灾害天气国家重点实验室成功举办数值预报系统理论高级讲座

为了使数值预报中心的研究人员和研究生能够了解数值预报的历史、发展以及现今研究的最前沿，灾害天气国家重点实验室数值预报研究部2006年底举行了“数值预报理论基础”系列讲座。讲座每星期两次，邀请了我国在数值模式方面做出突出成绩和贡献的老专家，如中科院大气物理所的纪立人、陈嘉滨先生，从数值预报的基础公式和数值解法，一直到国内外的最新研究成果进行了完整的介绍。     

新世纪初我国数值天气预报的科技创新研究

概要介绍最近5年在国家科技攻关项目“中国气象数值预报系统科技创新研究”框架内所取得的主要成果，重点是卫星等遥感资料在变分同化中的应用，高分辨非静力数值预报模式的发展，全球资料同化与中期数值天气预报系统的发展，数值天气预报系统的模块化与并行计算，数值天气预报新技术的研究等，并扼要介绍我国新一代数值天气预报系统的业务应用试验。最后，对我国数值天气预报的进一步发展做了讨论。     

气象数值预报研究中心成立

国家气象数值预报技术创新基地——中国气象科学研究院数值预报研究中心在2001年初进行了首批研究人员和流动客座研究人员的招聘工作,4月份人员基本到岗并开始运作。共招聘了固定研究人员13人,流动客座研究人员8人。所招聘人员之中有工程院院士1人,正研究员8人,副研究员13人,其中博士6人。数值预报研究中心是中国气象科学研究院一支最年轻的研究队伍,但这是一个完全按照开放、流动、竞争、台作的新机制建立起来的新型研究开发机构。数值预报中心2001年共争取到国家支持的项目3个,其中包括国家“十五”科技攻关项目“中国气象数值预报技术创新     

中国数值天气预报的自主创新发展

数值天气预报是天气预报业务和防灾、减灾的核心科技。中国数值天气预报研究和业务应用一直受到高度重视,在理论、方法和数值模式研究方面取得了有广泛国际影响的研究成果。在回顾新中国数值天气预报自主创新研究成果的基础上,重点对GRAPES（Global Regional Assimilation and PrEdiction System）半隐式半拉格朗日格点模式与物理过程的研发和业务应用的状况以及所取得的重要科学进展进行了综述。近年来,通过自主研发建立了中国数值天气预报业务体系—GRAPES体系。首次以自主技术实现了从区域3—10 km到全球25—50 km分辨率的确定性预报和集合预报系统,并在模式动力框架、四维变分同化和卫星资料同化技术等方面有所突破,建立了大气化学数值天气预报、台风数值预报和海浪预报等系统。自主研发的数值天气预报体系的建立是长期坚持既定科学技术方向以及研究和业务紧密结合、经验不断积累的结果,是中国自主发展数值天气预报技术的重要起点。      

模块化模糊神经网络的数值预报产品释用预报研究

综合应用预报量自身时间序列的拓展,数值预报产品和模块化模糊神经网络方法,进行了一种新的数值预报产品释用预报研究。将这种新方法与常规的数值预报产品完全预报(PP)方法进行了对比试验。结果表明,这种模块化模糊神经网络数值预报产品释用预报方法比PP预报方法的预报精度显著提高。并且,通过对预报模型“过拟合”现象的研究发现,这种模块化模糊神经网络的数值预报产品释用预报模型具有很好的泛化性能。     

基于Lorenz系统提取数值模式可预报分量的初步试验

针对数值预报模式中存在的非线性混沌特性, 从提取可预报分量的思路出发, 阐述了在数值模式中提取可预报分量的方法, 并利用Lorenz系统进行了相关数值试验。研究发现, Lorenz系统初始误差在相空间中的增长速度是不同的, 某些方向的误差增长速度较慢, 即存在对初值扰动不敏感、相对稳定的可预报分量。根据数值模式切线性误差算子的特征值演化规律, 提取出数值模式的可预报分量, 并将模式变量在其基底上进行投影变换, 建立了可预报分量数值模式。在此基础上, 研究了Lorenz系统的混沌状态、模式参数误差及外部随机噪声对提取可预报分量的影响, 发现基于可预报分量的数值模式, 具有更好的预报技巧。     

