分块地形坐标大气环流模式框架的计算稳定性及数值试验

用数值试验方法讨论了分块地形η坐标大气环流模式动力框架的计算稳定性; 采用实际初始场, 该框架能够长期稳定地积分.在积分前100d内总有效能量变化很小, 总质量守恒、各物理量场的数值和波形都得到很好保持, 这表明该框架稳定性好.在分析了该框架的积分结果后可知其合乎物理事实, 与IAP 2.0的动力框架相比, 能更好地反映出大地形的环流形势, 这说明有大地形时采用分块地形η坐标要较σ坐标好.另外, 还对青藏高原等大地形的纯机械强迫作了数值试验, 得到了地形强迫平均槽脊的分布特征, 给出了地形纯机械强迫造成的准定常行星波的图像. 这些工作表明采用分块地形η坐标处理大地形是合理可行的.     

一个用阶梯山脉坐标表示的大气环流模式：模式的描述及其对中期预报的有效性

阶梯山脉或η垂直坐标已成为消除在沿陡坡面计算气压梯度力时出现的数值误差而建议的一种解决方法。这篇文章的主要目的是描述采用η坐标而设计的全球大气环流模式的发展，并检验该模式对中期预报的能力。首先，给出极地边界和极地滤波的处理。为了检验极地处理，给出了用浅水波方程得到的数值结果；其次，还把各种物理过程参数化引入多层η坐标模式。为了证实该模式有效，给出了几个１月份个例的数值积分。η坐标所列方程与随地形起伏的σ坐标所列方程很相似，允许用其中一种垂直坐标试验模式。于是，在同样的物理过程参数化下，我们用η坐标大气环流模式和σ坐标的大气环流模式进行了比较。另外，还与σ坐标的谱模式作了比较。还就模式的有效性，用几种不同的水平分辨率，４种观测的初始状态作了１０天积分。对相对低的分辨率的模式，预报结果稍微有利于谱模式和σ坐标模式。然而，采用较高分辨率，η坐标模式预报技巧评分与σ坐标模式结果不再有明显的差别。给出的其它结果还证实了η坐标在陡峭地形附近的优势以及与地表边界层处理有关的η坐标的潜在缺陷。     

一η坐标暴雨模式的改进及效果检验

引入曾庆存等[1]的分块地形思想,在一个η坐标暴雨模式的基础上,对气压梯度力的计算进行了改进,推导了新的计算方案并改写了相应程序。效果检验表明,该改进可部分地提高陡峭地形处暴雨雨强的预报。     

高分辨率η坐标模式对四川降水个例对比数值试验

在原η坐标模式基础上,利用９９５年８月２３日和１９９８年４月２８日四川西部两次强降水过程为例,通过改变水平分辨率和具有不同分辨率的地形资料,以及固定边界、意向影响嵌套边界,进行了一些数值试验。结果表明：（１）较低水平分辨率的η模式,采用较高分辨率的地形资料不一定能改善预报结果;（２）较高水平分辨率,并引入较高分辨率的地形资料,以及意向嵌套侧边界的η模式,对预报结果有较明显的改进。     

逐层平滑地形的平缓地形追随坐标在高分辨率GRAPES模式中的应用研究

高分辨率GRAPES模式如3?km模式对地形的识别程度更高,模式中各高度坐标面可识别的地形坡度也更大,地形作用带来的气压梯度力计算误差和平流输送误差更突出.平缓地形追随坐标可以通过多种方式衰减坐标面上的地形影响进而减小这些计算误差.选择一种逐层平滑地形的平缓地形追随坐标,基于GRAPES-3km模式进行理想试验和批量模...     

强地形有限区域中尺度数值模式在1995年汛期中的试用

陕西省的天气系统受地形的影响很大，因此选用了能准确处理陡峭地形的阶梯山脉坐标（η坐标）系建立强地形有限区域中尺度模式，克服了σ坐标系的缺陷，较准确地预告了陕西省的天气系统演变，对降水范围、落区和量级方面做出了难确的预报，揭示了陕西省暴雨的形成机制和演变规律。     

