云降水和人工影响天气催化数值模式的发展及应用

对云降水和人工影响天气催化数值模式的发展和应用进行了概述。云降水模式包括总体水模式和分档模式。催化模式分为成冰剂、吸湿性催化剂和致冷剂催化模式。部分云模式和催化模式与中尺度天气模式实现了耦合。云降水模式在人工影响天气中得到了广泛应用,并在人工影响天气外场业务作业中发挥了重要作用。     

中国地球气候系统模式研究进展：CMIP计划实施近20年回顾

在系统总结过去20年从CMIP1到CMIP4世界各国模式的综合情况基础上,回顾了中国气候模式参与CMIP科学试验的概况。在此基础上,慨述了CMIP5的试验设计,总结了参加CMIP5的5个中国气候模式的特点。随后,从高分辨率模式研发、地球系统模式研发、地球气候系统模式最为关键的分量——大气环流模式和海洋环流模式研发的角度,提出了中国地球气候系统模式发展面临的挑战,指出了中国模式发展面临的机遇。针对如何从国家层次协调以实现地球气候模式的可持续发展问题,给出了美国国家科学院最近发布的《推动气候模拟的国家战略》所提出的九条措施作为参考。     

气候模式与气候模拟

本文扼要地叙述了气候模式与模拟的定义、内容和发展概况。介绍了不同类型模式,如能量平衡模式、辐射对流模式、大气环流模式和随机模式等的主要特征。最后举了两个实例,即用大气环流模式作由二氧化碳增加而造成大气增温的数值试验以及用机制模式研究气候变化及可预报性,以此来阐明当今气候模拟的两个主要方向。     

海洋环流与海浪模式的发展及其应用

通过对海洋环流模式、海浪模式、风暴潮模式研究现状和世界海洋强国当前运行业务模式系统的调研,发现无论是全球模式还是区域模式,海洋环流模式和海浪模式的分辨率越来越高,全球海洋模式空间分辨率小于10 km,达到涡可分辨程度,海浪模式水平和波谱空间的分辨率都在提高。通过调研,发现随着海洋各类观测资料的同化和数值模式分辨率的提高,近年来加强了远海、近海及海岸带各种物理过程精细化研究,海洋环流模式垂向采用混合坐标提升了模式对不同海域海洋内部物理过程的解释能力,海洋模式、海浪模式、风暴潮模式中无结构网格的应用提高了模式对近海浅水区和岸界地形描述的能力,加深对海岸带海洋物理过程的认识。文中提出海洋环流-海浪-潮汐耦合模式系统建立是近年来风暴潮模式发展的趋势,将来大气-海洋-海浪-潮汐模式的耦合可细化对海洋各种物理过程的解释,是业务模式系统发展的主要方向。     

几种ω诊断模式的比较

本文分别讨论了求解ω场的三种模式:多层非线性ω诊断模式（模式A），非绝热ω诊断模式（模式B），中-α尺度ω诊断模式（模式C），并应用于一次梅雨锋暴雨过程的诊断，比较了它们的差异。结果表明，在进行中尺度ω诊断中最好使用模式C，也可使用模式A，且由两者分别得到的ω场差异不大。一般不用模式B，由于模式B计算量小，如果精度要求不高也可使用模式B。     

统计方法在数值模式中应用的若干新进展

目前,数值模式的准确性不断提高,天气预报和气候预测越来越依靠数值模式。数值模式不仅仅是求解描述大气运动和热力过程的方程组,其中也大量使用了统计方法,统计方法是数值模式的重要组成部分。本文对统计方法在数值模式中应用的最新进展进行了综述。首先,分析了统计方法在数值模式的资料同化、集合预报、次网格尺度物理过程参数化方案、数值产品统计释用、延伸期预报、模式检验等方面的应用。然后阐述了贝叶斯统计在数值模式中应用的新进展。最后,对统计方法在数值模式中应用的未来发展趋势进行了展望。     

