自忆谱模式制作中期天气预报的试验

基于大气自忆性观点, 引进记忆函数, 可构造一个差分-积分方程; 称之为自忆性方程; 给出了此方程的球谐表达式及其离散计算公式.以T42L9谱模式为动力核, 建立了一个全球自忆T42谱模式 (SMT42).用实际资料进行了逐日至15天积分试验计算, 表明对于500 hPa中期数值天气预报, SMT42比T42的均方根误差小得多, 同时SMT42对距平相关系数也有所提高, 这为中期数值天气预报提供了一种有潜力的新途径.     

自忆谱模式及其初步应用

取一个数值预报模式作为动力核,基于相应的自忆性方程,可设计一个自忆预报模式。现以美国AFGL谱模式作为动力核,推导了一个能使用多时刻资料的自忆谱模式。运用全球网格点资料,通过复最小二乘估计,求得模式中的记忆系数。用该模式试作全球高空温度场的30天平均预报。预报检验表明,自忆谱模式的预报技巧是相当高的。     

自忆数值模式及其应用

取一个现成的数值模式作为动力核，根据自忆性数学原理，将该数值模式变换为一个自忆数值模式。该模式能包容若干个初始场的信息，这就为提高天气预报和气候预测准确率提供了一种可能和机会，藉此要衍生聘种新的预报途径。文中叙述了自忆数值模式的建模原理，给出了制作全球月温度场预报的实例。     

大气的可预报性与大气模式的设计

本文首先提出了设计数值天气预报模式的基本原则——模式大气的可预报性和实际大气的可预报性相一致。然后依据此原则讨论了目前在设计各种数值预报模式时存在的问题。     

国家气象中心T63四维资料同化试验

文章简单地介绍了国家气象中心T63四维资料同化系统试验方案及试验的初步结果。试验结果表明，该系统计算稳定，是一个较好的同化方案;T63L16中期数值天气预报谱模式利用它提供的初始条件制作了7天全球预报，预报结果优于T42L9业务系统。     

基于三次插值函数算法的时间积分方案与二阶时空余差数值模式——以原始大气运动方程与理想全球模拟个例为例

从大气运动原始方程和欧拉算符出发,用泰勒级数展开,给出二阶时空微商余项预报方程。进而讨论用三次插值函数——双三次曲面拟合求上游点的准拉格朗日时间积分方案与相应的二阶时空余差数值模式——“双三次模式”。则双三次模式是通过实现各个大气物理量场的二阶可导,从而可对预报方程做空间非线性(“三次”)时间离散积分,成为“双三次曲面拟合——时间步积分——双三次曲面拟合——……”一种新算法数值模式。讨论双三次数值模式的数学基础:三次插值函数及其数值分析极性定律用于数值模式。指出:双三次模式和谱模式都具有数学“收敛性”;而Coons双三次曲面具有对变量场拟合二阶可导“最优性”;和Hermite双三次曲面片具有对网格变量场二阶可导运算“等价性”。又指出:有限差分模式的中央差近似斜率和曲率,分别是三次样条斜率和曲率作“三点平滑”。双三次模式适合采用原始大气运动方程,适合采用准拉格朗日时间积分方案,并给出一个理想全球模拟个例。因大气运动本质上是非线性的,理论上可按变量场双三次曲面曲率判断,以采用符合物理诠释的局域或单点平滑,以保持模式时间积分稳定性。且未来容易实现全球多重/时变套网格双三次数值模式。      

自忆性建模及其气候应用

对制约系统运动的含时间微商项的方程,引进记忆函数后可导得一个差分—积分方程,它能包容含初值的多个往值。构建和求解系统的差分—积分方程的原理,称为自忆性原理,相应导得的数学模型称为自忆性模型。自忆性模型现已应用到气象、海洋、水文、市场、农业、交通和能源等多个领域的建模、计算和预报,尤其在预报方面取得了显著成果,提高了预报准确率。文中还论述了自忆性—界门模型,讨论了自忆性模型应用效果好的原因,给出了气候预测的实例。     

