《中尺度大气动力学引论》将出版

中尺度天气系统的研究是气象研究领域的前沿课题。本书是作者———北京大学地球物理系的张玉玲教授根据为研究生讲课的讲义整理编写的。全书共分１１章。前两章扼要介绍了中尺度划分和描述中尺度运动的动力方程组。从某种意义上讲,重力波是中尺度范围内最基本的运动,第３章介绍了重力波的基础知识和大气中具有天气意义的重力波。大气中尺度系统按其成因大致可分为两类：一类是由大气下边界的动力和热力强迫所引起,另一类是大尺度环境诱生的系统。第４章和第５章主要介绍第一类中尺度系统。第６章讨论了背景场可诱发产生中尺度系统的不同…     

中小尺度对流系统的高分辨率数值模拟近况和未来挑战

随着高速、大容量、并行计算能力的迅速增长和中尺度数值模式的不断完善,近年来不断涌现使用1 km乃至次千米网格距开展中、小尺度对流系统的数值模拟研究。这些数值模拟工作展现出目前观测手段还无法得到的动力学一致的高分辨率气象信息,大大提高了对一些中、小尺度对流系统内部结构和演变的理解。但高分辨率数值模拟的未来发展也面临着不少问题和挑战。首先回顾提高模式分辨率至1 km乃至次千米模拟中、小尺度对流系统的进展,并综述目前在高分辨率数值模拟中的资料同化和物理过程处理方法,同时指出中尺度模式中处理积云对流、大气边界层和辐射过程时值得注意的分辨率"灰色区",然后介绍使用1 km和次千米分辨率模拟中、小尺度对流系统的几篇有代表性的工作。最后讨论高分辨率数值模拟的未来发展和挑战。     

暴雨数值模拟中的CISK机理分析

将卫星反演的水汽资料计入MM5中尺度大气数值模式初始场，增加了模式初始水汽场的中尺度信息。并对长江流域暴雨个例进行了模拟试验。通过分析模拟结果，具体讨论暴雨中的第二类条件不稳定(CISK)机制，即揭示了初始场改进使得中尺度系统的“spin-up”时间提前，暴雨预报效果改善的物理机制。     

《大气环流模式》

《计算物理方法》系美国加里福尼亚大学主编丛书,该丛书第17卷《大气环流模式》在1977年出版。由五个课题组成,现分别介绍如下。一、天气预报和气候模拟中数值模式的计算方面。由美国国家大气研究中心笠原(Kasahara)撰写。研究大气和海洋运动规律的学科是地球物理流体动力学。天气预报和气候模拟就是由这门学科的基础理论所建立起来的一整套方程组控制。这套基本方程组通称“数学模式”,当数值近似方法应用于这组方     

高分辨中尺度雷电预报模式GRAPES_LM的建立及其初步应用试验

为了探索雷电天气的数值预报新方法,在高分辨GRAPES_Meso中尺度预报模式中添加了各种水成物电荷密度预报方程组,同时从传统基于云模式的三维雷电模式中剥离出起电过程和放电过程参数化方案,作为中尺度模式的一种物理过程参数化方案嵌套进中尺度模式,使得整套中尺度模式包含了大气动力、雷电过程及各种物理过程,建立了大气动力-物理过程和雷电过程一体化的数值预报模式GRAPES_LM,建立的GRAPES_LM模式包含了多种复杂的微物理过程参数化方案,其中,包括中国气象科学研究院开发研制的双参数对流云参数化方案;包含了霰/雹与冰晶/雪晶碰撞回弹的非感应起电、霰/雹与云滴碰撞的感应起电及霰碰撞大云滴造成冰晶繁生的次生冰晶起电3种起电参数化方案以及最新的随机双向放电参数化。并利用美国CCOPE观测试验中的个例观测资料(1981年7月19日),进行了初步应用模拟试验,对模式的雷电数值预报的可行性进行了验证分析。结果表明,高分辨率GRAPES_LM模式对1981年7月19日的雷电过程个例做出了成功的模拟预报,较好地给出了雷暴云的动力、微物理和电过程的时空演变,雷电天气数值预报新方法的可行性得到了初步验证。     

近年来我国暴雨中尺度系统研究的某些进展

本文重点介绍了近年来我国气象学者对暴雨中尺度系统研究的某些进展,涉及有关暴雨中尺度系统及其触发机制、动力学、热力学、数值模拟、微物理结构、卫星云图和雷达回波分析问题,并分析了暴雨中尺度系统的研究前景.     

