省时显式积分方案在有限区数值预报模式中的应用

本文作了有限区数值预报模式显式和省时显式时间积分方案的对比试验。对于冬季和夏季两个个例的计算结果表明，采用省时显式方案能大大提高计算效率，同时保持几乎和显式方案同样的预报结果。此外还讨论了省时显式方案中的侧边界处理方法。     

正压原始方程模式分离显式积分方案的试验

本文用正压原始方程模式考察了分离显式积分方案的稳定性和精确性。把模式方程组分为平流方程组和适应方程组。积分周期分离为两个主要部分。第一部分,显式积分平流方程组;第二部分,显式积分适应方程组。试验结果表明,分离显式积分方案比显式积分方案稳定。用这种方案制作有限区域正压原始方程模式24小时预报所需要的计算时间是显式方案的二分之一。     

热带有限区分裂半隐式斜压初始方程预报模式

本文提出一个采用分裂半隐式时间积分方案的热带有限区多层初始方程数值预报模式。业务预报试验表明模式的计算稳定性较好,预报作业时间较显式方案缩短约三分之二,对热带天气系统有一定预报能力。为了弥补热带大洋上探空资料不足,还试验了插补其他来源的资料,效果也较好。     

正压原始方程模式分离半隐式积分方案的试验

本文设计了一个正压原始方程模式的分离半隐式积分方案,并考察了它的稳定性和精确性。试验结果表明,分离半隐式积分方案是非常稳定而有效的。用这种方案制作有限区域正压原始方程模式24小时预报所需要的计算时间是分离显式方案的二分之一,是显式方案的四分之一。     

分裂显式积分方案在数值预报模式中的应用

分裂显示积分方案[2]是一种比较经济的积分方案。用这种方案可以显著地节省电子计算机的计算时间。 本文在一个p坐标、北半球五层初始方程模式上进行了分裂显示积分方案的试验。试验结果表明在非跳点网格上分裂显式积分方案仍然取得了令人满意的效果。从计算时间上看分裂显式积分方案所花费的计算时间仅是显式积分方案的四分之一左右。例如在M—170电子计算机上显式方案做一天预报需要40分钟,而分裂显式方案还不到10分钟。从预报效果上看分裂显式方案并不比显式方案差,在本文给出的预报例子中,分裂显式方案比显式方案预报效果还好一些。     

HLAFS显式云降水方案及其对暴雨和云的模拟(I)云降水显式方案

将三套显式云降水方案移植、耦合到国家气象中心业务有限区数值预报模式HLAFS中, 显式云降水方案包括双参数暖云方案、简化混合相云方案和双参数混合相云方案,明显地改进了原模式预报系统的湿物理过程,特别是对云降水过程的模拟能力.详细介绍了这三套云降水方案的物理过程,以及与动力框架的耦合.     

南海热带气旋数值预报模式与全球谱模式的嵌套试验

分析了各嵌套变量的作用和效果，发现采用部分变量嵌套就能取得一定效果，各变量的作用也不完全相同。这样，可以选取作用大，质量好，易处理的变量进行嵌套。并相应地提出了一个边界嵌套处理方案，应用于南海带热带气旋数值预报有限区模式（ＴＬ１０）与全球谐模式（Ｔ６３）的嵌套过程，通过数值预报试验，表明采用该嵌套处理方案能够取得良好的效果。     

有限区域非线性正规波初值化方法实验与比较

本文以一个有限区域六层斜压原始方程模式为基础，实现了非线性正规波初值化方案，并做了２４小时积分预报实验，将非线性正规波初值化方案和平衡初值及实测风初值方案积分结果进行了比较。结果表明；非线性正规波初值化方案和对初始场个性较小，初值化后风压场配置合理；积分初期能迅速抑制重力波高频振荡，使模式计算稳定；２４小时形势预报较实测初值预报结果好得多，高层形势预报比平衡初值有改进，降水落区远比另外两种方案好。     

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。     

一个简化的混合相云降水显式方案

该文提出一个新的混合相云降水显式方案,它预报2个云物理量,即云水（冷区为过冷云水）和降水（冷区为冰雪,暖区为雨）,考虑了7种云物理过程。文中给出了详细的方程组,可以作为一个子程序供大、中尺度天气模式使用。该方案还与详细微物理显式方案和暖云方案作了实例模拟比较。     

第二类边界逆热传导问题的一种新正则化方法

考虑一个有界区域上第二类边界的逆热传导问题,给出了一个新的方法——多参数终值数据拟合法,并进行了收敛性分析,最后通过数值算例说明了该方法的有效性和数值稳定性.     

