中尺度数值模拟

低纬高原地区一次强降水过程的中尺度雨团数值模拟研究董海萍;赵思雄;曾庆存【期刊名称】《大气科学》【年(卷),期】2008(32)5【摘要】对2001年5月31日～6月1日发生于低纬高原地区的一次强降水过程进行了数值模拟, 在确定大尺度环流形势场、降水过程及雨团模拟正确的基础上, 对引发强降水的主要雨团A, 利用模式输出的高分辨模拟结果进行了深入的再诊断分析研究.结果表明: 虽然雨团A所在区域未发现有明显的气旋系统 (或扰动), 但在其发展强盛期, 仍具有明显的中尺度动力和热力结构特征; 中低层正涡度中心先于降水系统的发展, 而垂直上升运动是低层气流辐合抬升的结果; 雨团A的形成与近地层气流辐合线密切相关, 并与云南特殊的地形地貌密切关联; 南风分量对强雨团A的产生和发展具有重要的作用; 同时, 受其大尺度环流场的影响, 雨团A的发展演变与印缅槽的形成和发展密切相关.对中尺度雨团A的水汽来源分析表明: 在中尺度系统发展成熟前有较强的向雨团A区域的水汽输送, 并且水汽主要来源其西南侧, 即孟加拉湾.【总页数】15页(P1159-1173)【作者】董海萍;赵思雄;曾庆存【作者单位】空军气象中心,北京,100843;中国科学院大气物理研究所国际气候环境中心,北京,100029;中国科学院大气物理研究所国际气候环境中心,北京,100029【正文语种】中文【中图分类】P445【相关文献】1.低纬高原地区一次中尺度对流复合体个例研究 [J], 段旭;李英2.中亚低涡背景下中天山地区一次短时强降水过程中尺度特征 [J], 万瑜;曹兴;杨莲梅3.我国低纬高原地区初夏强降水天气研究Ⅰ.2001年5月印缅槽维持期间云南暴雨及其中尺度特征 [J], 董海萍;赵思雄;曾庆存4.低纬高原地区南支槽强降水中尺度MCS系统的模拟与分析 [J], 晏红明;肖子牛;张小玲;李建通5.低纬高原地区一次罕见大暴雨的中尺度数值模拟 [J], 许美玲;段旭;张腾飞;杨明珠因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

中尺度大气数值模拟及其进展中尺度大气数值模拟及其进展中尺度大气数值模拟是指对中尺度大气运动、湍流、边界层、云微物理、辐射传输等过程进行数值模拟的一种方法。

近年来，随着计算机技术的快速发展和观测技术的不断进步，中尺度大气数值模拟的研究已经取得了许多重要的进展，对于气象预报、气候变化研究和环境污染预测等方面都起到了重要的作用。

中尺度大气数值模拟的目标是通过计算空间和时间上的大量物理量，来模拟和预测中尺度大气运动过程。

中尺度大气运动是指介于大尺度天气系统和小尺度湍流系统之间的系统，其典型特征是空间尺度在几十公里到几百公里之间，时间尺度在几分钟到几小时之间。

中尺度大气运动包括了许多重要的现象，如大气锋面、对流云团、飑线等，对于气象预报和气候变化研究具有重要的意义。

中尺度大气数值模拟的基本原理是通过数值方法将大气方程离散化，并通过数值解算得到大气运动的演化过程。

其中，最常用的模型是基于Navier-Stokes方程的大气动力学模型，通过有限差分、谱方法等数值技术对方程进行求解。

此外，为了更好地模拟大气过程，中尺度大气数值模拟还必须考虑到湍流的影响，湍流参数化是其中的关键技术之一。

近年来，随着计算机技术的不断进步，中尺度大气数值模拟的能力也得到了极大的提高。

传统的数值模拟方法需要通过将整个大气划分成若干个网格，然后分别对每个网格进行计算，这种方法在计算量和存储空间上都有较大的挑战。

为了克服这些问题，新型的数值模拟方法应运而生，如有限元方法、有限体积方法和伪谱法等。

这些方法可以更好地处理复杂的地形、不均匀的边界条件和非线性问题，提高了数值模拟的计算效率和精度。

除了数值方法的发展，观测技术的进步也为中尺度大气数值模拟提供了更多的观测数据，从而提高了数值模拟的准确性和可靠性。

现代大气观测技术，如雷达、卫星和飞机观测等，可以提供高时空分辨率的大气观测数据，在验证和改进数值模拟模型方面发挥重要作用。

此外，数据同化技术的应用也为中尺度大气数值模拟提供了新的思路和方法，通过将观测数据与数值模拟结果进行融合，可以进一步提高数值模拟的准确性和预报能力。

中尺度气象学数值模拟实习报告一、实习背景及目的近年来，随着计算机技术的快速发展，中尺度气象学数值模拟在气象预报、气候研究以及自然灾害预警等方面发挥着越来越重要的作用。

