数值预报模式中大气边界层的处理

本文叙述一些数值预报模式中大气边界层的处理。着重讨论大气边界层模式和自由大气模式的耦合、混合层的演变、表面层参数化、卷夹的参数化以及湿热力过程和辐射的作用。指出大气边界层的处理对海洋环境数值预报的重要性。     

海上大气边界层数值预报技术发展概论

海上大气边界层对社会经济和军事活动有着重要的影响,目前我国还没有建立业务化运行的海上大气边界层数值预报系统,对相关预报技术的研究具有十分重要的意义。本文详细分析了大气边界层数值模式的发展情况和边界层主要物理过程的国内外研究现状,为发展适用于我国的海上大气边界层数值预报系统和相关的物理过程研究提供科学依据。     

海冰模式和数值预报

根据渤海冰情,在海冰动力学和热力学研究基础上,提出一种海冰动力一热力模式。该模式包括平整冰、堆积冰和开阔水三要素,采用粘一塑性本构关系计算冰内应力。利用参数化方法处理变形函数和热力增长率。该冰模式与潮流模式耦合研究渤海冰－潮相互作用,并与ＥＣＯＭ－Ｓｉ海洋模式耦合进行预报试验。该冰模式与大气模式联接,或应用气象部门数值天气预报产品进行海冰业务数值预报。本文还给出了预报结果。     

LGFD海浪数值预报方法 Ⅰ.海浪数值预报模式

一、前言由于海浪本身的随机性,描述海波运动的最合理逻辑的方式应当是能量或它在波数(或频率)空间中的分布这样的统计特征量。基于能量平衡的现代海浪预报方法的发展取决于我们对以下两方面知识的深化: Ⅰ)海波能(或海波能谱)的输入和消衰机制; Ⅱ)海波能(或海波能谱)在物理空间中和在波数相空间中的传播机制,以及计算机和计算技术的发展。人们根据自己对以上诸方面认识的不断深化,在不同的年代提出了一代又一代的海浪数值预报模式。40—50年代建立在Jefferets机制和总能量(特征波高)平衡方程基础上的Sverdrup-Munk方法是典型的第一代海浪数值预报模式。     

海面风场的数值预报业务模式

海面风场的业务数值预报，经过六年的运行和不断改进，目前已建立了包括资料处理、客观分析、大气模式和边界展模式在内的数值预报业务化系统，它能提供１５°～４５°Ｎ、１ｈ５°～１４１°Ｅ海域内１°×１°经纬网格点上的７２小时的预报风场，该风场除为日常业务预报提供参考外，还为海浪和海冰业务模式提供强迫场。本文主要介绍大气模式和边界层模式的概况以及系统的运行结果。     

数值模式中的大气边界层参数化方案综述

大气边界层对下垫面和自由大气之间的热量、动量和物质交换以及全球辐射的收支平衡有着非常重要的作用,数值模式中对边界层的模拟需要通过参数化方案表现出来。综述了数值模式中常用的边界层参数化方案,从闭合框架以及边界层内的重要物理过程这两个方面对各类方案进行了总结,并讨论了边界层参数化方案的发展方向。     

YW-SWP海浪数值预报模式及其应用

ＹＷ－ＳＷＰ海浪数值预报模式考虑了地形引起的折射效应和波波间非线性能量转移，采用了新的风输入源函数和文氏理论风浪谱，使模式不仅适合深浅水，且有更适合我国海区的特色；另外，计算中对风场采取了一种加权平均的处理技术。应用于渤海个例检验及对温索子站的后报结果表明，本模式有相当好的可靠和准确性，折射效应在２０ｍ以上水深影响不明显，但在大约１０ｍ水深的浅水区影响达３０ｃｍ。     

渤海、黄海强温跃层数值预报模式

文中对前人关于水温垂直结构计算、模拟和预报研究成果进行了评价，并在此基础上建立了考虑海面吸收辐射和透射辐射、地形、风、海流、界面摩擦及其引起的混合作用的强温跃层三维数值预报模式。该模式运行的驱动量仅为风和气温场资料，因而具有较好的实用性；此外，从试报的结果看，效果是令人满意的。     

渤海,黄海强温跃层数值预报模式

文中对前人关于水温垂直结构计算，模拟和预报研究成果进行了评价，并在此基础上建立了考虑海面吸收辐射和透射辐射，地形，风，海流，界面摩擦及其引起的混合使用的强温跃层三维数值预报模式。该模式运行的驱动量仅为风和气温场资料，因而具有较好的实用性；此外，从试报的结果看，效果是令人满意的。     

渤、黄海强温跃层数值预报模式

对前人关于水温垂直结构计算、模拟和预报研究成果进行了评价,并在此基础上建立了考虑海面吸收辐射和透射辐射、地形、风、海流、界面摩擦及其引起的混合作用的强温跃层三维数值预报模式。该模式行动的驱动量仅为风和气温场资料,因而具有较好的实用性;此外,从试报的结果看,效果是令人满意的。     

中国东南海岸台风暴潮数值预报模式

本文取文献[1]中描述风暴潮运动的全流方程组及其有限差分方程组,并取园形风暴的台风模型,作为我国东南海岸台风暴潮的一种数值预报模式.在注意到复杂海岸和海洋边界的同时,本文还针对本模式和计算格点的边界布局特点,取用了一种较理想的边界处理方法.在福建海岸,选取7705号强台风暴潮为研究实例;在广东海岸,选取8007号强台风暴潮和6508号强台风暴潮为研究实例,与实测情况相当吻合的验算结果,较好地证实了本数值预报模式.     

