中小尺度数值模拟复习整理

中小尺度中尺度带状对流系统由对流单体侧向排列而成的中尺度对流系统一般称为带状对流系统。

结构：飑线作为一个中尺度系统，应包括对流区和非对流(层状云)区两部分。

对流区包含强烈的、垂直延伸的强回波核，而层状区域由一些降水构成均匀（不是绝对均匀）纹理。

概念：为—种带(或线)状中尺度系统,是非锋面性狭窄的活跃的雷暴带(或不稳定线)。

其中有许多雷暴单体（其中包括若干超级单体）侧向排列而形成的，是风向、风速气压、温度等突变的狭窄强对流云带。

为破坏力严重的灾害性天气。

飑线的一般特征○!发生地点：出现在中纬度的某些大陆地区以及主要的热带大陆和热带海洋地区。

温带地区的飑线常发生在春夏之交的过渡季节，有的出现在冷锋前或气旋波的暖区，有的在冷锋后的冷区里，还有在冷暖锋上或切变线(辐合线)附近生成的。

并大致与锋面相平行。

○2尺度：长约几百千米，宽度约50～100km。

飑线由若干“飑段”组成。

每个飑段包含若干大而孤立的相互分离的风暴。

○3时间尺度：几小时至十几小时。

○4飑线的地面要素场的结构：飑线由雷暴单体侧向排列而成，每个单体成熟期都有地面冷丘及水平外流和阵风锋；小冷丘和阵风锋结合起来形成小尺度雷暴高压和阵风锋。

阵风锋又称为飑锋：处在雷暴高压边缘。

具有很强的温度梯度、气压梯度和风速和风向水平切变，它也叫气压涌升线或跳跃线。

○5过境特征：由于飑锋附近是各种气象要素水平梯度很大的地带，因此当飑锋过境时，气象要素将发生急剧的变化。

通常表现为气压涌升、气温急降、风向突变、风速剧增以及强烈降水等。

飑线前低压：飑锋前方一般有中尺度低压。

它的形成可能与飑线前方高层的补偿下沉气流引起的绝热增温有关。

尾流低压：雷暴高压后方的中尺度低压，它的形成与雷暴高压后部的尾流效应相联系。

飑中系统：包括飑线、飑线前低压、雷暴高压以及尾流低压统称为飑中系统。

※飑中系统的全部系统一般只在成熟阶段才同时出现。

不同阶段系统的强度和结构是不同的。

两类比较常见飑线：1、具有前导对流线和尾随层状云区以及具有由前向后和由后向前两支入流的飑线发生在风垂直切变相对小的环境中的飑线飑线的前方有一支由前向后的入流迎着飑锋上升，到高层分裂成向前和向后的两支气流，其后部中层则另有一支由后向前的入流。

1.背风波：当风速随高度增大时，则可在背风坡出现波动气流，这种波动成为背风波。

2.多单体雷暴：由一些处于不同发展阶段的生命期短暂的对流单体组成，是具有统一环流的雷暴系统3.龙卷风暴：产生龙卷的强风暴系统称为龙卷风暴。

4.温带飑线：为—种带(或线)状中尺度系统,是非锋面性狭窄的活跃的雷暴带(或不稳定线)。

其中有许多雷暴单体（其中包括若干超级单体）侧向排列而形成的，是风向、风速、气压、温度等突变的狭窄强对流云带。

为破坏力严重的灾害性天气。

5.对流复合体（MCC）：指由若干对流单体或孤立对流系统及其衍生的层状云系所组成的对流系统，其空间尺度和时间尺度具有幅度很广的谱。

最简单的是二维的线状对流系统，最大而复杂的是一种具有近于圆形团状结构的MCC这两种系统位于对流复合体波谱的两端。

6. 对称不稳定：在流体静力、地砖平衡且具有水平切变的情况下，浮力和旋转会共同起作用，这两种效应会导致一种新的浮力惯性不稳定，即对称不稳定，对称不稳定是中尺度雨带与雨团形成的主要不稳定机制。

7.条件性不稳定:对干空气是静力稳定的，而对饱和湿空气静力不稳定的情况。

8.对流性不稳定：不论气层原先的层结性如何，在其被抬升达到饱和后，如果是不稳定的则称对流性不稳定。

9.第二类条件性不稳定：大尺度流场通过摩擦边界层的抽吸作用，为积云对流提供了必须的水汽辐合与上升运动，反过来积云对流释放凝结潜热又成为驱动大尺度扰动所需要的能量，于是小尺度积云对流和大尺度流场通过相互作用，相辅相成的都得到了发展。

