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。     

北半球七层原始方程谱模式（三）及其五天中期数值预报试验

北半球七层原始方程谱模式ff考虑了较完整的物理过程：（1）地形作用（采用了σ坐标系）和地面摩擦;（2）动量、热量,水汽的水平扩散过程和垂直扩散过程（其中包括了下垫面感热和水汽作用）;（3）水汽凝结潜热作用;（4）云和辐射作用;（5）积云对流过程等。上述模式采用了非线性平衡方程初值化方法。并利用逐日客观分析资料,制作5天中期数值预报试验。本文给出了1982年冬季和夏季的20个例子的五天数值预报验证结果和一个例子的中期数值预报图和对应的实况图。预报效果比较好。在数值预报试验中,虽然纬向波数只取15个波,但所取得的短期、中期的预报效果能和一些较高分辨率模式的预报效果相比较。     

暴雨数值预报中的初值试验

本文介绍使用五层原始方程有限区域降水预报模式进行汛期暴雨数值预报试验时,引进的新的初值方案。给出了用新初值方案计算的个例和1986年汛期实际预报试验的结果。与其它方案计算结果的比较表明,认真改进初值有助于改进暴雨预报,新的初值方案可以满足暴雨预报业务试验的要求。     

在变分法中利用地面气压变差分析“SIGMA”面上的水平和垂直流场

1. 前言 对于数值初值化问题,目前最满意的方法是经Machen bauer(1977)、Temperton和Williomson(1979)改进的标准型初值化方法。Kitade(1982)提出了非绝热非线性标准型初值化方案并检验了初值化在预报热带扰动问题上的影响,这个方法也许是最简单的方法之一。但是如果考虑连续方程的约束并结合地面气压倾向值来分析初始风场,就不需要非线性标准型初值化。 另外,在青藏高原、落矶山山脉等大尺     

数字滤波初值化方案的数值实验

本文以一个有限区域16层斜压原始方程模式为基础,对数字滤波初值化方案进行了数值试验,并与平衡初值及实测风初值等方案的积分结果进行了比较、结果表明：数字滤波初值化能有效地滤掉初始场中的高频重力波和小尺度扰动,使客观分析质量得到明显改进;该方法易于引入非绝热过程,能有效抑制积分初期的Spinup现象;形势预报和降水预报均较其它方案有所改进。     

混合型平衡方程的数值解法

本文提出数值求解混合型平衡方程的一种逐步变型—轮换—迭代方法。引进外迭代因子。实例计算表明,用这种方法解出的流函数反解出高度场无系统性降低和副热带高压减弱消失等现象。适合应用来提供我国低纬度地区的数值天气预报模式的初值。将平衡方程作为混合型方程求解,目前还是新的首次试验。     

非线性正规模初值化及其对资料同化和预报的影响

文章介绍了国家气象中心中期数值预报谱模式（T42L9）的非线性正规模初值化方案（NNMI）。讨论了该方案对资料同化和预报的影响。试验表明,应用前5个垂直模,经2次迭代能够得到一个对分析资料修正较小的平衡初始场。它成功地消除了预报中虚假的高频重力波振荡,对改进资料同化和模式预报起了重要作用。     

非线性正规模初值化原则在有限区模式的实现

本文在普遍情况下导出了与非线性正规模初值化方法等价的、用模式变量表达的初值化准则与运算迭代公式.由于模式的正规模态在初值化计算中不明显地出现,故本文的结果对于正规模态难以求得的有限区模式的初值化有重要意义_试验实例表明,按本文的方案作初值处理,对于消除初值中的不平衡是十分有效的.     

地形作用对月际长期数值预报效果的影响

利用改进的Ｔ４２Ｌ１０月长期数值预报谱模式，以１９９２年８月３１日国家气象中心日常客观分析资料为初始场，在模式中分别就考虑和不考虑地形两种情形对当所９月北半球环流形势进行了模拟预报，并对比分析研究了地形作用对月际长期数值预报效果的影响。改进的Ｔ４２Ｌ１０谱模式考虑了较完整的物理过程，同时具有以下特点：（１）非线性平衡方程初值化和σ面上模式初值精度的提高；（２）改进了模诊断云和模式水汽场方法；（３）     

2003年汛期淮河流域降水的集合预测试验研究

利用并行化全球中期数值预报模式MPGM,对2003年夏季淮河流域特大降水作了集合预报试验。试验中提出一种繁殖循环初始扰动生成方法,产生9个集合成员的初值场,利用该初值集合对这次降水过程进行了集合模拟,然后对集合预报试验的结果同对照试验进行了对比分析,并对降水期间的物理量场及降水情况的模拟结果进行了分析。结果表明:集合预报试验的结果优于不加扰动的对照试验的结果,说明集合预报技术在一定程度上能够减小甚至消除数值预报中的不确定性,提高数值预报的精度;集合预报试验较好地模拟出了降水期间的物理量场与天气形势,并对此次降水情况作了较好的预报,可以对降水预报提供有益的参考。     

IMPLICIT NONLINEAR NORMAL MODE INITIALIZATION: A MULTIGRID APPROACH

The implicit nonlinear normal mode initialization (INMI) is applied to a tropical limited area shallow water model in spherical coordinates.The boundary condition for the INMI scheme is based on the boundary formulation of the model.The INMI scheme is found to be very efficient in suppressing spurious gravity wave oscillation and providing a well balanced initial data set for the model.The INMI scheme involves solving a number of elliptic type equations with varying complexity.and hence an efficient numerical technique is required for solving such equations.In order to make INMI computationally more attractive,we are employing the multigrid method for solving all the elliptic type equations in the INMI scheme.The numerical procedures for the development of such multigrid solvers are briefly described.     