第4届GRAPES—WRF模式发展联合研讨会成功举办

由中国气象科学研究院灾害天气数值预报部主办的第4届中美GRAPES—WRF数值模式联合研讨会于2006年9月5-9日在浙江杭州召开。来自北京、上海、浙江、湖南等地的数十位数值预报研究与业务应用专家和美国国家大气研究中心（NCAR）的十几名数值模式专家欢聚一堂，交流各自在数值模式领域的研究进展及今后的发展方向。会议期间双方在数值模式动力框架、物理过程、并行计算、资料同化、科学应用等多个关键领域进行了广泛深入的交流，     

东北区域空气质量数值预报模式应用研究进展

中国气象局沈阳大气环境研究在2014年基于CUACE和CMAQ建立了东北区域空气质量数值预报业务系统,本文介绍了空气质量数值模式的研究进展以及业务现状,为东北区域空气质量和雾霾预报提供了技术支撑。然而,随着预报精细化和更长预报时效的业务发展需求,存在预报准确率不高、计算资源短缺、科技创新能力不足等问题。本文基于存在的问题提出了东北区域空气质量数值预报未来发展建议与展望,包括加强大气污染源清单研究与技术规范制定、观测资料同化技术研究与业务应用、物理过程参数化方案的改进优化、发展数值预报产品订正技术、开发高分辨率7—10 d数值预报产品、加强人才引进和科技创新等。     

黄海气旋数值模拟的可视化

对一次黄海气旋数值模拟进行了可视化研究, 给出了气旋云系、锋面、流场、涡度场的立体图像, 展示了可视化软件Live View在数值模拟研究中有广阔的应用前景.     

我国大气动力学和数值天气预报研究工作的进展

我国自解放以来大气动力学和数值天气预报研究工作蓬勃发展,取得了不少可喜的成果。在祖国各地已初步形成了一支从事动力学和数值预报工作的力量,研究与大气预报实践密切相关的各种动力学问题,尤其是对我国天气影响很大的问题,同时也注意到基础理论问题的研究。我国数值天气预报的理论及数学方法的研究工作也有许多成果,数     

A CASE STUDY OF NUMERICAL SIMULATION OF SEA FOG ON THE SOUTHERN CHINA COAST

This study uses numerical simulations to examine a case of sea fog that was observed from 20 to 22 March2011 on the southern China coast. The observation dataset includes observatory data, cloud-top temperature from MODIS, GPS sonde, and data from the Integrated Observation Platform for Marine Meteorology(IOPMM). The simulations are based on the Weather Research and Forecasting(WRF) model with four distinct parameter settings.Both the observations and simulations focus on the characteristics of the fog extent, boundary layer structure, and meteorological elements near the air-sea interface. Our main results are as follows:(1) The extent of mesoscale sea fog can be well simulated when the sea surface temperature has at least 0.5 ×0.5 horizontal resolution.(2) To accurately model the vertical structure of the sea fog, particularly the surface-based inversion, vertical levels must be added in the boundary layer.(3) When these model conditions are met, the simulations faithfully reproduce the measured downward shortwave radiation, downward longwave radiation, and surface sensible heat flux during the sea fog period.     

回顾我国台风动力学的研究

本文系统地小结了三十五年来我国台风动力学研究的进展。内容包括:(1)热带扰动的不稳定性理论与台风成因;(2)大气涡旋动力学与台风移行;(3)台风的诊断分析及其结构的动力学解释;(4)台风的数值模拟;(5)台风的流体模拟实验。     

雷达资料在江淮流域暴雨数值模拟中的应用

将雷达资料计入ＰＳＵ／ＮＣＡＲ中尺度模式，对江淮流域暴雨实例进行了模拟实验、在工作中，雷达资料经过处理加入到模式中，改变初始湿度场分析，然后作２４小时数值模拟，并与控制试验作比较。结果表明：加入雷达资料后的数值模拟预报，由于增强了暴雨区及其邻近区域对流层中低层水汽和辐合上升运动，雨区位置和雨量中心值比控制试验更接近实况。     