人为热对城市边界层结构影响研究

为研究不同人为热源引入方案对城市边界层结构模拟性能的影响，以杭州地区为例，在区域边界层模式（RBLM）中引入一种新人为热源处理方案，即对城市中的人为热排放分层考虑，将低层的人为热源加入地表能量平衡方程，将高层人为热源分布与建筑物高度和密度联系起来，加入热量方程中，同时考虑了人为热源强度的日变化。数值试验结果表明，这是一种比较合理的处理方案。人为热源引入方案对城市边界层结构的影响表现在:气温、湍流动能增加，并通过湍流交换输送到较高层大气；大气不稳定度增加，混合层高度最高抬升了400 m；城市地区上升速度增加，热岛环流加强；白天人为热源一般为太阳辐射的10%～20%，对地气交换的影响较小。夜间没有了太阳辐射能量，对地气交换的影响比日间更明显；冬季低层湍流活动加强，湍能约增加40%，大气层结稳定度降低。     

一个统计低云方案及其在大气环流模式中应用初探

文中利用湍流耗散特征时间尺度和湍流垂直扩散系数对湍流二阶距进行参数化 ,将一个统计云方案与一阶湍流闭合方案进行耦合。基于数值试验 ,在不同的相对湿度、温度垂直梯度、以及湍流耗散特征时间尺度条件下 ,对该方案云量模拟能力的分析 ,发现该统计云方案对其采用的参数及湍流耗散特征时间尺度敏感。基于该数值模拟分析 ,修改了该统计云方案 ,并结合其他边界层积云参数化方案 ,给出了一个基于统计的低云参数化方案。将其初步应用于NCARCCM 3后发现 :该方案可以显著增强CCM 3对副热带低云的模拟能力 ,可以合理地模拟出大洋东部大陆西岸冷海域低云量大值中心 ,显示出该方案对于改进大气环流模式低云参数化具有潜在的应用前景。     

边界层参数化方案的探讨

本文对求取边界层参数的多种参数化方案进行了分析讨论，通过比较表明：新一代空气质量模式系统ＨＰＤＭ采用的参数化方案具有较优的性能，在我国制定大气污染物排放标准时值得借鉴。同时本文还对边界层高度Ｚｉ提出改进方案     

A Statistically-Based Low-Level Cloud Scheme and Its Tentative Application in a General Circulation Model

1. Introduction Clouds are active factors in the climate system, and have significant influences on the global hydrolog- ical and thermal budgets. More and more the climate model developers and researchers have realized the im- portance to appropriately describe the interactions be- tween cloud and radiation in the atmospheric general circulation model (AGCM). It is well known that cloud is one of the contributing factors to the uncertainties in the simulation of climate by AGCM. Especiall…     

边界层湍流参数化改进对雾的模拟影响

为了提高边界层参数化在我国复杂下垫面上的描述能力,改善边界层能量和物质输送计算和检验其数值模拟效果,本文选取WRF三维模式,采用基于我国不同下垫面上的边界层观测资料改进的新MYNN（Mellor-Yamada-Nakanishi-Niino）参数化方案对2009年3月17日黄海海雾以及2011年12月4日华北地区两次大雾过程进行模拟检验,探讨边界层参数化方案对雾和边界层结构模拟的影响。参照卫星云图和探空资料,边界层内云水混合比垂直积分的水平分布的模拟能力明显提高,反映了改进的MYNN方案能够更好地模拟出两次雾过程的发生、移动和雾区空间分布,更精确的云水混合比和温度的垂直分布能更好地给出雾区的垂直结构和稳定层结,同时可改善雾区低层位温以及比湿垂直分布的模拟。     