这种通过不同尺度运动的相互作用使对流和大尺度流场不稳定增长的物理机制称为第二类条件性不稳定。

10. 超级单体风暴：直径达20~40km 以上，生命期达数小时以上，即比普通的成熟单体雷暴更巨大、更持久、天气更猛烈的单体强雷暴系统。

它具有近于稳定的、高度有组织的内部环流，并且连续地向前传播可达数百公里。

11. .暖输送带：在槽前辐合区的边界上通常可以看到一支狭长的云带。

中小尺度中尺度带状对流系统由对流单体侧向排列而成的中尺度对流系统一般称为带状对流系统。

结构：飑线作为一个中尺度系统，应包括对流区和非对流(层状云)区两部分。

对流区包含强烈的、垂直延伸的强回波核，而层状区域由一些降水构成均匀（不是绝对均匀）纹理。

概念：为—种带(或线)状中尺度系统,是非锋面性狭窄的活跃的雷暴带(或不稳定线)。

其中有许多雷暴单体（其中包括若干超级单体）侧向排列而形成的，是风向、风速气压、温度等突变的狭窄强对流云带。

为破坏力严重的灾害性天气。

飑线的一般特征○!发生地点：出现在中纬度的某些大陆地区以及主要的热带大陆和热带海洋地区。

温带地区的飑线常发生在春夏之交的过渡季节，有的出现在冷锋前或气旋波的暖区，有的在冷锋后的冷区里，还有在冷暖锋上或切变线(辐合线)附近生成的。

并大致与锋面相平行。

○2尺度：长约几百千米，宽度约50～100km。

飑线由若干“飑段”组成。

每个飑段包含若干大而孤立的相互分离的风暴。

○3时间尺度：几小时至十几小时。

○4飑线的地面要素场的结构：飑线由雷暴单体侧向排列而成，每个单体成熟期都有地面冷丘及水平外流和阵风锋；小冷丘和阵风锋结合起来形成小尺度雷暴高压和阵风锋。

阵风锋又称为飑锋：处在雷暴高压边缘。

具有很强的温度梯度、气压梯度和风速和风向水平切变，它也叫气压涌升线或跳跃线。

○5过境特征：由于飑锋附近是各种气象要素水平梯度很大的地带，因此当飑锋过境时，气象要素将发生急剧的变化。

通常表现为气压涌升、气温急降、风向突变、风速剧增以及强烈降水等。

飑线前低压：飑锋前方一般有中尺度低压。

它的形成可能与飑线前方高层的补偿下沉气流引起的绝热增温有关。

尾流低压：雷暴高压后方的中尺度低压，它的形成与雷暴高压后部的尾流效应相联系。

飑中系统：包括飑线、飑线前低压、雷暴高压以及尾流低压统称为飑中系统。

※飑中系统的全部系统一般只在成熟阶段才同时出现。

不同阶段系统的强度和结构是不同的。

两类比较常见飑线：1、具有前导对流线和尾随层状云区以及具有由前向后和由后向前两支入流的飑线发生在风垂直切变相对小的环境中的飑线飑线的前方有一支由前向后的入流迎着飑锋上升，到高层分裂成向前和向后的两支气流，其后部中层则另有一支由后向前的入流。

第一章中尺度天气系统的特征1、中尺度气象学：水平尺度: 10-1000km对象：中尺度环流系统内容：中尺度环流系统的结构、形成和发展演变规律、机制及其分析预报方法意义：①许多灾害性天气（如暴雨、大风、冰雹、龙卷等）都是由中小尺度系统造成的。

②中尺度气象学是甚短期预报和临近预报的理论基础。

（长期>10天，中期3-10天，短期1-3天，甚短期0-12h，临近0-2h）③中尺度环流系统是大气环流重要成员（大尺度背景场依存条件)2、天气系统的尺度划分：（一）经验分类法（经典方法）小尺度系统（雷暴、龙卷）和大尺度系统（锋面、气旋）中尺度系统（飑线、中气旋等）（二）动力学定义可利用罗斯贝数(Ro)和弗劳德(Froude)数(Fr)来描述大气的时空尺度。

Ro = U/fL (惯性力/柯氏力);Fr=U2/gL(△ρ/ρ)(惯性力/浮力）（三）实用（几何）分类3、中尺度大气运动的基本特征（1）尺度：水平尺度在2-2000km之间，时间尺度在几十分钟至几天之间。

范围很宽。

性质不同。

（2）散度、涡度、垂直速度：取V～10m/s,H～10km,对α，β，γ中尺度W分别为10-1m/s, 100m/s和101m/s，垂直速度、散度、涡度都比大尺度运动大1到几个量级。