一种用于短期天气预报的高分辨率气团变性模式

本文描述了一个高分辨率气团变性(AMT)模式。该模式试图对低层大气的温度、湿度廓线,边界层结构、边界层高度、云量进行预报。它由一个一维多层边界层模式组成,多层模式沿着轨迹从气团源区平移至接收点,轨迹是在一较大尺度(有限区域)模式中计算出。温度和湿度的初始廓线从探空仪资料获得。本文描述了此模式的物理和动力学背景。用此模式作了北海上空层积云发展的个例研究,并且我们模拟了陆上晴空的表达。把此模式的输出结果 ECMWF 模式和目前业务中用的单层气团变性模式的输出结果进行了比较。还讨论了模式对初始、边界条件的敏感性。除个例研究外,在77次常规预报中采用此模式作为业务预报工具,其结果由彼此独立的预报员作了评价,因模式执行情况良好,且不须大型计算设备,因此,对短期天气预报员该模式是一个有用的预报工具。     

一个区域地气耦合柱状模式的发展及其对半干旱区的模拟

在现有的区域气候模式的基础上构建了用于研究地气耦合模拟的区域柱状模式,其中包括了详细的物理过程,可以作为研究半干旱区地气相互作用过程的工具。通过区域柱状模式与不同陆面模式的耦合,检验了不同陆面模式在非耦合和耦合两种情况下对半干旱区的模拟性能。结果表明,陆面模式在耦合后对感热的模拟偏差放大,而潜热的模拟效果得到了改进,不同的陆面模式对区域柱状模式的模拟性能影响较大,耦合了CoLM后的区域柱状模式对地表气象要素的模拟得到了较大的改进。     

中国区域气候模式对1991年江淮流域特大暴雨过程的模拟

文章引进了美国NCAR的区域气候模式，并对该模式进行了改造和改进，建立了能适合中国区域性气候特征，模拟中国区域性气候的模式。在此基础上运用该模式对1991年夏季长江流域强降水过程进行了模拟计算，结果表明，该模式具有模拟长江流域强降水过程的能力。     

中国东部降水的随机动力预测初步研究

利用一个具有门限的非线性随机动力气候模式,对中国东部江淮流域的降水进行了预报试验。结果表明：模式能对大范围环流降水作出较为准确的形势预报。还比较了海气耦合模式与外强迫模式的预报效果,表明耦合模式的预报效果略好于外强迫模式。     

双重套网格数值模式对一次暴雨系统模拟的比较试验

本文以自嵌套方式，将一个有限区域暴雨数值模式编制成单向和双向的套网格模式，同时又将这两个套网格模式分别与Ｔ４２Ｌ９模式进行了单向嵌套。形成了单向，双向两个双重套网格模式。运用这两个模式对１９９１年７月江淮流域的一次特大暴雨过程进行了数值试验。     

一个热动力海冰模式的改进与实验

影响海冰变化的物理因素中热力和动力部分是同等重要的，但多数热动力海冰模式的热力部分考虑得较为简单。针对Hibler热动力海冰模式的不足，以1个3层热力模式为基础改进了其热力部分。比较了原模式中的零层热力模式和用于改进的3层热力模式；并应用改进前后的两种热动力模式对1983年的北极海冰进行了模拟。模拟结果表明，海冰厚度比原模式厚，季节变化减弱，海冰密集度与观测资料更为符合。     

一个五层大气环流模式动力学框架的正压RH波检验

本文从大气动力学和热力学的原始方程出发,在参考外来模式的前提下,自行设计了一个五层的全球大气环流谱模式,并在干绝热无摩擦条件下对模式进行了传统的正压RH 波检验。旨在判定所设计的谱模式动力学框架性能的好坏。试验结果表明,此模式的干绝热动力学框架设计体现了一般模式所具有的可靠性。     

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。     

地球系统模式发展展望

在调研国际国内气候系统模式的基础上,给出了地球系统模式的定义和它的3个发展阶段:物理气候系统模式、地球气候系统模式和地球系统模式,阐述了未来的地球系统模式发展的战略意义,介绍了国际国内围绕地球系统模式的发展所提出的科学研究计划,并基于政府间气候变化委员会第四次评估报告的参评模式,回顾了国内外地球系统模式发展现状与动态,展望了未来的可能发展方向,希望能对国内的地球气候系统模式发展有所帮助.     

