强雷暴环境的中尺度模拟

1.引言本文评述了当前有限区域中尺度模式提供中纬度强雷暴环境的准确预报以及风暴对环境可能的反馈作用的能力.这里的"中尺度模式"指的是用水平格距Δx=10～100公里作为在静力学原始方程中的有限差分近似.对平流波来说,要有满意的截断误差至少需4—6个格点(Pielke,1981),而要准确地计算非线性波的相互作用,则需近10个格点(Gerrity,1972).因此,这些模式适合模拟的天气现象尺度为Orlanski(1975)定义的中β尺度(25—250公里)上部到中α尺度     

有限区域高分辨率模式的改进,发展及试验

对复杂地形条件下嵌套细网和数据模式进行了改进和发展，使之成为水平格距为５０ｋｍ，垂直分层为１１层的高分辨率模式。同时对其物理过程如积云对流参数化、边界层物理等也进行了改进，并将该模式程序优化为能在计算机工作站和微机上进行业务运行的数值预报系统。     

日本国家天气监视网中预报技术研究的进展情况

现将近一年来国家天气监视网的预报技术研究工作(详见本刊1980年第1期——编者)主要的进展介绍如下。 1.数值天气预报技术的研究 (1)边界层模式(甚细网格模式) 制成了13层动力预报模式(以日本为中心,格距:63.5公里、网格数35×35),适用于冬季风强的情况,作12小时预报。关于梅雨期进行了减少垂直层数的试验。改进了因对流产生的降水预报的结果,使     

近45年El Nino发生前后珠江口季风强度与海平面异常分析

介绍了一个局地自适应多级模式降水预报系统、以及各级模式对1998年6月9日降水的预报结果，并相互比较。预报结果是：广州区域中心业务模式（75km水平格距）较好地反映了这次降水过程，依托其上的局地各级模式（分别为25km,5km水平格距）能够逐级进一步细致地描述降水过程的空间和时间的分布。这表明自适应多级模式是局地降水预报客观、定量化的有效方法。结果也有利于实际预报人员进一步了解各级模式性能，以便更合理有效地应用数值模拟所提供的信息。     

欧洲中心数值预报资料在夏汛期的应用检验

欧洲中期预报中心的全球原始方程15层模式,格距1.875°,每天计算输出未来10天逐日预报产品,精度较高,质量稳定。从1982年4月下旬,我们开始接收欧洲中期预报中心的数值预报产品,并在夏季汛期预报业务中试用。为了便于台站应用,我们将在试用中遇到的问题、检验的结果,作些介绍。     

一个有限区域中尺度模式的设计及预报试验

以一个６层原始方程模式的基本动力学框架为基础，设计了一个对物理过程考虑得较全面的中尺度原始方程模式。该模式采用（ｘ，ｙ，σ）坐标系；大气上界取为１０ｈＰａ，提供多种水平边界条件；水平和垂直分辨率均可调；降水方案包括大尺度降水和深厚积云对流降水；地面温度的计算采用地面热量收支方程；考虑了地气和海气交换作用；垂直交换系数的计算采用Ｌｉｏｕｉｓ格式；水平扩散采用二阶形式和四阶形式相结合的方案，扩散系数是网格点位置和风场的函数；积分方案采用经济的中央差格式。在水平格距取８０ｋｍ，垂直方向不等距地分为１６层的分辨率条件下，利用该模式进行逐个个例预报试验。结果表明，模式计算稳定，能较好地报出主要的天气形势，预报的降水也较接近实际。文中给出了一些检验指标的统计结果。还在预报能力及模式特性方面与原６层模式进行了对比。     

数值预报讲座 第二讲 北半球五层原始方程模式

1982年2月,北京气象中心开始向全国发布一组新的数值预报图,其中北半球的形势预报采用了修正σ坐标的原始方程五层模式。该模式是对北京气象中心原先使用的三层原始方程模式(简称Λ模式)的一个改进。其特点是在垂直分解上从三层扩充为五层;在水平分解上从540公里改为381公里;在静力关系差分上进一步包括了“时间微分”方案;在时间积分上将原来的欧拉后差     

MM5模式对四川"8.8"降水过程的数值试验

利用MM5中尺度模式,对2003年8月8～10日发生在四川盆地的一次强降水过程进行了数值预报和数值模拟.结果表明:(1)MM5模式对盆地西北部的强降水预报较好,在暴雨落区和中心强度的预报上非常接近实况.(2)一重区域MM5模式采用BETTS方案略好于GRELL方案.(3)二重区域双向影响嵌套侧边界处理更能清晰地预报发生强降水的落点,对预报有一定的指导意义.(4)40公里格距的一重区域MM5模式具有业务应用前景,但还需作进一步的最优方案选择调试.     

