半拉格朗日方法在全球原始方程模式中的实现

简单介绍了半拉格朗日平流方案的基本概念,并详细总结了基估全球原始方程模式,特别是在ＩＦＳ的具体实现过程,拉格朗日平流的观点是着流体质点看流体运动,基贩关键是流体轨迹的计算。轨迹中点和起始点水平坐标的示得可以利用球面三角,直接在球极坐标中进行,并采用一些较高的近似。为了充分获得半拉格朗日方案析益处,在起始点的内插能工巧匠春阶数至少应在四阶以上,为避免昂贵的三维三次内插,可以采用三维“准三次”内插 。     

浅水波模式半拉格朗日方法的并行研究

该文研究的问题是分布式并行计算机消息传递方式下半拉格朗日并行算法, 重点研究二维浅水波并行模式中有关子区域过渡带(HALO)的问题和有关求解赫姆霍兹方程的并行算法。进行了一系列的对比试验, 研究在不同分辨率下模式的并行效率的问题。结果表明:采用分区域并行计算的方法, 可得到较好的并行效率。模式中使用半拉格朗日方法处理平流项是有利的, 在分辨率高时, 可有效地提高计算速度。     

半拉格朗日、半隐式欧拉方程组大气数值模式研究

介绍了一个具有较高时间积分效率的三维弹性大气数值模式。其中,控制方程为能够描述大气非静力及可压缩性的欧拉方程组,时间积分采用了高效率的“半拉格朗日、半隐式”方案。通过引用一个简化的“云物理过程”参数化方案,针对大气中深厚湿对流过程的若干问题进行了数值试验,结果表明,模式能够对该过程中的一些基本和复杂现象进行有效地模拟。试验结果还表明,动力学框架具有很好的稳定性,能够实现高效率的时间积分,它还具有较好的频散特性,保证了空间计算的精度,从而完好地描述了风暴的形态。     

半拉格朗日平方守恒计算格式的研究

作者研究了一种新的显式平方守恒的半拉格朗日计算格式.该格式是欧拉空间平方守恒格式在半拉格朗日空间的推广和发展,并采用了守恒插值方法.此外,还给出这种格式在一维原始方程上的应用.     

半隐式半拉格朗日平方守恒计算格式的构造

在显式半拉格朗日完全平方守恒格式基础上, 构造出半隐式半拉格朗日完全平方守恒计算格式, 它继承了显式半拉格朗日完全平方守恒格式的优点, 并突破计算不稳定柯朗条件对时间步长的约束, 使时间步长大为增长.此外, 还给出这种新的计算格式在一维原始方程上的应用.     

关于半拉格朗日半隐式大气模式的时步问题

讨论半拉格朗日半隐式大气模式中时步的限制,展示时步过大时用一般的首尾两点平均方案计算非线性源汇项的严重误差,提出精确的源汇项计算格式并作了特例计算和比较,讨论了被模拟的大气过程和波动的特征对时步的要求,指出柯朗数NC=C·△t/△X是大气模式时空步长匹配的重要参数.指出云降水和大气化学过程特征时间对相应的正定变量的计算时步的限制.     

预估-校正的半隐式半拉格朗日时间积分方案及其在CMA-GFS模式中的应用

CMA-GFS采用的是传统的二时间层半隐式半拉格朗日时间积分方案(SISL).拉格朗日平流速度和非线性项需要采用时间外插进行计算,在急流轴附近等梯度大值区会造成计算不稳定,甚至积分中断现象.文中通过构造预估-校正半隐式半拉格朗日时间积分方案(SISL/P-C),以减少时间外插的影响;半隐式系数由原来的0.72减小到0....     

完全非内插半拉格朗日格式在一维 Burgers方程及二维浅水波方程上的应用

在作者过去提出的完全非内插半拉格朗日格式的基础上,针对半拉格朗日格式由于内插带来预报场人为的光滑性问题,进一步发展了这种计算格式,证明了此格式的计算稳定性。为检验这种新的计算格式的性能,在一维和二维问题上进行了应用。在一维问题中采用了一维无粘Burgers方程（方程中有突变点）;二维问题采用了浅水波方程,同时将这些计算结果与Ritchie方案及欧拉方案或一般半拉格朗日内插方案的计算结果进行了比较,发现新格式消除了内插和预报场的人为光滑,并且计算精度有一定程度的提高,这为以后将此格式推广到全球谱模式打下了基础。     

数值预报产品在单站寒潮预报中的应用

介绍了利用数值预报产品进行单站寒潮预报的方法。     

PRM标量平流方案在GRAPES全球预报系统中的应用

如何更好地模拟水物质的分布,对于数值天气预报效果的改进,特别是对于更好地模拟降水过程,具有重要的意义。半拉格朗日模式中的标量平流计算要求做到高精度、守恒、正定和保形,但GRAPES_GFS (Global-Regional Assimilation and PrEdiction System, Global Forecast System) 中采用的QMSL(Quasi-Monotone Semi-Lagrangian)平流方案在水汽的强梯度、不连续区域计算精度较低,且不能做到严格守恒。本研究借鉴计算流体力学领域的研究进展,将一个基于分段有理函数的物质平流方案PRM(Piecewise Rational Method)引入GRAPES_GFS中,按照通量形式求解水汽方程,并对极区进行了混合等技术处理。通过一系列理想试验对两种平流方案进行了对比,证明了PRM方案精度较高,特别是在水汽梯度大的区域优势明显,频散、耗散误差较小,守恒、保形性也要好于QMSL方案。通过对GRAPES_GFS中批量预报试验效果的检验,验证了PRM方案可以有效地改进模式对水物质分布的模拟,提高了降水的预报效果,对模式综合预报性能的提升也有明显作用。     