（3）地转偏向力和浮力的作用：中尺度运动中，地转偏向力和浮力的作用都必须考虑。

大尺度运动：地转偏向力重要，浮力可略小尺度运动：浮力重要，地转偏向力可略中尺度运动：地转偏向力和浮力都考虑（4）质量场和风场的适应关系：质量场（气压场）适应风场。

大尺度运动: 风场适应质量场（气压场）。

中尺度运动: 质量场（气压场）适应风场。

第二章地形性中尺度环流1、中尺度大气环流系统分为：地形性环流系统、自由大气环流系统2、地形波：一般把气流过山所引起的气流称为地形波。

3、地形波的基本类型：层状气流（山脉波）：山脉上空的平滑浅波,风小。

驻涡气流（驻涡）：山脉背风面的半永久性涡旋，山顶以上风速大。

中尺度数值模拟报告中尺度数值模拟是一种重要的气象预报手段，可以对天气过程进行较准确的预测和分析，尤其在短期天气预报中具有很高的实用价值。

以下是一份中尺度数值模拟报告的范例。

报告名称：2021年8月21日北京市短期天气预报预报时间：2021年8月20日15时一、天气概况北京市区今天（8月20日）自早晨以来开始阴雨天气，气温明显下降。

预计明天（8月21日）北京市有小到中雨，其中西南部地区部分地方有暴雨，受降雨影响，气温下降较大，最高气温不超过27℃。

二、气象预报1. 降水预报北京市区明天上午有小到中雨，中午时段转为零散小雨。

西南部地区降水较强，局地有暴雨，建议做好防御准备。

预计24小时内，北京市区累计降水量为10-25毫米，局部西南部地区可能达到30-50毫米。

2. 温度预报明天北京市气温将继续下降，最高气温不超过27℃，最低气温为20℃左右。

各区气温预计变化范围为：东城区、西城区、朝阳区、海淀区、石景山区、丰台区、通州区、房山区、顺义区、门头沟区、昌平区、大兴区、平谷区最高气温均在27℃以下。

3. 风力预报明天北京市区气流较强，东部地区有6-7级偏东北大风，其他区域风力为4-5级偏东北风。

三、预警提示根据气象预报，预计明天北京市西南部地区降水较强，局地有暴雨，建议留意山区洪水和滑坡灾害的可能性，及时采取措施，确保人身安全。

四、评估分析此次天气系统来袭，与强冷空气和副高相互作用使得北京市气温下降，降水增多的趋势很明显。

目前各项数据稳定，预报准确度较高。

综合分析，明天北京市仍有较强的降水和大风天气，需要做好防护措施。

五、预报措施依据气象预报，明天初始化观测方案包括增加对西南部地区的降水监测和洪水及滑坡等风险评估，及时调整预警方案，避免因天气带来的自然灾害。

同时，加强监测台站、拓展网络、科学管理，不断提高短期天气预报的准确率和精度。

一、名词解释差分近似的收敛性：在模式的计算域内，在固定时间n∆t 后，当∆t，∆x→0时，在整个计算域内max{|u i n−u(i∆x,n∆t)|}→0。

混淆误差：指由于有限网格不能正确地分解短波而造成的误差。

计算的稳定性：给定初始值，计算的解随着时间步长（趋于∞时），是有界的。

差分近似的一致性（相容性）：当∆t，∆x→0时，差分系统应等同于微分方程。

模式中的动力框架：包括建立相适应的大气动力方程组、确定垂直坐标系和选择合理的离散化的方法（差分还是谱分析）。

物理过程：主要包括3个，即云物理过程参数化、边界层物理过程参数化和太阳辐射过程参数化。

资料同化：即把不同时刻、不同地区、不同类型的观测资料与常规资料融合，通过一定的预报模式，使之在动力和热力上协调起来，求得质量场和流场基本平衡的理想的初始场。

客观分析：利用模式构造一个背景场，再把测站资料插值到该背景场的格点上，然后做质量检验并对其进行初始化。

是整合检错，质量控制，合理插值的综合过程。

Lax等价性原理：对于一个适定的初值问题和它的一个具有相容性的差分格式，其计算稳定性是收敛性的充分必要条件。

CFL条件：显式格式稳定性的必要要件，c∆t/∆x≤1，其中C为所考虑的最快波的波速。

不同离散方法中模式的精度：对于差分方法，格距越小，分辨率越高；对于谱方法，截断系数越大，分辨率越高。

二、数值模式由哪几个部分组成？1、前处理：包括客观分析等，给主模式一个合理的适应模式的初始条件。

2、动力框架、物理过程3、后处理：模式输出的资料的处理，以供应用。

MM5模式有哪些优点？(1)多重嵌套和移动嵌套功能；(2) 非静力动力模式(3) 四维同化能力；(4) 齐全的物理选项；(5)可以多平台、多系统运行(6) 易操作性。