IMPLICIT NONLINEAR NORMAL MODE INITIALIZATION:A MULTIGRID APPROACH

The implicit nonlinear normal mode initialization (INMI) is applied to a tropical limited area shallow water modelin spherical coordinates.The boundary condition for the INMI scheme is based on the boundary formulation of themodel.The INMI scheme is found to be very efficient in suppressing spurious gravity wave oscillation and providing awell balanced initial data set for the model.The INMI scheme involves solving a number of elliptic type equations withvarying complexity.and hence an efficient numerical technique is required for solving such equations.In order to makeINMI computationally more attractive,we are employing the multigrid method for solving all the elliptic type equationsin the INMI scheme.The numerical procedures for the development of such multigrid solvers are briefly described.     

预处理JFNK方法及其在大气方程中的初步应用

为提高数值求解大气方程的速度, 研究了预处理JFNK（Jacobian-Free Newton-Krylov）方法及其在大气方程中的应用。这是一种非线性外循环Newton迭代与线性内循环Krylobv迭代相结合的快速算法,其优点是进行外循环Newton迭代时不要求Jacobian矩阵的形成和存储;它的有效性取决于内循环中线性系统的预处理。首先介绍了JFNK算法,然后以浅水波方程为例,描述了非线性残值的形成、预处理矩阵的构造及其在JFNK算法中的应用。试验结果表明：对内循环线性系统进行适当的预处理,能大幅度提高JFNK算法的运算速度。因而,JFNK是一种值得在大气方程中推广应用的方法。     

JFNK方法在求解全隐式一维非线性平流方程中的应用

JFNK(Jacobian-free Newton-Krylov)方法是由Newton迭代方法和Krylov子空间迭代方法构成的嵌套迭代方法。作者以全隐式差分的一维非线性平流方程（亦称无粘Burgers方程）探讨采用全隐式格式计算的必要性和JFNK方法的有效性。模拟结果表明, 隐式结果比显式和半隐式结果在稳定度和精度方面较大的优越性, 特别是模拟气流强的系统以及要素空间分布具有较大梯度的系统。     

GRAPES区域扰动预报模式动力框架设计及检验

设计了适用于四维变分同化系统的扰动预报模式GRAPES_PF。根据GRAPES的地形追随坐标非静力原始方程组,采用小扰动分离方法推导微分形式的线性扰动预报方程组,并利用与GRAPES非线性模式相似的数值求解方案求解线性扰动微分方程组。在设计扰动预报模式时采用了两个时间层半隐式半拉格朗日方案对动量方程、热力学方程、水汽方程和连续方程进行时间差分,空间差分方案的变量分布水平方向采用Arakawa C跳点网格,垂直方向采用Charney/Phillips跳层。利用代数消元法进一步推导得到只包含未来时刻扰动Exner气压的亥姆霍兹方程,进而通过广义共轭余差法(GCR)求解,在此基础上得到未来时刻扰动量的预报值。基于所开发的扰动模式开展了数值试验。首先在非线性模式中施加一个中尺度初始扰动高压,得到初始扰动在非线性模式中的后续演变,然后将相同的初始扰动作为扰动模式的初值进行时间积分,将扰动模式预报的结果与非线性模式的结果做了对比。结果表明,所开发的扰动模式GRAPES_PF较好地模拟了惯性重力内波的传播过程:初始高压扰动激发了一个迅速向外传播的惯性重力内波,...     

地-气耦合动力系统的研究

研究了一类地-气耦合系统的非线性模型,目的是创建一个地-气振子模型的非线性方程的渐近求解方法,利用变分迭代方法,构造了对应问题解的近似展开式。即首先引入一组泛函和计算出它们的变分,并算出Lagrange乘子,其次,决定变分迭代,最后得到原地-气振子模型非线性问题解的一致收敛的近似展开式。     

水汽场初值调整及其对华南降水预报贡献的研究

该文利用GMS多通道气象卫星资料推导得到的降水资料估算出的加热率, 作为非绝热的非线性正规模初始化过程中的非绝热强迫项, 进行风压场的初值调整, 再采用一个与模式中的对流参数化方案相反的逆运算方案, 进行水汽场的初值调整.以保证初始时刻按模式的物理参数化方案计算得到的加热率与由卫星推导的加热率一致. 这一方法在非绝热的非线性正规模初值化的框架中, 使初始时刻的水汽场得到调整.既实现了传统的初始化目标, 又提高了模式对降水的短时预报效果.对华南的两个个例的试验结果表明该文的方法是有效的.