两种地形追随坐标对一次强降水过程模拟影响对比分析

利用GRAPES_Meso 区域中尺度模式,选择传统追随坐标(简称Gal.C.S 坐标)和新的平缓追随坐标(简称SLEVE1坐标)两种高度地形追随坐标,对一次强降水天气过程进行数值模拟,对比分析两种不同地形追随坐标的影响。个例模拟结果表明,SLEVE1 对降水场、风场、温度场、高度场的模拟预报均有改进;与Gal.C.S 坐标相比,SLEVE1 坐标通过平滑坐标面上的地形作用,减小虚假垂直速度进而减少虚假降水;SLEVE1 坐标模拟的各要素场剖面图等值线上的小尺度噪音有不同程度衰减,预报要素均方根误差减小,相关系数增大;SLEVE1 坐标临界衰减高度越小,模拟预报结果越好,该高度受到最大地形高度的约束。     

大气数值预报模式中高度地形追随坐标的设计研究：理论分析与理想试验

采用一种统一的地形追随坐标的形式,对Gal-Chen & Somerville(简称Gal.C.S坐标)、平缓坐标(smoothed level vertical coordinate,简称SLEVE坐标)等几种典型的高度地形追随坐标进行了气压梯度力计算误差影响和二维质量平流试验的理论分析,并与一种新提出的高度地形追随坐标——三角函数平缓坐标(简称COS坐标)进行比较.气压梯度力计算误差分析结果显示,与Gal.C.S坐标相比,单尺度平缓坐标(简称SLEVE1坐标)、双尺度平缓坐标(简称SLEVE2坐标)和COS坐标在减小气压梯度力计算误差上有不同程度的改进,SLEVE2坐标和COS坐标比其他两种坐标更具优势,衰减系数b和坐标转换的雅可比项对减小误差起决定性作用.二维质量平流试验也有类似的结果,与无地形的参考试验结果相比,COS坐标的质量输送计算误差最小,且经优化的COS坐标的质量输送计算误差几乎和参考计算误差完全重合,在4种坐标中最优.     

一个基于Eta垂直坐标的新WRF动力框架及其数值试验

针对我国陡峭地形数值预报难题,本文在国际先进WRF(Weather Research and Forecasting)模式动力框架中引入阶梯地形垂直坐标,以期为改进复杂地形区域数值天气预报提供模式发展可选方案.设计气柱质量变换方法,实现阶梯地形和追随地形两种垂直坐标下动力方程组的形式一致,从而简化方程组离散及程序实现的...     

一种改进的平缓-混合地形追随坐标在GRAPES中尺度模式中的应用研究

平缓-混合地形追随坐标（T-F坐标）可以减小坐标面上的地形影响带来的各种计算误差。以余弦三角函数为基函数的平缓-混合坐标（COS坐标）高层坐标面水平,计算误差较小,但是低层坐标面之间的厚度较薄,增大了计算误差,给模式稳定性及模拟效果带来较大的影响。设计一种改进的COS坐标,使低层坐标面垂直分布更加均匀,应用于GRAPES-Meso模式进行理想试验和实际模拟试验。结果表明,改进的COS坐标相对COS坐标,中高层计算误差相当,低层地形作用衰减的垂直变化更加均匀,减小了计算误差,提高了计算稳定性;地形重力波试验结果显示,改进的COS坐标重力波破碎相对COS坐标有一定缓解,更接近解析值;批量模拟试验结果显示,改进的COS坐标各个层次上的月平均模拟偏差比单尺度双曲函数平缓-混合坐标（简称SLEVE1坐标）更小,均方根误差减小,距平相关系数增大。改进的COS坐标有效地解决了COS坐标的计算问题,提高了模式预报效果。      

青藏高原东部地区降水的定量数值预报初探

运用LASGη坐标有限区域数值预报模式对青藏高原东部的川、渝两省市1988年的18次强降水过程进行了不同方式下的定量降水预报的数值模拟,并根据中国气象局制定的有关规定对模拟预报结果进行了评估.该区域地形复杂,天气系统多变,对数值预报模式有较高的要求,LASGη坐标模式以其比较完善的动力框架和物理过程处理方法获得了较好的预报结果,其对小雨、中雨、大雨预报的TS评分可超过主观预报的水平.     