MM5微机模拟系统的简介和初步应用个例

本文将ＰＳＵ／ＮＣＡＲ ＭＭ５中尺度数值模式移植到微机上,利用改进的空军中尺度数值预报业务系统的前后处理技术,在微机（或工作站）上建立起了ＭＭ５中尺度模式模拟系统,介绍了该系统的各模块技术方案同时对南北方两次性质不同的暴雨个例进行了成功的模拟,并对一次梅雨锋暴雨进行了数值试验。实践表明,ＭＭ５中尺度模式诉建立十分成功,对天气形势、降水特别是暴雨等重大灾害性天气的模拟能力较强,模拟效果与实际基本一致     

中尺度业务数值预报试验模式系统原理和应用（二）模式物理过程

中尺度业务数值预报试验模式系统原理和应用（二）模式物理过程陈伟民，王强（兰州中心气象台７３００２０）物理过程是中尺度模式的重要组成部分，主要涉及到行星边界层物理过程、地面能量平衡、水汽循环等问题。中尺度业务数值预报试验模式系统（简称ＭＯＮＦＥＭＳ）的...     

各种非绝热物理过程在中尺度模式中的作用

随着中尺度模式水平分辨率的不断提高,考虑加入尽可能合理的各种非绝热物理过程极为重要。如积云参数化需包括湿下沉气流、中上层的云卷出和非降水性浅对流。显式云物理方案需同时加入含有水相和冰相的预报方程,以计入水负荷、凝结蒸发、冻结融化和凝华升华的影响。本文首先从实测角度介绍上述物理过程在产生中β尺度环流结构的作用,然后通过一些敏感性数值试验来阐述它们如何帮助成功模拟不同的中尺度对流系统。这些物理过程的相对作用取决于网格距大小或可分辨尺度垂直运动的强度。当网格距在20～50 km之间,本文特别强调积云参数化和显式云物理方案的同时使用。最后对各种非绝热物理过程的耦合以及中尺度模式的局限性作了适当讨论。     

一次台风暴雨过程的数值模拟和中尺度分析

利用改进的有限区域数值预报模式（AREM）,对“艾利”台风在福建省登陆所造成的特大暴雨过程进行了数值模拟;采用空间带通滤波技术,对模拟结果进行尺度分离,揭示出对此次暴雨天气过程有直接影响的中尺度系统,即中尺度低压和中尺度辐合线;对这些中尺度系统的物理量场特征和它们与强降水的关系进行了分析研究。结果表明：强降水与中尺度系统的散度场有较好的对应关系,中尺度系统与地形相互作用形成很强的辐合抬升作用是造成中尺度暴雨的直接原因。     

大气动力学方程组的定性理论及其应用

基于完整的湿大气动力学方程组,利用无穷维动力系统的新理论和新方法,系统讨论了强迫耗散的非线性大气系统的定性理论及其应用。将完整的强迫耗散非线性湿大气动力学方程组化为Hilbert空间中一个等价的算子方程,研究了算子的性质及其物理意义,在此基础上得到湿大气系统全局吸引子的存在性定理,揭示出系统向外源的非线性适应特征,并把结果推广到有地形动力作用和非定常外源强迫的情形。同时探讨了大气方程组惯性流形的存在,大气多平衡态产生的根源以及强迫、耗散和非线性对系统解的渐近行为的影响。在理论结果的基础上,提出强迫耗散的非线性动力系统中存在三类时间边界层、方程组简化准则、分解算法的算子约束原则以及支撑吸引子基底的少数自由度的构造方法,探讨了理论在非线性发展方程差分格式的设计和计算稳定性分析、多平衡态的数值分析、数值模式延伸预报的改进、短期气候预测以及一类中尺度系统分析与预测中的应用,指出描述长期过程动力学模式的必备条件,给出初值与模式相协调的合理解释。最后,对今后的研究方向作了展望。     

利用WRF对兰州冬季大气边界层的数值模拟

本文介绍了WRF中尺度模式的有关概况,分析了模式的物理结构,并利用WRF中尺度模式对河谷城市兰州冬季大气边界层的风场和温度场进行了数值模拟研究。模拟结果与观测事实基本一致,表明WRF模式具有良好的稳定性能。     

中国暴雨中尺度系统发生与发展的诊断分析和数值模拟(Ⅱ)数值模拟

通过改进的MM4中尺度数值模式，对我国三次典型大暴雨过程的模拟，来探讨暴雨中尺度系统发生与发展的问题。主要结果指出:气旋性涡柱在不稳定暖湿气柱内生成和发展，以及与整个涡柱共存的上升运动的持续加强，对暴雨中尺度系统的发展具有重要的作用；地面热通量，凝结潜热释放对暴雨中尺度系统的发展有决定性的作用；各种不同的物理过程和参数化、青藏高原的构形造成的外强迫影响，以及模式空间分辨率等，对暴雨中尺度系统结构与演变以及降雨量的模拟结果均有重要的作用。     

不同微物理方案对一次梅雨锋暴雨过程模拟的影响

中尺度模式中描述湿物理过程的方案主要有对流参数化方案和云微物理方案,当网格距达到可以分辨积云对流尺度时,云微物理方案对描述云和降水物理过程的作用将变得更为重要.利用GRAPES高分辨率中尺度数值模式对2007年7月7-9日中国梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟,从降水量、雷达回波、水成物分布方面结合观测资料,分析了NCFP简...     

