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中尺度数值预报模简介

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5、我国有限区中尺度数值天气预报进展和释用概况

5、我国有限区中尺度数值天气预报进展和释用概况

科 技 服 务中 的 法 律 问 题
卢学政
( 南阳市气象局 , 河南 南阳 473003)
随着气 象事业结构调 整和各种 运行机 制的日 趋完善 , 气 象科技服务已渗透到工业、 农业、 交通运输、 能源等各行 各业 , 在国民经济建设和防灾减灾中发挥着越来越重要的作用。服 务领域的不 断拓宽和服务 项目的逐 年增加 , 促 使科技 服务队 伍不断壮大 。但在实 际工作 中 , 一些单位 和个人 法律观 念淡 薄 , 工作中存在着重服 务、 轻 法律的 现象 , 往往给 单位带 来不 必要的经济损失。因此 , 在做好优质服务的同时 , 必须增强法 制观念 , 善于运用法律武器来维护自己的合法权益 , 保障气象 科技服务工作的顺利开展。
# 4 #
河南气象 2000 年第 1 期
∃ 1. 875 ∀经纬网格 , 垂直 方向为 15 层 不等 距
坐标。模 式以
资料同化系统。中国气 象科学 研究院、 国家 气象研 究中心 和 北京市气象科学研究所 联合引进和开发了 MM 5 模式 , 分 辨率 达 0. 5 ∀ ∃ 0. 5∀, 称 HBFS 模式。 HBFS 模 式已投入应 用 , 在 第八 届全运会开幕、 香港回归等 有重大 意义活 动的天 气预报 服务 中 , 取得了明显成效。 1. 3 东海 T c 模式 [ 3] Tc 模式是上海台风研究所 在 MM 4 模 式基础 上发展 的东 海区域热带气旋路径业务模式 , 是一个可移动、 单向自嵌套中 尺度模式。该模式粗网格距 150 km, 细 网格距 50 km; 垂 直分 为 11 层 ; 时间积分采用显式方 案 ; 客观分析为二 维最优差值 , 而相对湿度采用三维最优差值 ; 地形资料的分辨率为 10(。试 验证明 , 热带气旋中心位置预报与实 况位置平 均误差 24 h 为 164. 1 km, 48 h 为 296. 8 km, 效果 较好。 1996 年 , 上海 又开 发 了 SLAM5 模式 , 1997 年 12 月 投入业 务运行 , 为 138 个城市 提 供预报服务。 1. 4 南海台风数值预报增强模式 [ 4] 广东省在 MM 4 模式基 础上 , 改 进了模 式物 理过程 、 下垫 面参数及 面水平扩散方案 , 建立 了水平 分辨率 为 45 km 、 具 有完善物理过程和反映 地形作用的台风中尺度数值预报增强 模式。试验表明 , 对台风暴雨预报准确 率明显优 于 LAFS 。近 来广东又研制了分辨 率为 0. 25~ 0. 125 经 纬度 的中 模式。 1. 5 ETA 模式 成都中心气象台引进了美国 国家气象中心 ( NMC) 使 用的 有限 区 模 式。该 模 式 是美 国 NMC 从 80 年 代 开 始 研制 , 于 1993 年 6 月投入业务运行。其主要特色是 采用了 ! 坐标。这 是因为 系的地形坐标 , 在陡坡地形条件下 , 气压梯度力 有较 面和 较薄 的 层, 可 大误差 ; 当增加垂直分辨率 时 , 陡峭 的 尺度

中尺度数值天气预报模式MM5分布式并行计算

中尺度数值天气预报模式MM5分布式并行计算
第 $) 卷第 $ 期
国 防 科 技 大 学 学 报 A@2W:/Z @[ :/,S@:/Z 2:S\]W?S,^ @[ L][]:?] ,]D1:@Z@;^
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串行算法分析
嵌套区域模型
其计算域按照模式预报的不同要求和分辨率分成母 334 模式是一种双向嵌套有限差分预报模式， 域和嵌套域 （母域和嵌套域的网格距分辨率之比为 2 5 6） ， 嵌套域层数可以达到 7 层 （如图 2） 。334 模式 计算涉及到粗网格 （母域） 和细网格 （嵌套域） 两个计算区域， 数据关系复杂， 计算量大。 334 有限区域 差分模式的所有物理量的计算都是在网格空间上进行的。每一个物理量的模式积分在每个水平经纬网 格点上是相互耦合的， 但在垂直层上无数据相关性。母域和嵌套域之间在一个时间积分步开始和结束
随着大气科学理论、 数值计算方法和高性能计算机技术的不断发展， 现代天气预报方法已从传统的 建立在大气定性理论、 数理统计与预报员经验基础上的半经验方法， 发展到以大气科学理论为基础， 综 合现代科学技术的最新成果， 通过高性能计算平台的模拟计算得到预测结果的数值预报方法。数值天 气预报有效地解决了过去预报产品不够丰富、 可用预报时效太短、 各类气象探测资料综合处理能力不强 等问题， 已经成为气象部门制作天气预报的重要基础和根本途径， 具有其它预报方法不可替代的地位和
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WRF中尺度天气预报模式简介

WRF中尺度天气预报模式简介

ARW模式系统简介一．概述1997年美国国家大气研究中心(NCAR) 中小尺度气象处(MMM)、国家环境预报中心(NCEP)的环境模拟中心(EMC)、预报系统试验室的预报研究处(FRD)和俄克拉荷马大学的风暴分析预报中心(CAPS)四部门联合发起新一代高分辨率中尺度天气研究预报模式WRF ( Weather Research Forecast) 开发计划, 拟重点解决分辨率为1～10Km、时效为60h以内的有限区域天气预报和模拟问题。