一次局地特大暴雨的η坐标模式数值试验研究

使用一个考虑陡峭地形的１６层η坐标模式，对１９９０年８月１４￣１５日夜间发生在湖北省远安县境内的一次特大暴雨（最大４小时降水量３６６．８ｍｍ）进行了数值模拟，模拟出了此次降雨过程的局地性及双峰特点。进一步通过地形及边界层两组敏感性试验表明，地形的位置对暴雨的落区，其形状及陡峭程度对暴雨中心的强度，有着决定性的影响。边界层对暴雨也有重大影响，影响机制之一是通过其温湿能量通量，重建或补充暴雨过程中不断     

1996年6月的若干主要降水过程的数值模拟

本文运用高分辨率η坐标模式,并采用常规报文资料获得始场,运用包络地形方法获得模式所需地地形资料,对１９９６年６月主要降水过程进行了数值模拟,结果表明,该模式降水场,形势场的预报好,ＴＳ评分较高,模式对暴雨有较强的预报能力。     

青藏高原东部地区降水的定量数值预报初探

运用ＬＡＳＧη坐标有限区域数值预报模式对青藏高原东部的川、渝两省市１９８８年的１８次强降水过程进行了不同方式下的定量降水预报的数值模拟,并根据中国气象局制定的有关规定对模拟预报结果进行了评估。该区域地形复杂,天气系统多变,对数值预报模式有较高的要求,ＬＡＳＧη坐标模式以及其比较完善的动力框架和物理过程处理方法获得了较好的预报结果,其对小雨、中雨、大雨预报的ＴＳ评分可超过主观预报的水平。     

三维变分同化在一η坐标中尺度模式预报中的应用

将中国气象局的GRAPES三维变分系统与一η坐标中尺度模式结合,对模式初始场进行同化前后对比试验,研究η坐标中尺度模式对云南降水的预报能力,并用于2002年5月10～15日00:00云南雨季开始降雨过程的模拟试验.试验结果表明,三维变分同化方案目标函数收敛快,采用同化方案的η模式预报的强降水中心、分布范围、预报精度比不进行同化的效果好.     

一种新型高度地形追随坐标在GRAPES区域模式中的实现:理想试验与比较研究

将一种新的高度地形追随坐标(Klemp坐标)引入了GRAPES区域模式,并与传统追随坐标(Gal-Chen坐标)和平缓地形追随坐标(SLEVE,Smooth Level Vertical coordinate)进行了比较。对不同坐标下气压梯度力的计算误差通过理想静止大气试验进行了评估,结果表明:与Gal-Chen坐标和SLEVE坐标相比,Klemp坐标有效地减小了气压梯度力的计算误差。理想重力波模拟试验表明,Klemp坐标下对重力波的模拟相比其他两种坐标也更接近于解析解。模式进一步采用了Mahrer气压梯度计算方案减少了计算误差,并提高了模式的精度和稳定性。实际个例试验与理想试验的结论相似。     

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.     

一个修改的σ坐标初始方程斜压模式

本文提出一个修改的σ坐标初始方程数值模式,在模式大气的下层具有σ坐标特性,而上层保持P坐标性质。用它来发展过去所设计的一个包括地形和非绝热作用的初始方程三层模式。模式提高了空间分解性能,改变了静力关系的差分方案,并与一般的σ坐标作了比较。在物理因子中除辐射、感热、蒸发和大尺度凝结外,本文进一步包括了积云对流的作用。最后给出了预报个例的结果。     

地形对两湖气旋发展影响的数值试验

本文运用中尺度η坐标暴雨模式，并采用常规报文资料获得初始场，运用包络地形方法获得模式所需的地形资料，对1999年5月16日-17日两湖气旋个例进行了数值模拟和敏感性试验，结果表明，该模式对两湖气旋的发生发展有较强的模拟能力，对两湖气旋过程的降水场和形势场的模拟较好，模式对暴雨有较强的模拟能力，敏感性试验表明两湖地区中尺度地形对两湖气旋的生成，发展有重要作用。     

不等距分层中尺度η坐标暴雨模式的设计及数值试验

运用加权平均法构造垂直不等距差分格式,设计了16层不等距分层的中尺度η坐标暴雨模式。模式对地形的描述更加细致。对1998年6、7月降水集中的两个时段的降水进行了数值模拟试验,结果表明,不等距模式运行稳定,在暴雨预报方面比等距模式有显著提高。特别是暴雨的范围、中心位置及强度预报得更好,虚假暴雨区大大缩小。