四川“81.7”特大暴雨和西南涡的数值模拟

本文利用复杂地形条件下嵌套细网格预报模式、由欧洲中心的格点资料,设计了六组不同的模拟试验方案,对1981年7月11—15日四川大暴雨及西南涡过程进行了48小时数值模拟。结果表明,本模式较好地预报了这次大暴雨及西南涡过程。对这次西南涡及暴雨过程的发展,凝结潜热有最重要的影响,青藏高原地形的阻挡作用也有重要影响,地面感热和潜热通量、地面摩擦及边界层内的侧向摩擦对西南涡的发展、上升运动和降水的加强也有一定的贡献。     

下垫面粗糙度突变时的内边界层研究

本文介绍了下垫面粗糙度突变时内边界层的形成过程,阐述了内边界层研究的意义,总结和分析了内边界层在理论研究、实验和观测以及数值模拟方面的主要成果。     

人工增雨降温机理的数值模拟研究: 对流云个例试验

为减轻夏季用电负荷,2004年我国许多省市实施了碘化银催化增雨降温作业。本文利用数值模拟方法讨论了强对流云(冰雹云)催化降温的机理。模拟结果表明,实施碘化银催化后,地面降雨量增加、降雹量减少、地面温度降低。催化使得云中冰晶、霰和雨水的含量增加,造成云雨蒸发、霰的融化(蒸发)及冰晶升华量增加,从而使空气温度降低。     

CAPABILITIES AND LIMITATIONS OF GRAPES SIMULATIONS OF EXTREME PRECIPITATION IN THE WARM SECTOR OVER A COMPLEX OROGRAPHY

A comprehensive observational study on a warm sector torrential rain (WSTR) on 20 May 2016 over south China is presented with a pioneering examination of simulation capabilities based on the Global/Regional Assimilation and Prediction System for Tropical Mesoscale Model (GRAPES_TMM). The results show that the meso-scale convective boundary formed between north wind from mountainous areas and the south wind from plain regions as well as the cold outflows boundary both contribute to the convections over Xinyi, and the convections were blocked and stayed stagnant in the trumpet-shaped topography for about 8 hours which eventually caused the torrential rains. Comparative verifications of the observational studies by simulations showed that GRAPES_TMM had better estimations of large-scale frontal precipitation than the local warm-sector torrential rains. The simulations of local torrential rains in the warm sector showed strong biases in precipitation location and amount. GRAPES_TMM also showed overestimated surface winds and a faster moving speed bias, as well as an overall underestimation of the nocturnal surface temperature during the WSTR. This work may lead to several prospective researches of its model improvements on model physics such as land surface process and PBL parameterization.     

雷达和卫星资料在中尺度模式中的初步应用

本文利用非静力中尺度模式MM5对1998年7月20日－21日发生在湖北东部地区的特大暴雨过程作数值模拟，同时将不同时间的雷达和卫星资料适时加入模式改变当时模式中的水汽场，并与控制试验进行比较分析，结果表明：加入雷达和卫星资料后的数值模拟，由于修正了暴雨区及其邻近区域对流层中低层水汽场，雨区位置和雨量中心值比仅用探空资料的控制试验更接近实况。雷达与卫星资料引入模式对于24小时降雨产生的效果不同，雷达资料的影响是局部的，范围较小，卫星资料影响范围较大，而且适时加入雷达、卫星资料能够及时通过水汽场修正，使24小时预报的雨区范围和中心强度与实况更加接近，而二者结合起来的效果与降水系统的特征有关。     

热带大气季节内振荡的几个基本问题

在一系列资料分析、数值模拟试验和理论研究的基础上，对热带大气季节内（３０－６０天）振荡的几个基本问题进行系统的综合讨论，包括热带大气季节内振荡的地域特征、空间尺度特征、水平传播特征、与中高纬度大气季节内振荡的联系、同Ｅ１Ｎｉｎｏ间的相互作用以及热带大气季节内振荡的动力学机制。通过讨论和分析，对热带大气季节内振荡得到一个更全面和更系统的认识。     

土壤湿度和地表反射率变化对中国北方气候影响的数值研究

本文利用ＯＳＵ两层大气环流模式来考察土壤湿度和地表反射率变化对中国北方气候的影响。在（３０—４６°Ｎ，９０—１２０°Ｅ）的区域上进行了３个试验，结果表明干土壤对我国东部季风区和西部非季风区有不同的影响特征。高反射率造成降水减少。并指出地表过程的作用可能是经常发生在华北的春夏连旱现象的重要原因之一。