MM5模式有几个模块组成，各自的主要功能是什么？MM5共有8个模块。

（1）TERRAIN模块：对经纬度网格的地形资料和路面特征参数资料进行插值。

（2）REGRID模块：对分析场资料进行插值，形成标准等压面上的初值场。

第一章中尺度天气系统的特征1、中尺度气象学：水平尺度: 10-1000km对象：中尺度环流系统内容：中尺度环流系统的结构、形成和发展演变规律、机制及其分析预报方法意义：①许多灾害性天气（如暴雨、大风、冰雹、龙卷等）都是由中小尺度系统造成的。

②中尺度气象学是甚短期预报和临近预报的理论基础。

（长期>10天，中期3-10天，短期1-3天，甚短期0-12h，临近0-2h）③中尺度环流系统是大气环流重要成员（大尺度背景场依存条件)2、天气系统的尺度划分：（一）经验分类法（经典方法）小尺度系统（雷暴、龙卷）和大尺度系统（锋面、气旋）中尺度系统（飑线、中气旋等）（二）动力学定义可利用罗斯贝数(Ro)和弗劳德(Froude)数(Fr)来描述大气的时空尺度。

Ro = U/fL (惯性力/柯氏力);Fr=U2/gL(△ρ/ρ)(惯性力/浮力）（三）实用（几何）分类3、中尺度大气运动的基本特征（1）尺度：水平尺度在2-2000km之间，时间尺度在几十分钟至几天之间。

范围很宽。

性质不同。

（2）散度、涡度、垂直速度：取V～10m/s,H～10km,对α，β，γ中尺度W分别为10-1m/s, 100m/s和101m/s，垂直速度、散度、涡度都比大尺度运动大1到几个量级。

（3）地转偏向力和浮力的作用：中尺度运动中，地转偏向力和浮力的作用都必须考虑。

大尺度运动：地转偏向力重要，浮力可略小尺度运动：浮力重要，地转偏向力可略中尺度运动：地转偏向力和浮力都考虑（4）质量场和风场的适应关系：质量场（气压场）适应风场。

大尺度运动: 风场适应质量场（气压场）。

中尺度运动: 质量场（气压场）适应风场。

第二章地形性中尺度环流1、中尺度大气环流系统分为：地形性环流系统、自由大气环流系统2、地形波：一般把气流过山所引起的气流称为地形波。

3、地形波的基本类型：层状气流（山脉波）：山脉上空的平滑浅波,风小。

驻涡气流（驻涡）：山脉背风面的半永久性涡旋，山顶以上风速大。

第一章中尺度天气系统的特征1、中尺度气象学：水平尺度: 10-1000km对象：中尺度环流系统内容：中尺度环流系统的结构、形成和发展演变规律、机制及其分析预报方法意义：①许多灾害性天气（如暴雨、大风、冰雹、龙卷等）都是由中小尺度系统造成的。

②中尺度气象学是甚短期预报和临近预报的理论基础。

（长期>10天，中期3-10天，短期1-3天，甚短期0-12h，临近0-2h）③中尺度环流系统是大气环流重要成员（大尺度背景场依存条件)2、天气系统的尺度划分：（一）经验分类法（经典方法）小尺度系统（雷暴、龙卷）和大尺度系统（锋面、气旋）中尺度系统（飑线、中气旋等）（二）动力学定义可利用罗斯贝数(Ro)和弗劳德(Froude)数(Fr)来描述大气的时空尺度。

Ro = U/fL (惯性力/柯氏力);Fr=U2/gL(△ρ/ρ)(惯性力/浮力）（三）实用（几何）分类3、中尺度大气运动的基本特征（1）尺度：水平尺度在2-2000km之间，时间尺度在几十分钟至几天之间。

范围很宽。

性质不同。

（2）散度、涡度、垂直速度：取V～10m/s,H～10km,对α，β，γ中尺度W分别为10-1m/s, 100m/s和101m/s，垂直速度、散度、涡度都比大尺度运动大1到几个量级。

（3）地转偏向力和浮力的作用：中尺度运动中，地转偏向力和浮力的作用都必须考虑。

大尺度运动：地转偏向力重要，浮力可略小尺度运动：浮力重要，地转偏向力可略中尺度运动：地转偏向力和浮力都考虑（4）质量场和风场的适应关系：质量场（气压场）适应风场。

