国外中期数值预报业务模式的性能及发展趋势

作者简单介绍了国内预报员较为熟悉的欧洲中期天气预报中心，美国国家气象中心和日本气象厅三个中期预报模式的性能及预报效果，包括近几年颇为流行的半拉格朗日时间积分方案，物理过程参数化方案的完善和改进，中期数值预报业务模式的发展趋势等。     

基于欧拉—拉格朗日模式的风沙跃移数值模拟方法

通过对沙粒的起动过程以及粒床相互作用机理进行参数化处理,利用计算流体力学方法与离散动力学模拟对风场和沙粒进行耦合迭代,建立了基于欧拉—拉格朗日模式的、适用于研究风沙流二维特征的风沙跃移数值模型。通过模拟沙粒集团以及单颗沙粒跃移运动的随机特征,有效描述了风沙流垂向以及沿程变化规律,并且能够输出任意时刻每颗沙粒的空间位置、速度和加速度等信息。输沙通量的空间分布与现场观测实验数据有较高的吻合度,摩阻风速和风速廓线两个宏观物理量的变化情况与风沙流形成和发展的物理实际相符,说明了本数值模型和计算方法的合理性。     

大气边界层数值模式的发展

本文简要介绍了目前较为常用的一些边界层数值模式及其发展概况，同时也介绍了一些常用的模拟方法及各自的优缺点，最后简述了边界层数据模拟的发展趋势。     

数值预报模式动力框架发展的若干问题综述

作者就大气数值模式动力框架发展的几个问题做了回顾和展望.关于模式地形的处理,讨论了"地形追随"(terrain-following)坐标和"台阶地形"(step-mountain)η坐标的优点、问题和对策.关于物理量守恒格式的构造,回顾了从"瞬时"守恒到隐式、显示和半隐式完全(包括时间离散)守恒格式的发展和近况,介绍了加速非线性全隐式问题迭代收敛的途径.还讨论了半拉格朗日守恒格式的构造问题.最后,对目前广泛使用的全球谱模式,讨论了其长处、局限和发展前景,并简单介绍了谱元方法.     

GRAPES模式中高精度正定保形物质平流方案的研究Ⅰ:理论方案设计与理想试验

平流计算的精度对数值模式的结果有着重要影响.如何在半拉格朗日模式中发展高阶精度的标量平流计算方案是提高半拉格朗日数值模式精度的重要问题.文中采用计算流体力学中一个新的高精度正定保形的物质平流方案,通过映射单元格方法将其与半拉格朗日模式结合起来,既保留了半拉格朗日时间积分方案中积分时间步长大、计算效率高的特点,又发挥新方...     

用10层准拉格朗日有限区域模式对高原东侧锋生过程的数值模拟

本文对一次引起夏季华北暴雨的锋生过程进行了研究。在诊断分析的基础上,我们采用十层准拉格朗日有限区域模式对此个例进行了48小时的模拟,并对模拟输出结果进行解释与再次诊断。表明:(1)夏季高原东侧有时两支气流交绥很清楚,温度对比明显,与梅雨锋的情况很不相同,这在夏末尤其如此。这种温度对比区虽比冬季弱,但是,与夏季天气系统的发展及降水是有关系的。(2)模拟结果与实际观测资料是很相似的,再现了两支气流形成切变线的三维结构、移动与演变,并模拟出了在对流层中存在着深厚的24小时变温区;模拟发现,一条东北-西南向的锋生     

三维冰雹云数值模式及业务应用

介绍了三维冰雹云数值模式,通过数值模拟分析2007年7月24日冰雹发生、发展过程,结果表明：三维冰雹云数值模式很好地模拟了单体对流云云顶高度、云体宽度、回波强度等参数,且与实际情况较为接近,还能模拟防雹作业后的效果,可作为研究冰雹云形成机制和提前预报冰雹云的的参考方法。     

用变分方法校准天气雷达测定区域降水量的数值计算和精度分析

本文应用武汉地区1987年5月25日和5月12日二次降水过程的WSR—81S型数字化雷达的彩色分层数字资料和自动雨量计校准子系统的雨量资料。分别用变分方法和平均校准方法去校准雷达测定区域降水量,并对这两种方法进行比较,发现变分校准技术的效果最佳,能够达到一定的精度。同时介绍了变分方程的数值解法及其权重系数的选择,分析比较了Column Max和ZPPI两种图像数字资料的使用效果。     