一个稳态Kalman滤波风暴潮数值预报模式

利用Kalman滤波资料同化技术将海洋站水位观测资料融入二维线性风暴潮模式中,研制具有资料同化能力的风暴潮预报模式,改进风暴潮模式计算结果.通过在风暴潮模式的动量方程中加入模式噪声项来修正模式本身和气象强迫力的不确定性.确定性模式的输出通过带有观测噪声的观测方程与可利用的海洋站的潮位观测资料联系起来.假定初始的模式噪声和观测噪声满足均值为0的高斯分布,用迭代法得到计算区域的状态向量的稳态Kalman滤波,进而得到风暴潮模式输出的最优线性校正结果.利用这种资料同化技术,对1956年发生在东海的一次强风暴潮过程进行了后报试验,结果表明,该同化方法对短期风暴潮水位后(预)报有一定的改进.     

渤海湾水位、流场的一个数值预报模式

本文利用普林斯顿海洋模式(POM),建立了渤、黄海风增水预报模式和渤海湾水位海流预报模式;利用正交曲线网格提高重点区域的分辨率;采用美国海洋大气局(NOAA)全球预报风场和气压场作为模式表面强迫场,将计算域边界上的天文潮预报值与风增水模式预报的余水位相叠加构建模式的边界条件,在正压条件下,模拟了渤海湾2002年的水位流场过程。结果表明,模式能够较好地再现计算域内天文潮和综合水位的预报,域内10个潮位站模式与实测分析的m1和M2分潮的振幅与迟角差均不超过5.1cm和6.3°,15个潮流站模式与实测分析的m1和M2分潮流的振幅与迟角差均不超过7.5cm/s和15.8°,模式预报的水位值与塘沽站实测值非常接近,预报精度较单纯的天文潮预报有明显提高。     

海洋大气边界层风场的非线性动力诊断模式的数值试验

本文介绍利用所提出的边界层风场的非线性动力诊断模式,作风场“MOD”预报的方法.根椐对1985年4月至10月北太平洋洋面风场“MOD”预报的试验,说明此模式优于线性动力诊断模式.     

海洋环境数值预报资料,产品的处理传输系统

本文根据海洋环境数值预报的特点，建立了资料、产品的处理系统以及远程数值传输通信系统，针对 同用户提出了几种数据传输方案，该系统建立在现有的成熟软件作基础上，具有使用方便、成本低、便于推广的特点。近几年投入海冰数值预报业务使用，取得了较好的效果。     

海上风的边界层模式

由于航海、海上开发作业等对海洋上风和海浪的预报提出越来越高的要求,而海浪、风暴潮等海洋水文要素的数值计算和预报,迫切需要解决海洋上风场的精确计算。但是,复杂的海面结构,大气稳定度的影响以及风、浪之间动量的交换等,使海上风的理论计算遇到很多困难,至今大部分工作是依靠统计方法。利用天气预报的形势场计算地转风或梯度风,以及它与海面摩擦、大气稳定度的经验订正关系。     

黄海、渤海水温垂直结构数值预报方法研究 Ⅰ．一维数值预报模式

本文根据历史水温资料分别建立无维温度θＴ，和无维深度η，进而建立水温垂直剖面的无维自模函数θＴ＝ｆ（η）。在此基础上，利用热传导方程在忽略平流和侧向涡动效应条件下建立描述表层水温（ＴＳ）、底层水温（ＴＨ）和上均匀层厚度（ｈ）的一维模式。利用本模式试报了（时效为５ｄ，１０ｄ，１５ｄ）南黄海２０个站的ＴＳ，ＴＨ，ｈ及温跃层厚度和强度，结果令人满意。     

有限海域海水表温数值预报改进模式

以海洋上部混合层(UML)存在为基础,建立了考虑UML深度变化的二维层模式。探讨有限区域的短期海表温(SST)业务数值预报模式。预报方程有三:低频流(黑潮及其分支)的无幅散化余流方程组、动力预报方程和模式物理学方程。本模式用于3～5d的SST预报,同时也给出UML平均漂流的预报。指出在大风状况下的降温,UML深是一个重要的影响因子,并与UML为平底时情况进行了比较。     

一种渤海风暴潮数值预报模式与试验

通过三维模式导出二维数值模式,采用守恒型空间差分格式对渤海风暴潮进行数值模拟。同时采用由三维模式导出的任意形式的底摩擦表达式,找出适用于渤海风暴潮的底摩擦参数。对曾经发生在渤海的四次较严重的风暴潮进行数值后报并与实测资料相比较,证实预报模式的可行性。     

MASNUM海浪数值模式业务化预报与检验

介绍了MASNUM(Key Laboratory of Marine Science and Numerical Modeling)海浪数值预报系统,并利用全球和西北太平洋的Jason-1卫星数据和NDBC浮标数据中的海浪波高观测,对该预报系统进行了自2007年8月1日-2007年12月31日5个月的24,48和72 h预报结果的比较检验.模式校验结果表明,有效波高预报与观测的绝均差在0.5 m左右,从夏季到冬季,预报精度不断提高,与风场冬季预报精度较高吻合.