大尺度运动: 风场适应质量场（气压场）。

中尺度运动: 质量场（气压场）适应风场。

第二章地形性中尺度环流1、中尺度大气环流系统分为：地形性环流系统、自由大气环流系统2、地形波：一般把气流过山所引起的气流称为地形波。

3、地形波的基本类型：层状气流（山脉波）：山脉上空的平滑浅波,风小。

驻涡气流（驻涡）：山脉背风面的半永久性涡旋，山顶以上风速大。

数值天气预报第十章几种数值模式及模拟试验举例兰州大学大气科学学院中小尺度天气系统常与暴雨、冰雹、雷雨大风等剧烈天气过程联系在一起。

随着探测手段的进步，监测和跟踪能力的提高，对中小尺度天气系统发生、发展机制的探讨及预报方法的研究，近年来取得迅速的进展。

1986——1990 年期间，中国建立了京津冀地区的中尺度天气系统的监测和预报基地。

数值模拟是用试验的手段分析中小尺度天气系统的理论工具。

用其研究中小尺度天气过程，可以避免研究中求解非线性方程组的困难，但却较真实的揭示出影响中小尺度天气过程的物理因子以及演变的细节。

本章内容描述中小尺度天气系统的基本方程组描述中小尺度天气系统的线性方程组的动力学特征模拟中小尺度天气系统应考虑的物理因子中尺度天气系统数值模拟实例3.其他方程的简化热流量方程、水分方程及其他气体和气溶胶方程，一般较少做简化，采用原有方程形式。

只有当源汇项较小时，可将它们略去。

小结：简化的中小尺度系统的方程组，其连续方程根据系统深厚或浅薄分别取(10.20)式或(10.22)式；其垂直运动方程根据系统的水平尺度分别取(10.27)或(10.28)式；水平运动方程采用(10.32)式和(10.33)式；而其他方程一般仍取原有形式，即(10.2)及(10.4)至(10.8)式。

这些方程则构成了描述中小尺度系统的基本方程组。

(10.75)(10.76)引入这两个参数的目的是为了在分析中追踪它们所代表的项；以便很清楚地了解采用流体静力假设或滞弹性假设应被忽略的项。

二、形式解与频率方程上述方程组中含有6个未知数及，有6个方程，则方程组闭合，可以求解。

设各未知数有下列形式的解：11,0,λ⎧=⎨⎩21,0,λ⎧=⎨⎩表示流体是非静力的表示流体是静力平衡的表示流体是可压缩的表示流体是滞弹性的u v w p ρ′′′′′、、、、θ′(10.77)将上述形式解代入方程组(10.69)～(10.74)中，可得含有6个未知数的线性齐次代数方程：%()()()() ()() ()()()()%()(),,,,,,,,,,,,x z x z x z x z x z x z i k x k z t x zi k x k z t x z i k x k z t x z i k x k z t x z i k x k z t x z i k x k z t x z u u k k e v v k k ew w k k e p p k k e k k e k k eωωωωωωωωωωρρωθθω+−+−+−+−+−+−⎧′=⎪⎪′=⎪′⎪=⎪⎨′=⎪⎪′=⎪⎪′=⎪⎩%力假定或滞弹性流体假定去除。

中小尺度数值模拟复习整理第一章绪论第二章控制大气运动的基本方程组和地图投影1、中尺度动力学控制方程（1）为什么需要将方程组重新写成平均意义上的方程形式答：①气象实际观测资料是在一定意义下的时空平均值②数值模式由于时空离散化，变量值均为间隔为x, y, z, t点上的值，即网格点上值，也可理解为网格区域的平均值2、数值模拟：给定初值和边值条件，数值求解控制大气运动方程组。

其中，主要用格点法（或谱方法）把连续的时间空间变为离散的时间空间，用变量在离散点上（网格点上）的值来代替连续变量场，用差商代替微商，将微分方程变为差分方程（谱方程）3、次网格过程：用格点值不能直接描述的过程4、湍流与对流有区别：湍流：发生在边界层，耗散动量、输送热量和水汽对流：发生在对流层，对流凝结释放潜热加热大气，输送热量和水汽到中高层，也具有耗散作用5、地图投影：把地球投影到一个投影曲面上，然后把投影曲面展开成平面，这就是投影平面，最后将投影平面缩小一定的倍数，就成为地图。