下一代大气模式中的数值方法综述

数值预报是逐日天气预报、气候预测和气象防灾减灾的核心科技支撑。为进一步提高预报预测的准确度和延长预见期,甚高分辨率、多圈层耦合、多尺度嵌套、多尺度集合、数值地球系统模拟技术等是下一代数值预报的重要发展方向。异构众核高性能计算机和E级计算的高速发展为这一发展提供了契机,但也对现有业务数值预报中采用的数值方法提出了挑战。此文仅对国内外下一代大气模式涉及到的数值方法进行综述,着重于数值算法、准均匀球面网格和时间积分方案等3个方面,期望为相关研究者提供参考。     

数值模式中的回溯时间积分研究

本研究提出并发展了大气记忆动力学,基本观点是考虑大气有记忆能力,在引进记忆函数后将制约大气运动的微分方程变换为一个差分积分方程。这样可以由多个时次的初始场而不仅是一个时次的初始场来求得大气运动的数值解。回溯时间差分格式是基于自忆性原理提出的一种新格式,与传统的格式很不一样,可以包含3个以上不同的时间层次,可以从过去的多时次场中得到更多的信息,以期提高预报准确率。该格式在数值计算中还能自动起过滤作用,可以平滑预报场中的虚假值。回溯格式的基本形式（p阶,p≥2）为:     

仅引入质量守恒律的T63模式对全球大气环流和中国气候的模拟

对引入参考大气和质量守恒律的T63谱模式10年气候积分的结果进行了分析.结果表明,模式对全球大气环流有较好的模拟效果,对中国地区地面气温和中国东部地区的降水也有一定的模拟能力,其中对气温的模拟效果好于降水.模拟存在着一些误差,对地面气温,主要是模拟的温度场系统性偏低,不能模拟出小地形波动引起的温度变化;对降水的模拟,为在我国中西部模拟出了一个大的虚假中心.     

MOMS 中尺度模式的多元最优插值客观分析方法

数值预报模式的预报结果与初始值关系较为密切。因此改善初始场的客观分析效果，是提高预报准确率的一个重要方面。该文针对MOMS中尺度模式的特点，研究设计了多元最优插值客观分析方法。采用T42模式预报结果作为初估值，在测站的选择、记录的订正、测站资料补缺等诸方面都考虑了中尺度模式的特点。该客观分析方案为中尺度数值天气预报及诊断分析提供了较好的初值，对提高中尺度模式的预报效果起到了较好的作用。     

自忆预报模式中记忆特性的探讨

运用有限振幅斜压波的截谱方程对自忆模式中的的记忆性进行了理论探讨。推导了相应的自忆性方程,在给定记忆函数呈线性和指数衰减型时求出了它的解析解,并讨论了这些解的物理意义和预报含意;证明了零解自忆性方程与记忆函数形式无关。通过计算遗忘因子,对动力可预报性和回溯阶等问题进行了讨论,并指出可将其统一纳入大气记忆理论的框架中。     

Improving Numerical Weather Prediction in Low Latitudes by Optimizing Diffusion Coefficients

The horizontal diffusion coefficients of the operational model (T42L9) in numerical weather prediction are optimized by the steepest descent search of multi-dimensional optimization. In order to improve prediction accuracy in low latitudes, the optimum horizontal diffusion coefficients are chosen, with changing variation of the basic diffusion coefficient with the passage of time, and later forecasts are also made better. In view of the averages of forecast verifications of 9 cases, the forecasts with optimum diffusion coefficients are an improvement on operational forecasts. It means that the forecasts are got much better with optimum values of some important parameters by optimization in numerical weather prediction.     

