再论全球变网格多层原始方程差分模式的设计

在修正的MM4和一个有限域变网格差分模式的基础上,设计了全球变网格多层原始方程差分模式。可以证明：设计的模式具有质量、能量守恒等整体性质,并具有正确的动、位能转换关系。为了克服高纬地区经线辐合带来的时间步长须取得很小的问题,给出了不进行滤波处理并仍能保持整体性质的解决办法。     

一个地图投影直角坐标变网格差分模式的设计

设计了一个以均匀网格差分模式为基础的变网格差分模式，如证明：如前者满足一定条件并具有质量和能量守恒性质，以及与连续情况一致的动，位能之间的转换关系，则变网格模式也同样具有，而且，把前者改变为后者增加的运算量很小，也非常方便。     

全球大气多层原始方程距平谱模式的研制

距平滤波模式（ＡＦＭ）是具有独特优点的长期天气预报模式，本文推广进而设计了一类全球大气多层原始方程距平谱模式，并利用该模式对热带海温距平产生的大气响应进行了试验性模拟，结果表明多层原始方程距平模式不同于ＡＦＭ，更有别于ＧＣＭ，在短期气候异常的动力学过程研究或预报方面显示出广泛的应用价值。     

对多层原始方程模式的合理性分析

本文分理论基础和数值分析两部份。在第一部份中,利用绝热无耗散多层原始方程模式从理论上证明:如在初始时刻t_0时运动是对称的(包括地形是对称的),则在t>t_0的任一时刻,运动将保持是对称的。还在考虑对称地形情况下用模式进行时间数值积分,证明了理沦结果的正确性,因而,理论结果可以作为分析模式合理性的基础。 但是,如考虑实际地形,则由于其对称部份和反对称部份数量相当,运动的对称性会大大降低,受影响的地区主要是北半球高山地区和南半球与之对称的低地。而且,这种影响是从低层逐渐传播到高层的。     

一个全球原始方程谱模式及其数值诊断检验

本文描述了一个全球原始方程谱模式及其方程组。模式在垂直方向取σ坐标,水平方向用球面勒尚得函数表示,并用三角形截差法取21个波,模式中包含有各种非绝热物理过程的参数化方案。时间积分采用半隐式方案,并考虑了地形的影响。模式的数值试验结果表明,该模式有能力模拟出人气环流中的许多基本特征。例如,纬向平均风场、温度场、径向环流、南北方向上物理量的交换和输送等等。模式在北京气象中心M-170机上积分一天,时间步长取45min,需要20min CPU时间,内存62k字节。因此该模式可以在国内大部份中型机上运行。     

P—σ混合坐标原始方程模式的改进和试验

在五层Ｐ－σ混合坐标原始方程模式的基础上，改进成了一个九层Ｐ－σ混合坐标原始方程模式。模为１７×３９个格点，分辨率为５°×５°，其物理过程与五层模式相同。该模式性能稳定，用该模式对１９９４年冬的一次寒潮过程进行了模拟，温压场的主要特征符合实况。     

一个有限区变网格模式的设计

在国家气象中心业务运行的有限区球面均匀网格模式的基础上设计了一个有限区变网格模式。使预报的窗口区设计为均匀细网格0.5°，而窗口区以外则以0.1°经纬度均匀向外递增。采用廖洞贤1995年提出的坐标变换方法，变网格中的模式方程可以在相应的均匀网格上进行计算。利用实际资料对绝热模式进行了变网格与全场均匀细网格0.5°的对比试验。3个个例的试验结果表明:对窗口区变网格模式预报几乎与全场均匀细网格模式预报水平相当。但由于窗口区外网格点数减少而所用计算机时（CPU）节省了一半以上。     

变网格一体化模式的研究进展

作者介绍了近年来在数值天气预报领域的一个新动向－变网格一体化模式的进展。这种模式可以替代目前业务数值天气预报的有限区模式和全球谱模式，降低业务数值天气预报的计算成本。网格距离的可变性，以及采用半隐式－半拉格朗日式时间差分方案是该模式的主要特点。法国的变网格一体化模式自１９９２年已投入业务使用，其可行性已得到了预报检验的初步证实。     

