大气谱模式中质量守恒格式的研究

当前在世界上广泛采用的谱模式，是以地面气压ps取对数作为展谱变量，模式大气总质量不守恒。本文研究这样的问题，提出了以热力学变量比容α代替温度变量T的方法，并以地面气压ps本身作为展谱变量，这样可以保持大气总质量守恒。同时，由于以α作展谱变量，可使重要项气压梯度项为二阶变量组成，截谱后，不会出现混淆误差。计算结果表明，这样改变后，大气总质量保持守恒。同时消除了混淆误差的出现。     

参考大气在中期天气预报和气候模拟中的应用

本文概述了根据应用参考大气概念提出的参考大气谱模式计算格式（或称静力扣除法）在国内外一些气象机构的中期天气预报、后处理和四维同化、以及气候模拟中的应用。计算表明，这种参考大气谱模式计算格式，能有效的减少截谱误差，明显地改进中期天气预报和气候模拟。     

ECMWF参考大气谱模式在Convex320机上的发展

将ＥＣＭＷＦ预报模式移植到Ｃｏｎｖｅｘ３２０机上，修改了Ｉ／Ｏ结构，使得该模式在该机上顺利运行，在模式中引入了参考大气。计算了６个实例，取得了较好的结果，另外，在该模式上还ＣＸＳ格式，节省了计算时间，也提高了计算精度。     

全球非静力半隐式半拉格朗日模式及其极区离散处理

全球有限区同化预报系统GRAPES(Global Regional Assimilation and Prediction System)中的全球模式是新研发的新一代全球非静力数值预报模式, 该模式将作为中国气象局下一代全球中期数值预报的业务模式. 模式动力框架的特点包括采用全可压方程组、非静力/静力可选、半隐式半拉格朗日大时间步长、利用预条件求解复杂的三维亥姆赫兹(Helmholtz)椭圆型方程等. 针对极地奇异性的特点, 介绍了GRAPES全球模式在极地的离散处理方案, 包括采用水平风分量v放在极地的Arakawa C网格, 引入极地滤波解决极地数值计算的稳定性, 近极地Helmholtz方程的订正, 及为提高球坐标系下拉格朗日上游点计算精度的处理等. 平衡流理想场试验表明, 模式对极地半拉格朗日上游点及极地的处理是正确的; Held 和 Suarez试验表明模式可保证长期时间积分的守恒特性.     

JFNK方法在求解全隐式一维非线性平流方程中的应用

JFNK(Jacobian-free Newton-Krylov)方法是由Newton迭代方法和Krylov子空间迭代方法构成的嵌套迭代方法。作者以全隐式差分的一维非线性平流方程（亦称无粘Burgers方程）探讨采用全隐式格式计算的必要性和JFNK方法的有效性。模拟结果表明, 隐式结果比显式和半隐式结果在稳定度和精度方面较大的优越性, 特别是模拟气流强的系统以及要素空间分布具有较大梯度的系统。     

第三讲 数值天气预报的控制方程组

几乎一切天气现象都与大气运动息息相关。大气运动遵循一定的流体力学和热力学规律,在数学上表示为所谓大气运动控制方程组。数值天气预报是采用数值方法求解这组控制方程,从而预报出未来的天气要素场。     

第四讲 数值方法(一)——差分法及线性计算不稳定

数值天气预报就是对在给定的初始条件和边界条件下这组控制方程求解的问题。一般很难求得解析解,而只能采用数值积分方法近似求解。数值求解微分方程的方法有:有限差分法,有限元法,谱展开法等。本讲仅介绍有限差分法。     

一种依据初始场构造的参考大气廓线及对高原地区预报的影响

地形追随坐标系下的动力学方程组通常都要引入参考大气的概念来减少气压梯度力的计算误差.参考大气的一般取法是满足静止和静力平衡关系,实际大气被看成在参考大气上的偏差.实际大气与参考大气越接近,它们之间的偏差就越小,计算就越精确.参考大气的取法一般有等温大气、定常温度廓线、初始资料进行水平平均的垂直温度廓线等.本文在一个非静力的中尺度模式中选取经过水平平均的初始温度场的垂直廓线构造模式的参考大气廓线.但是初始资料在三维空间是离散的,这里根据三次样条函数的分段连续光滑的性质,构造了随起报时间不同而不同的,只随高度变化的解析形式的参考大气廓线.构造的参考大气廓线完全满足静力平衡关系,方程中的静力平衡部分可以得到最大限度地扣除.试验表明,与等温大气相比,这种根据初始状态选取的参考大气和实际资料更接近,在大地形附近气压梯度力的计算误差更小,500 hPa高原附近的24 h气压预报更精确.     

参考大气和大气质量守恒格式对气候模式月预报效果的改进试验

为了考查参考大气和大气质量守恒格式对气候谱模式月预报的改进能力,我们在国家气候中心气候谱模式中引入了这两个方案,选取了两个个例进行验证。对不同方案的月平均预报结果与实况进行了比较,并讨论了不同方案对高度场距平相关系数和均方根误差的影响。本文个例试验结果表明,这两个方案对月平均预报结果均有改进,参考大气方案的改进比大气质量守恒方案更为明显。     

一个全球大气格点模式和超长波预报问题

本文是作者在“一个修改的σ坐标初始方程”北半球模式的基础上发展全球大气模式的第一个报告.文中给出了这个全球格点模式方程组的基本计算方案;并对一个全球大气形势预报的实例进行了分析,与半球模式预报的结果作了比较,讨论了有关超长波的预报问题.