NWP产品在强对流天气诊断分析中的应用

利用ECMWF、T213、T106数值预报产品及各物理量场,对已知中尺度系统发生发展的大尺度条件,预报中尺度环流出现的统计概率进行探讨:首先将武汉中心气象台过去总结的强对流天气模型与数值预报产品中的环流形势进行对比分析,当所预报的环流形势满足强对流天气模型时,认为大尺度条件将会促进中尺度天气的发生发展。再对数值预报产品中的有关物理要素场和值进行诊断分析,当所诊断的结果反映出有中尺度次级环流出现或有利中尺度对流天气发生时,最后对强对流天气落区、落点及降水性质进行诊断分析。同时,还利用AREM中尺度数值模式对2002年7月21~24日过程进行诊断分析,预报效果较好。,通过诊断分析,得出了强对流天气落区、落点及降水性质与各要素之间预报场和值的关系,同时也为今后精细化预报提供了启示和参考。     

多模式温度集成预报的检验分析

该文利用C#程序语言逐日读取欧洲数值预报模式(Ec)、中国数值预报模式(T639)、德国天气在线(ZX)、美国天气(MG)、中国天气(ZG)、中央气象台指导预报(ZY)6家模式预报的日最高气温(Tg)和日最低气温(Td)预报值,建立预报数据库。使用LINEST函数对Tg和Td做多元回归分析,得出6家模式的集成预报结果,结果表明:集成预报(JC)比6家模式预报准确率都高;同时,建立本地化订正方法,将原6家模式Tg和Td进行订正后再集成,结果表明:订正后的集成比直接集成准确率提高了0%～4%,说明订正方法的使用对提高气温预报准确率有一定的效果。另外,通过对各家模式预报结果和集成预报结果的检验分析,不仅为预报员择优使用数值预报产品提供参考依据,也为数值预报产品释用提供一定的参考方法。     

兰州有限区域中尺度数值模式业务系统及应用

以国家气象中心数值T213资料为基础,结合业务和服务的实际需要,建立了基于MM5的兰州有限区域中尺度数值模式业务系统,该系统前后处理程序成熟,每天都能提供大量的数值预报产品,已经成为预报业务和服务的重要参考依据,在精细化预报、暴雨等灾害性天气预报和地质灾害气象等级预报中发挥了重要作用.     

NMC强天气模式诊断变量和概率预报产品及初步应用检验

国家气象中心针对强天气预报的特点开发了强天气模式诊断变量和概率预报产品,包括T639全球模式强天气诊断变量产品、基于GRAPES_RUC的中尺度精细化强天气诊断变量产品、基于WRF中尺度模式的区域中尺度集合概率预报产品,于2009年从无到有建立了一套完整的强天气数值预报产品库,提供确定性预报产品和不确定信息的概率产品,为强天气预报业务的开展打下了良好的基础。应用上述产品对"6.3"河南飑线天气的模式预报能力的分析表明,高分辨率模式对强对流天气的预报能力有了较大的提高,但对于强天气预报,15km分辨率仍然不足够高,且产品显示的时空分辨率都应在现有基础上提高,才能更好地展示数值预报产品对强对流过程发生发展和演变过程。     

谱模式中截断方式对月长期天气预报影响的数值研究

以１９９２－０４－０１Ｔ１２（ＧＭＴ）北京国家气象中心的客观分析资料为初始场,通过对比分析ＣＣＭ１（Ｒ１５Ｌ７）模式的月数值预报结果,研究了谱模式在不同截断方式下,水平分辨率及网格结构分地月长期烽值预报的影响。结果表明：虽然以上两模式具有相同的垂直结构,以及相近的高斯网格格点数和计算量,但由于Ｒ１５Ｌ７较Ｔ２１Ｌ７有更为合理的水平分辨率分布,具有由高纬长方形（长轴为南北向）经中纬正方形到低纬长方形     

区域气候自忆预测模式的计算方案及其结果

区域气候预测的自忆模式是由描写温度、降水变化的差分-积分方程构成的。文中推导了用EOF展开的预测方程组,给出了该方程组的数值计算方案和递推格式。运用我国1951~1992年的月温度、降水场和区域500 hPa高度场格点资料,对6~8月汛期预测作了回报试验,结果表明该模式的预测能力是很高的。