6、比例尺：投影平面上某一线段长度和地球上相应长度的比值。

7、为什么要进行地图投影？答：①进行有限区域数值模拟时，常常使用平面直角坐标系，因此常需将球面投影于平面上，重新划分网格。

②应用于天气图分析（天气图底图是用来填写各地气象站观测记录的特种空白地图）和和数值预报（数值模拟初值来自客观分析，结果也表示在天气图上）8、投影面：把地球表面的地形，经纬线等投影到一个有简单图形的面上，如：平面，圆锥面，圆柱面（后二者可展开成平面），这些面称为投影面。

9、投影变形：地球表面经投影的方法描绘在平面上，地球上地理区域的距离、方向、面积、形状等特征会有变形。

10、等距投影：距离不变的投影11、正形投影：两条交线交角保持不变、且各方向放大(或缩小倍数)相等的投影（即地图上某一个点各个方向的比例尺保持不变）12、透视：按几何透视来分，如一平面与地球北极相切，球心有一光源，由球心发出的光线将经纬线投影到平面。

中小尺度数值模拟第二章 控制大气的基本方程组和地图投影1、数值模式下的平均运动方程组⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧===∙∇+=∙∇+∂∂+⨯Ω-+∇-=RT p S dt dq Q V p dt dT C V t F V g p dtV d v ρρρρρρ,0213333333 2、次网格过程用格点值不能直接描述的过程。

如湍流，积云对流→对流扰动（空间）。

平均值对应网格点值，扰动值对应次网格过程。

3、气象上常用的地图投影有哪些？在数值模拟过程中如何确定使用何种地图投影？（1）极射赤面投影：高纬地区变形小，多用作极地天气图和北半球天气图的底图。

（k=1）（2）兰伯特投影：中纬地区变形小，适用于中纬度地区天气图的底图，如亚欧天气图。

（3）麦卡托投影：低纬地区变形小，适用于作低纬地区天气图的底图。

（k=0）第三章 方程组的离散—差分法4、中小尺度现象的模拟方法（1） 实验室模型：动力相似性（2） 解析解：数学方法求解方程（连续）（3） 数值模式：离散数值求解方法5、数值求解的主要方法及其适用范围有限差分法：利用Taylor 级数展开，使用最广泛。

有限元法：根据能量最小原理，将积分区域划分为有限的、不重叠但互相连接的单元，每个单元选择基函数，用单元基函数的线性组合逼近单元中的真解，整体区域的基函数可以看作由每个单元基函数组成，整个区域的解可以看作由所有单元的近似解，适用于不规则区域。

谱方法：Fourier 变换（谱展开），主变换要用于全球模式，计算精度高，现已经在中尺度模式中应用。

6、什么是差分方程的一致性、收敛性和线性稳定性？一致性（相容性）：即差分方程是否逼近微分方程（当步长→0）收敛性：在一定的定解条件下，差分方程的解U 是否逼近微分方程的解u 。

稳定性：在时间积分过程中，当时间步长趋向于0时，在整个求解区域内，舍入误差U U -保持有界则是稳定的。

即差分解的误差不随时间增长。

7、什么是差分方程的非线性计算不稳定？产生的原因是什么？答：在满足线性稳定性条件下，由于非线性作用而产生的不稳定，称为非线性不稳定。

1、在中纬度锋面气旋系统中往常包括哪几种尺度的降水区，它们各有什么特色？2、什么是暖输送带？他们一般拥有哪些特色？答：低纬度低空对流界限层的暖空气在其渐渐向北、向上运转，升入到对流层中、高层时在槽前辐合区的界限上形成一支狭长的云带，这支狭长的气流拥有朝极地方向和向上输送大批热量及水汽和动量的作用，称为暖输送带。

拥有下述特色：（1）地点一般处在冷锋前头，而后上涨到地面暖锋上边。

西界限清楚，东界限不太清楚。

（2）暖输送带常常与一条低空急流相对应。

（3）暖输送带往常有几千米长，是一种天气尺度系统。

3、什么是冷输送带？答：发源于气旋东北部的高压的外头，是一支起到把北方冷空气向南方输送作用的反气旋式的低空急流气流。

4、在锢囚颠簸气旋中有哪几条基本的大尺度云系和主要的气流路径？ P159图 6.3答：暖输送带云系：来自暖区界限层的气流沿冷锋上涨，到达对流层上层产生高云云系。

冷输送带云系：相关于行进中的气旋朝西运动，正利处在地面暖锋前面、暖输送带的下方，在地面暖锋邻近冷输送带边缘上的低层空气因为摩擦辐合而上涨，而后持续朝西运转，并渐渐上涨抵达对流层中层暖区极点邻近的地方形成云带。