Dependence of the agcm climatology on the method of prescribing surface boundary conditions and its climatological implication

By using IAP 9L AGCM, two sets of long-term climatological integration have been per-formed with the two different interpolation procedures for generating the daily surface boundary conditions. One interpolation procedure is the so-called “traditional” scheme, for which the daily surface boundary conditions are obtained by linearly interpolating between the observed monthly mean values, however the observed monthly means cannot be preserved after interpolation. The other one is the “new” scheme, for which the daily surface boundary conditions are obtained by linearly interpolating between the "artificial" monthly mean values which are based on, but are dif-ferent from the observed ones, after interpolating with this new scheme, not only the observed monthly mean values are preserved, the time series of the new generated daily values is also more consistent with the observation. Comparison of the model results shows that the differences of the globally or zonally averaged fields between these two integrations are quite small, and this is due to the compensating effect between the different regions. However, the differences of the two patterns (the global or regional geographical distributions), are quite significant, for example, the magni-tude of the difference in the JJA mean rainfall between these two integrations can exceed 2 mm/day over Asian monsoon regions, and the difference in DJF mean surface air temperature can also exceed 2oC over this region. The fact that the model climatology depends quite strongly on the method of prescribing the daily surface boundary conditions suggests that in order to validate the climate model or to predict the short-term climate anomalies, either the " new* interpolation scheme or the high frequency surface boundary conditions (e.g., daily or weekly data instead of the monthly data) should be introduced. Meanwhile, as for the coupled model, the daily coupling scheme between the different component cli?mate models (e.g., atmospheric and oceanic general circulation models) is preferred in order to partly eliminate the “climate drift” problem which may appear during the course of direct coupling.     

Implementation of turbulent mixing over a stratocumulus-topped boundary layer and its impact in a GCM

The effect of a vertical diffusion scheme over a stratocumulus topped boundary layer (STBL) was investigated using the YONU AGCM (Yonsei University Atmospheric General Circulation Model). To consider the impact of clouds on the turbulence production, the turbulence mixing term, driven by radiative cooling at the cloud top, is implemented as an extended non-local diffiusion scheme. In the model with this new scheme, the STBL parameterization significantly influences the lower atmosphere over the tropical and...     

二维冰雹云数值模式

本文介绍一个面对称的二维冰雹云模式,其动力学方程基本包含各种动力因子;嵌入改进的降水物理过程,可以描述粒子分布的双参数变化;设计一种新的悬浮边界,可改善边界的影响,设计降水粒子场外边界形态变化子程序,可描述流场和降水粒子场相互作用而形成的雷达回波特征。利用该模式,模拟计算出冰雹云弱回波结构,并研究不同热力扰动场、不同切变风场下对流流场的流型特征。     

CMA-GFS 4DVar边界层过程线性化的改进北大核心CSCD

持续发展和优化切线性模式的线性化物理过程,保持与非线性模式一致是改善四维变分同化(4DVar)分析和预报效果的有效方法之一。目前业务系统的CMA-GFS模式采用基于Charney-Phillips(C-P)跳点的边界层参数化方案,而CMA-GFS 4DVar系统中采用基于Lorenz跳点的边界层线性化方案。为改善CMA-GFS 4DVar系统的边界层分析和预报效果,基于C-P跳点的边界层参数化方案研发了新边界层线性化方案,并通过对方案中地表热量通量和水汽通量扰动、自由大气的理查逊系数扰动、边界层的热量和动量交换系数扰动等进行更加精细地规约化约束,在确保CMA-GFS切线性和伴随模式稳定运行的情况下,减少线性化过程对切线性模式预报精度的影响。切线性近似试验检验表明:相较于原方案,新边界层线性化方案可以减少边界层位温和比湿的相对误差,最大可减少10%。批量4DVar循环同化试验表明:新边界层线性化方案可以有效改善切线性模式对低层位温、风场和比湿扰动的预报精度,减少4DVar内外循环目标泛函的相对差异,并提高700 hPa位势高度的可预报时效。