气溶胶对冰雹云物理特性影响的数值模拟研究

利用RAMS(Regional Atmospheric Modeling System)数值模式,研究了气溶胶数浓度的改变对半干旱地区春季出现的一次较大范围的降雹天气云微物理特性和降水过程的影响,模拟结果表明:(1)气溶胶对云中液态含水量垂直分布影响明显.气溶胶浓度改变使云中水成物的空间分布发生调整.(2)清洁大气环境...     

基于球面阴阳网格数值计算研究进展

对球面阴阳网格的转换关系、优缺点及边界数据插值交换方法的相关知识进行了较为详细介绍。同时对应用球面阴阳网格的3种数值计算方法进行了回顾总结,包括优化的Schwarz方法、CIP-CSLR平流数值计算方法、多离散矩有限体积法。针对优化的Schwarz方法,从浅水方程组的离散入手,讨论了其在求解球面椭圆型问题的优势;而对CIP-CSLR平流数值计算方法和多离散矩有限体积法,主要从如何在网格单元内构造插值函数的角度对其进行分析。最后对开发全球非静力阴阳网格模式进行展望。     

水汽方程积分计算格式的数值试验

该文把Easter(1993)的水汽方程积分方案应用到球坐标的有限区模式（LAFS）中，并作了两组比较性试验。Easter的方案是把水汽的通量方程和连续方程联立求解。在计算中不会出现水汽负值。而且稳定性好。本文所做的两组试验表明。Easter的方案比LAFS的原方案所产生的计算性扩散小。因而降水预报更接近实况。但CPU时间增加了16%。     

采用隐式立方样条计算平流过程的数值模式及理想实验

本文介绍了一种用隐式立方样条求解平流方程的数值方法,并从理论上对其无条件稳定性进行了证明,在此基础上建立了一个在地形坐标系下的两维原始方程模式,模式在行星边界层参数化中引入了湍流动能方程,在模式顶部引入了吸收层.数值实验表明:模式有较好的计算稳定性,对较高的模式水平分辨率和复杂地形均有较强的适应能力;对复杂地形和下垫面非均匀热源条件下中尺度系统的模拟能获得合理的结果,并具有较高的精确度.     

尺度自适应大气边界层参数化改进及其对一次海雾的数值模拟研究

大气边界层湍流运动是地球大气运动最重要的能量输送过程之一.当数值模式分辨率接近活跃含能湍涡长度尺度时,湍流运动被部分解析,被称为"灰色区域",传统的边界层方案不适合此时模式湍流问题的描述.为了提高模式边界层方案在包括"灰色区域"的不同网格尺度上的描述能力,适应不同分辨率模式的需要,在雷诺平均湍流理论基础上,修正Mell...     

MM5数值预报引入GRAPES三维变分同化技术在上海地区的预报和检验

该文简要介绍GRAPES三维变分同化技术在MM5数值预报中的应用；利用2003年3月至2003年5月华东地区138个台站实况资料与其预报结果，评价了该模式系统对华东地区降水的预报结果，分析了三维变分同化对MM5数值预报结果的可能影响。结果表明，GRAPES三维变分同化方案是比较合理的，同化后模式对华东大部分地区的降水24 h预报比没有使用同化的总体情况要好；同样，同化后模式对华东大部分地区的晴雨预报准确率较高。     