34层线性球面原始方程谱模式与模式大气对地形强迫的响应

本文建立了一个34层包括牛顿冷却、Rayleigh摩擦和非绝热加热线性原始方程谱模式。用此模式对地形强迫为下边界条件进行时间积分。结果表明,此模式计算稳定,有较好的精度及计算时间节省的特点模式的积分结果还表明,此模式对球面大气准定常行星波的形成和传播有较好的描写能力。     

二维全球气候模式的发展——由对流层向平流层的扩展

采用Arakawa的σ-p混合坐标,将李维亮等人发展的一个二维全球原始方程模式由对流层扩展到平流层中层(10 hPa)。垂直分层采用等lnp方案。发展后的模式不仅在计算上具有很好的稳定性,而且能较好地模拟平均温度场、平均纬向风场和平均经向风场及其季节性变化。同时,在模式对流层之上加上平流层后改善了对流层上层环流的模拟。     

大气环流模式降水的模拟对水汽方程差分方案的敏感性试验

分别采用3种应用比较广泛的水汽方程差分方案:多维正定平流传输方案(MPDATA)、通量修正传输方案(FCT)和两步保形平流方案(TSPAS),对大气物理所9层大气环流模式(IAP 9L AGCM)的降水模拟作敏感性试验,分析比较3种方案下模式降水气候平均场的差异,从而揭示模式降水对水汽方程差分方案的敏感性.试验结果显示,不同的水汽方程差分方案对大气环流模式降水的气候模拟有较大影响,并由此从3种差分方案中为IAP 9L AGCM寻找出一种较好的水汽计算方案.     

用线性化全球原始方程谱模式研究地形强迫行星波垂直传播特征

本文用线性化全球原始方程谱模式来研究地形强迫行星波的垂直传播过程及演变特征.模式的积分结果表明:行星波的能量沿两支波导进行传播,在波从对流层向平流层传播中,极地波导起着主要作用.由于重力波破碎的阻尼作用,地形强迫的行星波无论它的波作用量或振幅都呈现振荡状态.     

An Impact Study of the Vertical Coordinate on a Non-hydrostatic Mesoscale High-Resolution Model

With the high-speed development of high-powered computer techniques, it is possible that a high-resolution and multi-scale unified numerical model is applied to the operational weather prediction. Some techniques about mesoscale non-hydrostatic numerical weather prediction are addressed, and the impact of the vertical coordinate system is one of them. Based on WRF (Weather Research and Forecasting) model, the influence of vertical coordinates on the non-hydrostatic mesoscale high-resolution model is compared. The results show that the error of various coordinates in lower levels is almost same when we use the geometry height (z) and the pressure (p) to set up a terrain-following coordinate; but the error of the height terrain-following coordinate in higher levels is smaller than that of the pressure terrain-following coordinate. The higher the resolution is, the bigger the error will be. The results of the high-resolution simulation exhibited that the trend of the difference in the two coordinates existed. In addition, the correlative coefficient and standard error are also analysed by the comparison between the forecast fields and the corresponding analysis fields.     

“93.5”黑风暴发展结构和不同模式分辨率的数值试验

1993年5月4～6日在我国西北部地区发生了一次“黑风暴”。用改进的MM1和高分辨PBL参数化及40 km细网格控制试验能基本上模拟出“93.5”黑风暴的结构和演变。模拟结果表明,黑风暴发展时段,在PBL内与一个中尺度气旋性强涡旋相伴,在对流层内与一个垂直涡柱相伴。这个伸展至对流层顶的涡柱下（上）半部是与低（高）空强烈辐合（辐散）入（外）流相伴的气旋（反气旋）性涡柱。该黑风暴结构不同于一般锋面结构,其主要判别是：界面坡度陡,θe水平梯度大,斜压性强,PBL内暖心明显。该暖心结构与下垫面剧烈热力强迫有关。不     

不同分辨率西南区域模式对冕宁“6.26”突发性暴雨过程的模拟

针对冕宁“6.26”突发性暴雨过程,对比分析了不同水平分辨率的西南区域业务模式对此次山区突发性强降水的预报效果,结果表明：复杂下垫面区域突发性强降水的落区和强度对模式分辨率均较为敏感;模式分辨率的提高可以更加精细地刻画复杂地形,使之更接近真实地形状况,进而得到更加精准的局地热力和动力状况,因此能更好地模拟中小尺度天气系统;提高模式分辨率对预报结果的改进具体表现为雨带特征更加清晰、强降水中心增多且更加细化,以及降水强度明显增大。