模式,模拟了西太平洋热带辐合带上7504号台风ORA的发展。用σ坐标的平衡方程计算初始风场。试验结果得到热带气旋风场和温度场的非对称结构。适当改变初始场所做的几个试验表明:(1)辐合带两侧东西风的水平切变不一定是台风形成的唯一条件;(2)地面原先存在的扰动在台风发展过程中起着重要的作用;(3)台风发展中要考虑大尺度环境场的水汽通道。     

p－σ混合坐标原始方程模式的改进和试验

在五层ｐ－σ混合坐标原始方程模式的基础上，改进成了一个九层ｐ－σ混合坐标原始方程模式。模式为１７×３９个格点，分辨率为５°×５°，其物理过程与五层模式相同。该模式性能稳定，用该模式对１９９４年冬的一次寒潮过程进行了模拟，温压场的主要特征符合实况。由于该模式的垂直分辨率高于五层模式，所以模拟结果优于后者，试验表明模式可应用于业务预报。     

大地形对行星波空间结构及其移速影响的数值试验

本文采用p-σ混合坐标十二层初始方程模式，研究了青藏高原与东亚实际地形对于行星波空间结构影响效应问题。本文数值试验表明:青藏高原动力效应与大地形结构特征显著相关；大地形因素的影响可以导致行星波在移动过程中其空间结构呈复杂变化，即引起行星波在大地形南北坡的位相差、系统的变速现象及结构的形变等特征。     

数值预报讲座 第二讲 北半球五层原始方程模式

1982年2月,北京气象中心开始向全国发布一组新的数值预报图,其中北半球的形势预报采用了修正σ坐标的原始方程五层模式。该模式是对北京气象中心原先使用的三层原始方程模式(简称Λ模式)的一个改进。其特点是在垂直分解上从三层扩充为五层;在水平分解上从540公里改为381公里;在静力关系差分上进一步包括了“时间微分”方案;在时间积分上将原来的欧拉后差     

青藏高原加热对南亚高压影响的数值模拟

利用５层Ｐ－σ坐标系统原始方程模式,以纬 向平均环流为初始场,模拟了高原加热后,大气环流演变的一些基本特征,其主要特征如对流层高层出现了闭合的反气旋环流、低层高度场和温度场均不所降低等,与实际天气极其相似。说明青藏高原的加热对高原上熔反气旋环流（南亚高压）和低层气旋环流以及东亚大槽等的形式和维持具有重要作用,对降水场的模拟也与客观分析结果一致。     

凝结潜热在梅雨锋次天气尺度气旋发展中的作用的数值试验

本文用五层σ—坐标原始方程模式进行了一次个例数值试验,考察了凝结潜热在梅雨锋次天气尺度气旋发展中的作用。试验从天气学角度出发,对宏观水汽条件和在系统发展过程中凝结热力强迫作用的时间分别进行了控制。结果证实了斜压扰动开始有一个动力发展过程。但是,凝结潜热对扰动的发展是重要的。同时,水汽平流和次天气尺度干、湿中心也是系统发展的重要因子。这是在作系统的预报时应予重视的。     

青藏高原加热对南亚高压影响的数值模拟

利用5层P-σ坐标系统原始方程模式,以纬向平均环流为初始场,模拟了高原加热后,大气环流演变的一些基本特征.其主要特征如对流层高层出现了闭合的反气旋环流、低层高度场和温度场均有所降低等,与实际天气极其相似.说明青藏高原的加热对高原上空反气旋环流(南亚高压)和低层气旋环流以及东亚大槽等的形成和维持具有重要作用,对降水场的模拟也与客观分析结果一致.     

论当前大气动力模式中存在的若干问题

文章提出了当前大气动力模式中存在的若干问题，如垂直离散问题、提高分辨率的问题、极地流场的预报问题、间断问题、非线性混淆问题和高纬地区纬向差商的计算问题等。在分析讨论这些问题时，也提出了可能解决的方法和途径，比如:垂直离散静力方程，在等距情况下，用lnσ坐标比用σ坐标会使计算误差显著减小；非线性混淆在用球谐函数作基函数时是存在的，但如参加乘积运算的函数足够光滑，非线性混淆作用可以忽略。     

一个考虑了青藏高原附近流场特性的数值模式

设计了一个在水平和垂直方向均具有混合p-σ坐标性质的修正σ坐标模式(称绕流模式),通过地形的刚体内边界条件实现青藏高原附近下层气流的绕流。并对绕流模式和相应的通用修正σ坐标模式(本文设计的参照模式)的24小时预报结果作了对比分析,结果表明:绕流模式改善了对流层中下层高原附近及其下游地区的预报。      

二维全球气候模式的发展——由对流层向平流层的扩展

采用Arakawa的σ-p混合坐标，将李维亮等人发展的一个二维全球原始方程模式由对流层扩展到平流层中层(10 hPa)。垂直分层采用等lnp方案。发展后的模式不仅在计算上具有很好的稳定性，而且能较好地模拟平均温度场、平均纬向风场和平均经向风场及其季节性变化。同时，在模式对流层之上加上平流层后改善了对流层上层环流的模拟。