第3章 中期数值天气预报.ppt

第三章中期数值天气预报
一、数值天气预报概念:
根据大气动力学和热力学定律,建立基本方程组,应用数学物理方程的数值积分方案,对未来的天气形势和气象要素作出预报的方法。
二、中期数值天气预报历史
1、国外:
(1)世界上第一位企图做数值天气预报的是英国的科学家Richardson ,但由于只有一台手摇式小计算机,另外他的模式中包含了大量的物理过程,因而影响了他的工作,所得结果与实际不符。
(2)20世纪40年代,世界上第一台电子计算机的问世,数学家John von Neumann 解决的第一个问题是预报天气形势。以Charney 为首的一批科学家在其第一次数值天气预报中是用滤去声波和重力波的简化方程组,因过于简单未成功。
(3)1956年,Phillips 在这个简化方程组中加了几个强迫作用项,进行长期积分,给出了大气环流的许多特征。
(4)此后,数值天气预报迅猛发展。到20世纪70年代中期以来,由于波谱技术的应用,所以目前许多国家都采用谱模式制作全球或半球的中期数值天气预报,并取得了较大的成功,其中,以ECWMF的中期数值天气预报水平最高。
2、国内:
(1)我国中期数值天气预报起步较晚,发展较快。
(2)1976年中国科学院大气所发展了我国第一个原始方程组数值预报模式,为我国开展中期数值天气预报奠定了基础,
(3)国家计委于1984年5月正式批准了国家气象中心以建立中期为主的数值预报业务系统的扩建工程项目,国家科委也把发展中期数值天气预报定为“七五”期间重点科研攻关项目。经多方面专家的反复研究和科学论证,国家气象中心决定引进ECMWF的波谱模式预报系统。
(4)1990年1月,国家气象中心在ECMWF的波谱模式的基础上加以改进的中期数值天气预报 T42L9 的谱模式和整个中期数值天气预报业务系统一起投入业务运行,经过一年的预报实验,证明了系统性能稳定可靠,并于 1991年1月正式转为业务运行。
第一节中期数值天气预报的物理基础
一、基本方程组

()
2. 适于中期数值天气预报的球谱模式的基本方程组(不考虑水平扩散和非绝热项)P24~25 8个方程
(1)绝对涡度方程
()
(2)散度方程
()
(3)热力学方程
()
(4)状态方程
()
(5)水气通量方程
()
(6)地面气压的倾向方程
()
坐标中的垂直速度方程
()
(8)P坐标中的垂直速度方程
()
3模式大气的垂直分层和变量的位置
、中模式大气的含义比较
必须根据不同时空尺度大气运动的特点和预报时效的长短等设计各种能近似地考虑摩擦、非绝热加热和水气源汇影响的大气模式。
超过3-4天的预报就必须考虑海面对大气的影响,这时所需要的初始资料至少要北半球范围,甚至还要扩展到另一个半球。
对于一周以上的预报,则需要使用包括大气和海洋各种动力过程的完整的动力学模式,需要全球各层的观测资料。
预报时效越长,需要考虑的物理过程越多,所需初始资料越多。
二、控制大尺度大气运动的主要物理过程及其参数化
(一)大气内部非绝热加热作用
(短波(臭氧、云等)、大气内部长波(云、CO2、水汽等))
(1)大尺度凝结(锋面),(2)小尺度对流凝结。小尺度对流凝结参数化方法有两种方案:(对流调整方案(空气饱和、空气未饱和)、水汽辐合方案(郭晓岚方案及假设、积云产生的条件、模式云、降水))
(大气内部各层之间温度差异)