MM5模式对四川“8．8”降水过程的数值试验

利用MM5中尺度模式．对2003年8月8～10日发生在四川盆地的一次强降水过程进行了数值预报和数值模拟。结果表明：(1)MM5模式对盆地西北部的强降水预报较好．在暴雨落区和中心强度的预报上非常接近实况。(2)一重区域MM5模式采用BETTS方案略好于GRELL方案。(3)二重区域双向影响嵌套侧边界处理更能清晰地预报发生强降水的落点．对预报有一定的指导意义。(4)40公里格距的一重区域MM5模式具有业务应用前景．但还需作进一步的最优方案选择调试。     

次网格对流参数化效果对水平分辨率的敏感生试验

使用单向嵌套的五层有限域模式进行了次网格对流参数化效果对水平分辨率的敏感性试验.使最细网格覆盖主要降水区,并依次嵌套.设计了四种水平分辨率不同的网格,其水平格距分别为381,190.5,95.25及47.625km.对同一降水个例使用上述各种网格分别作了24小时累计降水量预报(积分48小时)试验.结果表明:(1)总降水量(降水最大值及等面积平均最大值)随网格距的减小而增大.当水平格距减小为50km左右时,便可以很好地预报出一般天气尺度降水的落区及雨量分布;(2)随水平分辨率的提高,次网格对流凝结对总降水的     

有限区域数值预报降水模式业务系统

在引进和试验的基础上，设计了适用于黑龙江省夏季降水预报和数值预报系统。该系统是由资料处理，数值模式，预报产品加工等模块组成，全部系统实现了自动化。系统的主体是一个有限区域，正方形网格，格距１００ｋｍ，１０层的三维，静力学平衡，原始方程模式。     

垂直变量配置对静力适应过程的影响

为了研究垂直变量配置对静力适应过程的影响,本文从描写静力适应过程的方程组出发,分别在将所有变量置于整层上的非跳点N网格;将垂直速度和温度放置在整层,水平速度、气压和密度等变量放置在半层的Charney Phillips跳点网格(CP网格);将水平速度、气压和温度放置在整层,将垂直速度和密度放置在半层的Lorenz跳点网格(L网格);将密度变量放置在整层的Charney Phillips跳点网格(CP_N网格);将密度放置在整层的Lorenz跳点网格(L_N网格)上进行离散,垂直格距分1 km、0.5 km、0.2 km和0.01 km,研究了在这5种网格上产生的频率和垂直群速的相对误差。结果表明:(1)L_N网格和CP网格是完全等效的两种网格。(2)不论垂直格距为多少,CP网格和L网格的误差都是最小,N网格次之,CP_N网格的误差最大。(3)随着垂直格距的减少,在这几种网格上产生的误差都在减小。对于CP网格、L网格和N网格,在水平长波和垂直短波处产生的误差较大。而CP_N网格对水平波长变化不敏感,垂直波长越短,误差越大。(4)当垂直格距为0.01 km时,这几种网格都对水平波长的变化不敏感了,仅对垂直波长敏感。(5)CP网格、L_N网格和L网格在描写静力适应过程和斜压地转适应过程都是误差最小的垂直变量配置方案,因此在非静力完全可压缩深层大气数值预报模式中应优先选择这3种方案。     

对流尺度数值预报中的云物理初始化方法改进及个例试验

通过在云初始化方案中增加由地表感热和潜热通量确定的对流尺度速度作为对流判据,同时增加层云云冰、云水计算方案,改进云分析方法,并基于第2代华东快速更新循环同化模式预报系统,针对2015年4月28日华东强对流个例,进行对比试验,分析了改进的云初始化方案对云分析结果和模式预报效果的影响。试验表明:在云分析中增加对流判据,使得平均40%左右的云分析格点判定为非对流格点,对流格点分布与正的感热通量分布相似,在陆地上有显著日变化。在对流和层云格点判定之后,增加层云云冰、云水计算方案分析层云格点,显著地减小了模式初始场的云冰、云水混合比,有效地减弱了模式积分初始阶段云冰、云水含量的剧烈调整,尤其是在陆地区域。采用改进的云初始化方案进行预报,可以减少模式前1 h和前6 h的降水强度;尤其在个例的循环试验中,强降水中心强度和面积的预报比原方案显著减弱。      

中国南海台风模式(TRAMS-v2.0)技术特点及其预报性能

中国南海台风模式(TRAMS)是基于GRAPES的非静力中尺度模式,采用半隐半拉格朗日时间差分方案,借助Helmholtz方程进行隐式求解,并在原模式的基础上,采用三维静力参考大气、非线性项分步计算、物理过程倾向隐式处理及与动力过程耦合等技术,形成新的模式动力过程计算方案。模式物理过程主要包括:长短波辐射、云微物理、湍流和深浅对流和海陆面等下垫面参数化方案,新版南海台风模式重点研发了海陆面参数化方案(SMS方案),改进了积云参数化方案(NSAS方案),并且引入地形重力波拖曳参数化方案(KA95方案)。预报模式的覆盖范围:81~161°E,0~51°N。水平格距为0.18°,垂直方向分65层,时间积分步长为100 s。2015年批量试验结果表明,新版南海台风模式预报性能稳定,误差较小,与EC全球模式同样本比较,发现短时效(如0~24 h)两模式台风路径预报误差水平基本相当,而较长时效(如48~72 h),南海台风模式的预报误差小于EC全球模式,具备较好的业务应用价值。     