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。     

气态SO_2转化及其数值模型研究

本文基于对室外烟雾箱实验,探讨了SO_2的转化机制及影响SO_2转化的因素,由此并借助于烟团模型,建立了SO_2转化和硫酸盐气溶胶细粒子生成的数值模型,用于估算从排放源排入大气的SO_2浓度及其转化成硫酸盐细粒子的浓度以及它们的空间分布,与实测结果相比,两者有较好的一致性.同时指出,由于大气中细粒子(粒径小于1μm)可通过人体呼吸进入并沉积在肺泡中而对健康有不利影响,从而说明研究大气中细粒子污染的迫切性.     

北半球夏季遥相关型的年际变化及其数值模拟

本文利用美国NMC多年北半球夏季500hPa逐日高度场的经纬度网格点资料,计算了基点位于20°N,120°E的北半球夏季扰动高度场的点相关.计算结果表明,北半球夏季在南亚、东亚与北美地区存在着一个大气环流的遥相关型. 本文还计算了这个环流异常遥相关型的年际变化,计算结果表明这个遥相关型有很大的年际变化.1972/73年ENSO事件中,这个相关型尤其明显,而其它正常年份则不明显. 本文还利用IAP-GCM与1973年夏季实际的太平洋SST距平分布模拟了由于热带西太平洋海表温度升高而产生的北半球大气环流遥相关     

强对流风暴数值模拟及其未来预报的若干问题

运用三维弹性套网格中尺度（b-g）大气模式，对3个强雹暴过程作不同模拟试验，初步探讨了强对流风暴数值模拟及其未来预报的几个基本问题。结果表明:采用单点探空的二维暖云计算能定性预报出某些风暴过程，为强天气警报提供一定的参考信息；对风速风向垂直切变较小的风暴，二维模拟结果与三维模拟较接近；而对具有典型三维结构的超级单体，则用二维模拟或只用单向风分量的三维模拟不能模拟出其基本特征；为对不同风暴的生命、演变和降水发展等进行模式预报，不仅要求采用细致的雹云微物理参数化的三维模式，还要求用能较准确代表风暴发生处的背景     

ENSO动力学及其数值模拟的研究评述

文章系统地评述了ENSO事件的观测事实及热带海-气相互作用方面的动力学、数值模拟研究进展,并指出了有待解决的主要科学问题和发展前景。     

次网格地形动力效应参数化及其对降水模拟效果的影响

地形对气流的动力抬升作用是地形降水的重要产生机制之一, 为了在模式中考虑地形对气流的动力抬升作用, 改进模式对复杂地形区域的降水模拟效果, 本文提出了一个次网格地形动力效应参数化方案.在模式中首先利用高分辨率的地形高度资料计算出次网格格点处的地形坡度、坡向, 这些微观地形参数可以较为精细地描述次网格尺度地形信息;然后再根据地面气压与地形对气流动力抬升作用的关系, 对地面气压倾向进行次网格修正;最后利用 p-σ区域气候模式进行了三个数值试验, 检验该方案对模式模拟降水能力的影响.结果表明, 次网格地形动力效应参数化方案的引入, 对中国区域的降水模拟有明显改进, 尤其对冬、春季的降水模拟, 无论是分布范围还是中心最大强度都与实况比较接近.     

Upgrades to the Boundary-Layer Scheme in the Met Office Numerical Weather Prediction Model

Recent upgrades to the boundary-layer scheme in the UK Met Office operational global Numerical Weather Prediction model are documented. These comprise a reduction in turbulent mixing in stable conditions over the sea, and the inclusion of non-local momentum mixing in convective conditions. The dependence of low-level winds on changing stability is shown to have been significantly improved. Crucially, it is also found that these improvements in local performance have been achieved without degrading the model skill in terms of synoptic evolution—something that has proved difficult to achieve in the past in many operational models. In fact some aspects of the large-scale flow (e.g. zonal mean winds) have been slightly improved.     

湖南省有限区域数值天气预报系统模拟试验

介绍了湖南省有限区域数值天气预报系统，该系统试用结果表明，系统具有较强的稳定性和实用性，降水的时空分布的预报效果较好。数值模拟试验结果表明，模拟降水预报对积云参数化方案、边界层参数化方案、辐射参数化方案等比较敏感。     

通量和平流形式预报方程的数值预报试验

本文利用1982年5月8日和1979年6月28日两个实例,进行了四种方案的48小时数值预报试验,比较了它们的预报质量及彼此间的差异。四种方案是:经典通量、通量修正、经典平流和平流修正。试验表明,在有地形的数值预报模式中,采用平流形式的预报方程组比采用通量形式的为好,既可有较高的计算精度,又可节省计算时间。     

用GMS双谱资料估计湿度场及其在数值预报中的应用

对GMS红外和可见光两个通道的资料进行了处理,并估计出了700 hPa和850 hPa两个层次的湿度场。将卫星资料估计的湿度场取代数值模式通常的客观分析湿度场进行了对比业务试验。业务运行表明,应用卫星资料后,预报结果有较大改进。