华北地区地基GPS天顶总延迟观测的质量控制和同化应用研究

地基GPS天顶总延迟由于其解算误差来源少于目前广泛应用的可降水量资料,其同化应用将会为数值预报初值场更好地提供大气信息。面向同化应用的天顶总延迟观测质量控制方案的研发将会有效推进该资料在中国数值预报中的广泛应用。基于2013-2014年华北地区天顶总延迟观测资料,发展了一套针对数值预报同化应用的天顶总延迟观测质量控制方案。该方案从测站稳定性和解算精度、离群值、系统偏差及标准差等考察点切入,从不同角度检查和标记出致使观测序列统计特性偏离高斯分布特征的样本。质量控制后序列统计特征量更接近三维变分系统对观测资料的性质假设,表明了所建立质量控制方案的合理性。基于北京市气象局数值预报业务系统BJ-RUC开展了连续11 d的快速更新循环预报试验。评估结果表明：同化质控后天顶总延迟试验的降水预报效果明显优于同化未质控天顶总延迟试验,表明所建立质量控制方案的有效性。同化质控后天顶总延迟试验的降水预报效果优于未同化GPS资料试验,表明天顶总延迟资料的同化应用可以有效提升预报系统的降水预报效果,特别是在无探空资料参加同化的预报时次;同化质控后天顶总延迟资料试验的降水预报效果也优于同化可降水量的试验,表明使用天顶总延迟资料代替可降水量资料在数值预报业务中开展同化应用是可行的。在天顶总延迟观测质量控制方案研发和同化应用得到了一些有意义的结果,有助于推进该观测资料在数值预报科研和业务中的应用,为提升预报性能提供技术支撑。     

物理初值化在台风数值天气预报中的应用试验

根据P.R.Julian(1984)的物理初值化方法，利用有限区数值预报模式，针对台风系统的预报做了物理初值化试验。结果表明，物理初值化不但可以改善台风、低压和副高区域的初始流场形势以及初始降水率，而且可以改善台风强度的发展变化过程和路径的预报，是一种有效可行的方法。     

Impact of Horizontal Resolution and Cumulus Parameterization Scheme on the Simulation of Heavy Rainfall Events over the Korean Peninsula

In this paper, we present the results from high-resolution numerical simulations of three heavy rainfall events over the Korean Peninsula. The numerical results show that the prediction accuracy for heavy rainfall events improved as horizontal resolution increased. The fine-grid precipitation fields were much closer to the real precipitation fields in the case of large synoptic forcing over the Korean Peninsula. In the case of large convective available potential energy and weak synoptic forcing, it seems that even when using a high resolution, the models still showed poor performance in reproducing the observed high precipitation amounts. However, activation of the cumulus parameterization scheme in the intermediate resolution of 9 km, even at a grid spacing of 3 km, had a positive impact on the simulation of the heavy rainfall event.     

改进的物理过程参数化对台风路径数值预报的影响

文章介绍了国家气象中心的台风路径数值预报试验模式和新开发的改进物理过程参数化方案，对1992年的5个台风个例初步试验结果表明:改进物理过程参数化模式对台风路径和台风强度的预报比简单物理过程模式有明显提高，24 h和48 h台风中心位置预报误差分别为188 km和337 km，比原模式减小38 km和190 km；48 h台风中心气压与实况之差平均减小3 hPa。     

垂直-倾斜对流一体化参数化方案的实现及数值试验

在Kuo-Anthes垂直对流参数化方案和Nordeng倾斜对流参数化方案基础上,提出了垂直-倾斜对流一体化参数化方案,并引入MM5模式中.利用该方案对2008年1月28-29日发生在中国南方的一次暴雪过程和2005年"海棠"台风过程进行了数值模拟,模拟结果表明,此次暴雪过程在垂直方向主要表现对流稳定状态,但在对流层低层始终存在条件件对称不稳定层,并且当条件性对称不稳定区向高层发展时,伴随着强上升运动作为触发机制,引发条件性对称不稳定能量的释放,产生更多的对流降水,使模拟的总降水量与实况更加一致.条件性对称不稳定的发展加强与降雪强度、辐合辐散和上升运动变化一致,条件性对称不稳定是造成暴雪发展加强的主要机制之一.通过对"海棠"台风72 h的模拟表明,条件性对称不稳定主要发生在台风的低层,且其水平分布呈螺旋状结构.条件性对称不稳定效应对台风路径影响较小,但对台风强度影响较大,在模式中考虑垂直-倾斜对流一体化参数化方案后,与仅考虑垂直积云对流参数化方案相比,72 h模拟的平均台风中心最低气压降低了3 hPa,最大达8 hPa.在模式中考虑条件性对称不稳定的影响,可使模式台风中上层的暖心结构更加明显,上升运动和对流性降水增强,对流释放的更多凝结潜热使台风得到进一步加强.