2008年8月10日北京地区暴雨过程的诊断分析和数值研究

利用地面和探空加密资料、FY-2C黑体辐射亮温(TBB)以及NCEP资料,对2008年北京奥运会期间(8月10日)发生的一场区域性暴雨过程进行了初步分析,并利用WRF模式(V3.0),针对此次暴雨过程的性质设计了一系列数值试验,探讨了此次暴雨过程数值模拟和预报中模式物理过程的敏感性。结果发现:(1)引发暴雨的中尺度对流系统经历了3个阶段,即低槽云系中零乱弱对流云活动(北京西部山区)、低槽云系中镶嵌的波状对流云团活动(北京中西部地区)以及尺度较大的中β尺度对流云团发生发展阶段(北京中东部地区)。地面中尺度雨团与中尺度对流系统的活动特征一致,即经历了北京西部山区的零乱雨团和中西部地区波状雨团以及中东部地区中β尺度雨团活动阶段。(2)暴雨中尺度对流系统发展前处于高水汽环境、抬升凝结高度低、一定的对流不稳定能量和有利的地面抬升条件,暴雨中尺度对流系统发展过程中有明显的对流不稳定能量积聚与释放和水汽增减过程。(3)暴雨过程中低空急流特征并不明显,暴雨可能主要由对流层低层扰动、近地面冷空气活动、天气尺度强迫以及地形等共同作用引发中尺度对流系统造成。(4)数值试验结果表明,云微物理过程不足以改变强降雨带的模拟,此次暴雨过程...     

武汉气象中心数值天气预报释用系统的研制

随着计算机技术的飞速发展和人们对大气运动过程的深入了解,特别是随着近年来中尺度数值天气预报的业务化,高分辨率的包含复杂物理过程的中尺度业务预报模式已成为1990年以来数值天气预报发展的方向.预报员在实际业务工作中可参考的指导产品不仅有大尺度的天气形势信息,还包括各种中尺度及地面气象要素在内的大气运动的物理参数,从而以数值天气预报产品为基础的数值天气预报释用水平也得以提高.这不仅使得预报员能更方便地利用数值天气预报产品制作当地的各种天气及要素预报,而且使得气象服务更加准确及时.该文对武汉气象中心数值天气预报释用系统(以下简称系统)的开发环境、特点、技术方法和应用情况作了介绍.     

95.8暴雨过程中天气尺度和中尺度系统相互作用的数值模拟

本文依Ｂａｒｎｅｓ滤波原理，利用低通波场的连续性特征进行尺度分离，分析了暴雨过程中天气尺度系统和中尺度系统的作用，并用中尺度数值模式对该暴雨过程中天气尺度和中尺度系统的相互作用进行了数值模拟。     

三维积云数值模拟的进展

一、三维积云数值模拟的提出 积云数值模拟是用流体动力学方程和热力学方程组以及描写云物理过程的方程组,用电子计算机,通过计算云中各物理参数的空间分布和时间变化来说明云体发展的一种方法。它的发展已有20余年历史。一维积云模式可以详细了解云的垂直结构,在探讨云物理因子的相互关系和各因子的相对重要性时,它具有计算简单的优点,但是它不能反映水平方向的分布特征以及环境对云内物理量的作用,只能以参数化形式考虑云外空气的挟卷机制。Ma~- 1kus等首先用二维数值试验描述热对流发展。在此动力热力学方程组的基础上,     

用MM5对"98.6"连续暴雨过程的数值模拟分析

用中尺度数值模式(MM5)对98.6连续暴雨过程进行数值模拟,并利用它们输出的高分辨率协调资料,从多角度对主要影响系统的演变规律及暴雨可能发生的物理机制进行详细分析.     

非静力平衡数值模式

高分辨率的静力平衡模式在中尺度运动的研究中被广泛应用。但一些作者指出静力平衡近似的误差对于重力波的一些重要性质产生影响，因此发展非静力平衡模式是十分必要的。本文主要介绍了完全弹性模式和滞弹性模式，给出了模式的基本方程组，并讨论了与数值解法有关的问题，最后简单地说明了弹性近似模式。