5、暖输送带有哪两种基本模型，请说出它们的特征差异。

答：朝后斜升模型：抬升时作逆时针地转向，活动范围主要在冷锋附近朝前斜升模型：抬升时作顺时针地转向，活动范围主要在暖锋锋区邻近6、如何看出图 6.5所表现的是一种朝后斜升局势，而图 6.6 所表现的是一种朝前斜升局势？答：7、锋面邻近的中尺度雨带有哪些类型？什么是U 型、L 型、D 型雨带？答：可分为三类： U 型、 L 型、 D 型U型：出此刻对流层中上层的浅层对流（暖锋雨带、冷锋雨带、锋前冷涌雨带）L 型：出此刻对流层低层的浅层对流（暖区毛毛雨带（横向和纵向）、窄冷锋雨带）D型：直展深层的对流（锋后雨带、暖区雨带）8、暖锋雨带的云物理成因是如何的？答：暖锋上的浅层对流云中冰质点不停长成和落出，它们落进在对流云下边的层状云中，经过齐集而生长，并促进层状云滴冻结，造成较大的冰质点浓度，进而惹起该地域较强的降水。

第一章1. （选填）简述Orlanski分类法对屮尺度的分类？Meso: a中尺度200—2000km ; 3 中尺度20—200km ; 丫屮尺度2—20km2. （选简）简述屮尺度天气系统的基本特征？（按时空细分）①空间尺度小，生命期短。

②气象要素梯度大。

③非地转平衡和非静力平衡及强的垂直运动。

④小概率和频谱宽、大振幅事件。

第二章1 什么是〃对流近似” ？只有与重力联系的项屮保留了密度扰动，而在气压梯度力项屮，则略去了密度扰动的影响，这样的近似称为对流近似。

2 什么是“对称不稳定” ？判断用气块法所谓对称不稳定，从物理上看就是大气运动在垂直方向上是对流稳定的和水平方向上是惯性稳定的情况下，作倾斜上升运动时仍然可能发生的一种不稳定大气现象。

第三章1 （★反复记忆）简述强风暴发生的天气学必要条件？①位势不稳定层结，并常有逆温层存在②低层有水汽辐合③有不稳定的释放的机制④强的风垂直切变⑤低空急流⑥中空干冷空气等。

2 （★）什么是条件不稳定、对流不稳定？其适用条件各是什么？①条件不稳定：丫m<Y <Y d,对于未饱和大气是静力稳定的，而对饱和湿空气来说是静力不稳定，这种大气层结称为“条件不稳定”层结。

适用于气块②对流性不稳定：对流性天气一般发生在条件性不稳定层结的情况下，但有时在上干下湿的条件性稳定层结下，如果有较大的抬升运动，特别是发生整层大气得到抬升时，原先的条件性稳定层结变成不稳定的了，这种不稳定层结称为对流性不稳定。

适用于气层3 逆温层和干暖盖的作用是什么？在强对流爆发前，屮低层常常有逆温层和稳定层，它相当于一个阻挡层，暂时把低空湿层与对流层上部的干层分开，阻碍了对流的发展，这样使风暴发展所需要的高静力能量得以积累，当大气低层出现阻挡层时，一般称为干暖盖。

具有稳定层结的干暖盖抑制对流的作用是十分清楚的，另一方面它对于大气低层不稳定能量又有储存和积累作用。

4 普通积云的云外下沉气流与强风暴屮尺度环流的下沉运动对对流运动各起什么作用？①普通积云对流的云外下沉运动的出现，使对流运动的发展受到不利的影响。

中小尺度天气动力学Char1 中尺度天气系统的特征1、中尺度：时间尺度和空间尺度比常规探空网小，但比积云单体的生命周期及空间尺度大得多的一种尺度。

即水平尺度为几十千米到几百千米，时间尺度由几小时到十几小时。

2、尺度分类的动力学标准可利用罗斯贝数(Lf U R 00=惯性力/柯氏力) 和弗劳德数()/(/2ρρ∆=gL U F r 惯性力/浮3、简述Orlanski 分类法对中尺度的分类Meso ：α中尺度200~2000km ；β中尺度20~200km ；γ中尺度2~20km 。

4、中尺度大气运动的基本特征①空间尺度小，生命期短 ②气象要素梯度大 ③非地转平衡和非静力平衡及强的垂直运动 ④小概率和频谱宽、大振幅事件5、地转偏向力和浮力的作用（1）大尺度运动中，地转偏向力相对重要，浮力可以略去；（2）积云对流运动中，浮力相对重要，地转偏向力可以忽略；（3）中尺度运动中，地转偏向力和浮力都需要考虑。