海-气耦合距平滤波模式的月、季数值预报

本文用海—气耦合三层距平滤波模式(AFM)作了1976—1977以及1982—1983两个EINino事件年冬季八个月预报个例实验。其结果表明,该模式成功地预报了大尺度月地表温度距平场,预报与实况的相关系数基本上都超过了惯性预报。与距平大气环流模式(AGCM)相比,两者的结果相差不大,但AFM可节省近一百倍的计算时间。与此同时,我们还作了季节预报试验,即提前三个月作月预报,完成了1977年2月、3月和1983年2月、3月四个试验例子。结果表明,用该模式作大尺度环流的季节异常预报的潜力是存在的。最后,结合本文的结果,我们把提出距平滤波模式以来近十年的工作作了小结,对模式的预报能力作了评价。     

欧洲中期天气预报中心（ECMWF）2007—2010年四年活动规划之三：业务预报系统及研究规划

现行的业务预报系统： 该计划开始时，欧洲中期天气预报中心（ECMWF）正在制作大量的全球大气和海洋预报。在40公里网格海浪模式耦合的91层大气模式的25公里网格上，提前10天每天两次对大气和海浪进行确定性预报，此外，用一个28公里网格海浪模式在欧洲水域制作5天的海浪预报。     

中尺度模式中的三维变量配置

由于中尺度模式中采用不同的三维变量配置,必将产生不同的预报和模拟效果.怎样的三维变量分布,才能产生最佳的模拟效果呢?一直没有人从事这方面的研究.为此,在线性非静力滞弹性方程组的基础上,从频率、水平群速和垂直群速方面将中尺度模式中常见的四种三维网格的计算频散性与解析解的情况进行了对比,主要采用图示比较的方法.结果表明:总的来看三维网格C/CP计算频散性能最好,Z/LZ和Z/LY网格次之,C/L网格最差.因此设计非静力斜压模式时,应尽量采用C/CP网格.但C/CP网格对水平波长较短的波,误差相对要大些.如果模拟的波动水平尺度较小时,为减少误差,水平格距要减小.另外C/CP网格主要用在有限差分模式中;要考虑谱模式中的变量配置时,应把C/CP网格和Z/LZ网格或Z/LY网格结合起来使用.     

一个三重嵌套的中尺度模式及暴雨模拟试验

该文介绍了新近发展的一个高分辨率有限区模式(HLAM)。它是通过三重嵌套在现有计算机(CYBER-992)条件下实现的，其范围、地理位置及侧边界宽度均设计为灵活可变，尤其水平分辨率可按任意倍数提高。利用水平分辨率为50km左右的模式版本进行了实际资料的降水个例实验。结果是令人鼓舞的:(1)与嵌套的低分辨率(格距增大4倍)模式预报比较，不论低压中心位置、强降水落区、雨带走向及降水中心位置的预报都更接近实况;(2)高分辨率模式积分区域虽然缩小，但并未影响预报效果，其48小时预报仍有较高精度。初步试验表明，进一步完善和改进后的HLAM完全可以发展为一个用于中尺度研究及业务使用的高分辨率区域模式。     

中期数值预报模式T42L9及产品简介

中央气象台中期数值预报业务的模式在水平方向上的分辨率选择了波数为42的三角截断,垂直方向的分辨率选择了9层,简称 T42L9中期数值预报业务系统。该系统已于1989年10月在 M—360计算机上实现业务运行。目前又实现了在 Cyber962机上的全球同化和5天中期数值预报的业务运行,并已向全国发送该系统的各种分析和预     

一次强降水过程的中尺度数值试验

本文利用PSU／NCAR的中尺度模式的第五次改进型MMS的静力平衡框架对北京地区的一次强降水过程进行了控制试验和敏感性试验。试验结果表明：预报的北京地区的累积降水量无论是强度还是位置都与实际非常一致,且雨量的变化也与实际相符。Grell对流参数化方案比郭晓岚和改进的Arakawa－Schu－bert对流参数化方案效果好;潜热释放对降水起关键性作用;且即使在水平格距为30km的情况下,对流参数化方案仍很重要,而仅用显式方案计算的降水量偏少。另外,本文还对这次降水过程在水平格距分别为30km和90km下的模拟效果进行了对比试验,结果表明：水平格距越小,就越能较真实地模拟出暴雨的降水强度及中尺度特征。