区域和全球模式的嵌套技术 及其长期积分试验

将区域模式嵌入澳大利亚CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization）的全球模式中,并将其应用于区域模式的长期气候积分试验。模拟结果表明,当区域与全球模式嵌套时,边界吸收问题十分重要,由区域模式得到的高分辨率大尺度环流形式在边界上必须与全球模式提供的强迫一致,同时区域模式必须给出基于模式内部物理过程产生的高分辨信息。因此,在嵌套过程中,必须仔细考虑缓冲区的设置,使大尺度强迫与中尺度特征充分混合,既保持区域模式内外的一致性,又使区域内部中尺度强迫物理过程得到充分发展。将区域模式与澳大利亚CSIRO的9层21波三角形截断谱模式嵌套后,完成了连续3年的区域气候模式积分。模拟结果表明,由于区域模式较好地刻划了区域尺度的地形、下垫面和海岸线分布等的细节特征,模拟的区域气候特征比全球模式有较大的改进,尤其是对季风降水的模拟,区域模式明显改进了全球模式的模拟结果。     

区域气候模式中云量参数化方案的研究

首先统计并分析了模式区域内夏季平均的云量分布状况，然后在一有限区域模式中，引进了云－辐射计算模式。比较了３种不同的云量参数化方案，最后提出了一种考虑了大气相对湿度、垂直运动速度的本模式的云量参数化方案，并简要介绍了模式引入不同方案后的模拟结果。模拟结果表明，本模式的方案模拟的云量分布及气候要素场都与实况最接近，说明这一机制反映了云在气候系统中的反馈作用。不同的区域模式宜用不同的云量参数化方案。云量     

华南区域大气成分业务数值预报GRACEs模式系统

总结了华南区域大气成分数值预报GRACEs模式系统的业务发展进程,系统介绍了GRACEs模式的计算域、气象驱动场、输入排放源、计算平台与产品应用,报告了GRACEs模式的业务预报性能。概述了国内外大气成分数值预报模式的发展现状与趋势,介绍了新版CMAQ模式Ver5.1的化学机理,及其在光化学、气溶胶化学、源排放、化学与气象双向反馈机制等方面的重要更新。GRACEs模式系统预期将在本地精细化气象模式、污染源本地化、化学机理以及初始场同化等方面进一步研究,深入开展华南区域"一体化"大气成分模式系统的研发与应用。     

NIM陆面过程模式的研究:模式建立与对比研究

为了真实模拟干旱、半干旱地区以及湿润地区的陆面与大气之间的能量和物质交换 ,发展了一个具有普适性的南京气象学院 ( NIM)陆面过程 ( LSP)模式。该模式是由等温植被参数化方案和本文建立的土壤模式所组成。土壤模式又分为五层模式和两层模式两种。利用 1 979年 5～ 8月“青藏高原气象科学实验”资料作验证 ,同时将五层模式与 Deardorff( 1 978)陆面模式、两层模式作了对比 ,结果表明五层土壤模式的模拟效果较好 ,它比 Deardorff模式优越 ,也比两层土壤模式模拟效果稍好一些。     

建立η坐标系下的假不压模式及其数值试验

滤除声波的大气运动方程中不包含声波,基于滤除声波方程建立的数值模式可以用较大的时间步长进行数值积分。Durran在1989年提出了一种新的滤除声波的方法,命名为“假不可压”方程,该方程考虑了温度扰动引起的密度变化,忽略了气压扰动引起的密度变化。本文根据Durran提出的假不可压理论,推导出了一组地形追随坐标下的通量形式的假不可压方程。该方程在形式上与WRF（Weather Research and Forecasting）模式中ARW（Advanced Research WRF）动力框架的控制方程非常接近。我们进一步将推导出的假不可压控制方程改写到了WRF模式中,建立了基于WRF模式框架的假不可压模式。用构建的假不可压模式和WRF模式做了两组对比试验:湿热泡对流试验和重力流试验。比较两种模式的模拟结果,可以看出假不可压模式的模拟结果与WRF模式的模拟结果非常接近,说明在WRF模式框架下建立的假不可压模式是合理可信的。