Char3 自由大气非对流性中尺度环流1、重力波定义：重力波是因静力稳定大气受到扰动而产生的惯性振荡的传播，属于横波（质点扰动方向与波的传播方向垂直）。

分类：（1）重力外波——由外部条件作用下存在的重力波；（2）重力内波——当外部条件被限制时，存在于流体内部的重力波 ；（3）惯性重力内波——考虑地球自转的影响。

2、可产生重力波的系统：暖平流导致气体膨胀使质点位移产生重力波；锋面抬升、大气中的辐合辐散场、背风波、风速的垂直切变、高低空急流的质量调整等3、重力波产生的天气条件：①稳定层（或逆温层） ②具有明显的风速垂直风切变 ③通常而言，Ri<0.5，Ri 越小重力波振幅越大4、重力波的作用①可触发对流 ②可引起晴空湍流(CAT)③高低空能量传输 ④不同尺度之间能量交换5、重力波的特点①气压场与涡度场同位相，高压中心与气旋涡度中心重合，反气旋涡度中心与低压中心重合； ②涡度与散度中心位相差π/2，气压场与散度场也相差π/2；③垂直运动与散度同位相（上升运动区→辐合区，下沉运动区→辐散区）④上升运动区一般为降水区。

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区分球坐标方程和局地直角指标方程P坐标系下大气运动方程组P坐标系通常应用于天气尺度的大气运动，具有准静力平衡的特点，满足方程P坐标系下的垂直速度ω=dp/dt区分P坐标方程与Z坐标方程σ坐标σ坐标系是与气压相联系的坐标系，具有下边界简单，便于引进地形的动力作用等特点。

σ坐标的定义pT是模式层顶的气压，ps是地面气压σ坐标的边界条件区分p坐标方程和σ坐标方程状态方程垂直运动方程数值模式的分类过滤模式只能模拟准地转演变过程，而原始方程模式既能模拟准地转演变过程又能模拟地转适应过程。

原始方程模式分为正压原始方程模式（垂直方向一层）和斜压原始方程模式（垂直方向有多层）地图投影的概念地图投影是按照一定的数学条件，把球形的地球表面展绘于平面地图上。

或者说把地球表面投影到一个简单的曲面上。

中小尺度数值模拟报告姓名：巴桑扎西学号：20121301002学院：大气科学专业：大气科学12级气科1班一、实习要求：1、wps的参数配置，包括namelist.wps和pltgrid.ncl所画的图。

2、WRF的参数配置，即WRF的namelist.input。

3、台风，飑线每三小时，超级单体每1小时的组合回波及地面降水图。

4、根据预报结果的适量分析。

二、实习内容：（1）、模拟个例的简要介绍：（2）、本次模拟时间段：初始时间：'2005-08-03_00:00:00','2005-08-03_00:00:00', 结束时间：'2005-08-03_12:00:00','2005-08-03_12:00:00',三、实习结果：（1）、WPS部分：在namelist.wps的内容以及ncl脚本生成的模拟区域图&sharewrf_core = 'ARW',max_dom = 2,start_date = '2005-08-03_00:00:00','2005-08-03_00:00:00',end_date = '2005-08-03_12:00:00','2005-08-03_12:00:00',interval_seconds = 21600io_form_geogrid = 2,/&geogridparent_id = 1, 1,parent_grid_ratio = 1, 3,i_parent_start = 1, 10,j_parent_start = 1, 20,e_we = 74, 112,e_sn = 61, 97,geog_data_res = '10m','2m',dx = 45000,dy = 45000,map_proj = 'mercator',ref_lat = 24.00,ref_lon = 130.00,truelat1 = 30.0,truelat2 = 30.0,stand_lon = 130.0,geog_data_path =’/opt/GEOG’/&ungribout_format = 'WPS',prefix = 'FILE',/&metgridfg_name = 'FILE'io_form_metgrid = 2,/（2）、WRFV3部分：在WRFV3目录里的namelist.input的&physics部分&physicsmp_physics = 3, 3, 3, ra_lw_physics = 1, 1, 1, ra_sw_physics = 1, 1, 1,radt = 45, 45, 45, sf_sfclay_physics = 1, 1, 1, sf_surface_physics = 1, 1, 1, bl_pbl_physics = 1, 1, 1, bldt = 0, 0, 0, cu_physics = 1, 1, 0, cudt = 5, 5, 5, isfflx = 1,ifsnow = 0,icloud = 1,surface_input_source = 1,num_soil_layers = 5,sf_urban_physics = 0, 0, 0, /（3）、模拟结果：台风路径三、WRFV3部分。