本次实习旨在通过实际操作，掌握中尺度气象学数值模拟的基本原理和方法，提高对气象现象的认识和预报能力。

二、实习内容与过程1. 实习前的准备在实习开始前，我们对中尺度气象学的基本概念、数值模拟的原理和方法进行了系统的学习。

通过查阅相关文献和资料，了解了中尺度气象学数值模拟在气象预报中的应用及其重要性。

2. 实习内容实习主要分为两个部分：一是中尺度气象学数值模拟的基本操作；二是对模拟结果进行分析与讨论。

（1）中尺度气象学数值模拟的基本操作我们使用了我国自主研发的中尺度气象数值模拟系统（MM5）进行实习。

实习过程中，我们根据实际气象资料，设置模拟的初始条件和边界条件，运行数值模拟系统，得到模拟气象场的分布。

（2）对模拟结果进行分析与讨论通过对模拟结果的对比分析，我们评估了数值模拟的准确性。

同时，针对模拟的气象场，分析了其中的中尺度特征，探讨了气象现象的产生和发展机制。

三、实习成果与反思1. 实习成果通过本次实习，我们掌握了中尺度气象学数值模拟的基本操作，了解了数值模拟在气象预报中的应用。

同时，通过对模拟结果的分析，提高了我们对气象现象的认识，为今后的气象研究工作奠定了基础。

2. 实习反思在实习过程中，我们深刻体会到中尺度气象学数值模拟在气象预报中的重要地位。

然而，由于气象现象的复杂性和不确定性，数值模拟仍存在一定的局限性。

因此，在实际应用中，我们需要不断优化模拟参数和模型，提高数值模拟的准确性，并结合其他气象观测资料，为气象预报和气候研究提供更为可靠的依据。

四、总结本次实习让我们对中尺度气象学数值模拟有了更深入的了解，提高了我们的实际操作能力和气象分析能力。

通过实习，我们认识到中尺度气象学数值模拟在气象预报和气候研究中的重要作用，也为今后的气象研究工作奠定了基础。

气象预测的数值模拟技术气象预测是指根据大气环境的相关数据，运用一系列科学方法和技术手段，对未来一段时间内的气象演变进行预测和模拟。

在过去的几十年里，气象预测的准确度不断提高，而数值模拟技术则是其中一项重要的手段。

数值模拟技术是利用计算机对大气环流、温度、湿度等气象要素进行数值计算和模拟的一种方法。

它基于一套数学物理方程组，采用有限差分、有限元或谱方法等数值逼近技术，将大气运动方程、热力学方程、湿润空气运动方程等转化为计算机可以处理的形式，进而进行数值求解。

数值模拟技术的核心是数学物理方程组的建立和求解。

这些方程组描述了大气运动的动力学、热力学和湿力学过程，通过求解这些方程，可以获得大气的演变过程。

数值模拟技术的输入数据主要包括大气初始场和边界条件，初始场包括温度、湿度、风向等气象要素的分布情况，边界条件则是指影响大气运动的外部因素，如地表气压、海温等。

在气象预测中，数值模拟技术通常分为中尺度模式和细尺度模式两种。

中尺度模式适用于对几百到几千公里范围内的天气系统进行预测，如台风、暴雨等，而细尺度模式则适用于对几十到几百公里范围内的天气系统进行预测，如局地降雪、雷暴等。

中尺度模式采用的是全球或区域范围的模拟。

在这种模式下，数值计算的步长比较大，通常在几公里到几十公里之间，计算速度相对较快，可以预测数天的天气情况。

细尺度模式则采用更小的步长，通常在几百米到几公里之间，计算速度相对较慢，但可以提供更加详细和准确的天气预测，包括降水、风暴状况等。

数值模拟技术的核心是模型的设置和参数选择。

模型的设置涉及到模拟的空间范围、时间步长、相互作用的物理过程等等，而参数选择则关系到数值计算的准确性和稳定性。

不同的模型和参数选择会对模拟结果产生不同的影响，因此，科学家需要根据实际情况进行模拟参数的优化和调整，以提高预测的准确性。

数值模拟技术在气象预测中已经得到广泛应用，并取得了显著的成就。

通过数值模拟技术，气象预报员可以根据大气背景和相关数据，对未来的天气情况进行模拟和预测，提前做好各种天气变化的应对准备。

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。

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。

一、实习背景中尺度数值模拟是气象、海洋、大气科学等领域中研究自然现象的重要手段。

通过对中尺度大气和海洋过程进行数值模拟，可以揭示其内在规律，为天气预报、气候预测和灾害预警提供科学依据。

为了提高自己的专业技能，我于20xx年暑假期间参加了中尺度数值模拟实习。

二、实习目的1. 掌握中尺度数值模拟的基本原理和方法；2. 学习数值模拟软件的使用，提高数值模拟技能；3. 通过实际案例分析，加深对中尺度现象的理解；4. 培养团队协作精神和沟通能力。

三、实习内容1. 中尺度数值模拟基本原理实习期间，我学习了中尺度数值模拟的基本原理，包括动力方程、热力学方程、微物理过程等。

通过对这些基本原理的掌握，我能够更好地理解中尺度数值模拟的物理过程。

2. 数值模拟软件使用实习过程中，我学习了WRF（Weather Research and Forecasting）数值模拟软件的使用。

WRF是一种广泛应用于中尺度数值模拟的软件，具有强大的功能和灵活的配置。

通过实际操作，我掌握了WRF的基本操作流程，包括模式设置、数据准备、模拟运行和结果分析等。

3. 实际案例分析为了加深对中尺度现象的理解，实习期间，我选取了以下几个实际案例进行分析：（1）2005年山东半岛大雪过程数值模拟与中尺度特征分析通过WRF模型模拟2005年山东半岛大雪过程，分析了冷空气爆发、地形影响和海陆风环流等因素对大雪过程的影响。

模拟结果表明，冷空气爆发是导致大雪的主要原因，而地形和海陆风环流也起到了关键作用。

（2）基于LAPS雷达资料变分分析技术的暴雨数值模拟及其中尺度结构特征研究利用LAPS雷达资料变分分析技术，对暴雨数值模拟进行了研究。

分析了雷达资料同化对暴雨预报能力的影响，以及暴雨中尺度结构特征。

结果表明，LAPS雷达资料变分分析技术能够有效提高暴雨预报的准确率。

（3）南海北部以及吕宋海峡次级中尺度动力过程数值模拟研究通过使用单向嵌套方案AGRIF和原始方程海洋模式ROMS，对南海北部陆架海区的次级中尺度过程进行了模拟。