该计划由美国国家自然科学基金会(NSF)和美国国家海洋和大气管理局(NOAA)共同支持, 1998年已形成共同开发的标准, 2000年2月被确定为实现美国天气研究计划(USWRP)主要目标而制定的研究实施计划之一。

现在,这项计划吸引了许多其它研究部门及大学的科学家共同参与。

WRF在发展过程中由于科研与业务的不同需求, 形成了两个不同的版本, 一个是在NCAR的MM5模式基础上发展的ARW(Advanced Research WRF), 另一个是在NCEP的Eta模式上发展而来的NMM(Nonhydrostatic Mesoscale Model) [1、2]。

ARW作为一个公共模式, 由NCAR负责维护和技术支持,免费对外发布。

第一版发布于2000年11月30日, 随后在2001年5月8日发布了1.1版。

2001年11月6日, 很快进行了模式的第三次发布, 只是改了两个错误, 没有很大的改动, 因此版本号定为1.1.1。

直到2002年4月24日, 才正式第四次发布, 版本号为1.2。

同样, 在稍微修改一些错误后, 2002年5月22日第五次发布模式系统, 版本号为1.2.1。

原定于2002年10月前后的第六次发布, 直到2003年3月20才推出, 版本号为1.3。

2003年11月21日进行了更新。

2004年5月21日推出了嵌套版本V2.0。

2004年6月3日进行了更新, 至2006年1月30日为止最新版本为2.1.2[3]。

典型中尺度数值预报模式参数化方案的综述与展望

典型中尺度数值预报模式参数化方案的综述与展望

典型中标准数值预报模式参数化方案的综述与展望摘要：中标准数值预报模式作为天气预报的核心工具，其准确性和稳定性的提升对于气象预报的进一步进步起着重要的推动作用。

而模式参数化方案则是数值预报模式中一个关键的组成部分，对于各种物理过程的描述和计算起着至关重要的作用。

本文通过对，旨在全面了解和探讨这一领域的探究进展和将来进步方向。

一、引言中标准数值预报模式是通过将大气运动方程离散化和数值化计算，模拟和猜测将来一段时间内的天气变化的数学模型。

在模式计算过程中，由于地球大气过于复杂和多标准，不同标准之间的互相作用和复杂性给模式的进步和应用带来了巨大的挑战。

而模式参数化方案则是对于中标准数值预报模式中各种物理过程的描述和计算的重要手段，它通过一些阅历公式和理论模型，将那些无法在模式网格标准内直接计算的物理过程进行近似和简化，实现对于过程的描绘和计算。

二、典型的模式参数化方案1. 热力方案在中标准数值模式中，热力方案是描述大气温度、湿度和辐射等过程的重要参数化方案之一。

它通过对大气不同层次的物理过程进行描述和计算，如辐射输送、大气垂直平流、湍流混合等等，从而实现对大气温度、湿度场的准确描绘和计算。

2. 动力方案动力方案是数值模式中模拟大气运动的重要参数化方案之一。

它通过对大气的水平输送和垂直加速度等过程进行描述和计算，如湍流和底层边界层的效应，风速和风向的改变等等。

这些参数化方案能够在限制计算区域范围内模拟大标准和小标准的动力过程，从而提高数值模式的准确性和稳定性。

3. 湍流参数化方案湍流参数化方案是模式中描述大气湍流运动和湍流输送过程的关键方案之一。

由于湍流运动的复杂性和多标准性，直接计算湍流运动对于模式计算来说是极其困难的。

因此，湍流参数化方案将湍流运动和湍流输送过程以一些阅历干系和统计模型的形式进行描述和计算，从而实现湍流效应在模式计算中的近似和简化。

三、模式参数化方案的进步与挑战1. 进步随着计算机技术的快速进步和计算资源的增加，模式参数化方案在数值模式中的应用和改进得到了很大的提高。

中尺度数值预报模简介

中尺度数值预报模简介

开 始
收取地面探空报
解
报文检错质量检查
收取地面探空报
报
T213资料完整性检查
收取T213报
T213为猜测 场逐步订正
TERRAIN（模式地形）
PREGRID（数据预处理 REGRID（插值到网格点）
INTERPF（插值到σ面） T213为猜测场逐步订正
LITTLE_R （地面探空报）
模式运行
系统运行 流程图
MM5地图投影和地图比例因子
• 模式系统可以选择几种地图投影。兰勃脱投影适用于中纬 度地区，极射投影用于高纬度，麦卡脱投影用于低纬度。 除了麦卡脱投影外，在模式中x和y坐标方向并不对应于东 -西向和南-北向。因此实际的观测风必须被旋转到模式格 点上，而模式的u，v分量必须在与实测风比较之前加入旋 转。这些转换在模式的前处理器和后处理器中被解决了。 • 地图比例因子m被定义为 m = (格点上的距离)/（地球表面的实际距离） 它的值接近于1且通常是随纬度而变化的。模式中的投影能 保持小区域的形状，因而在任何地方dx=dy。但是格点长 度在穿越区域时会发生变化，这样可以在平面上显示球面。 地图比例因子必须在任何使用水平梯度的模式方程中加以 考虑。
4 中国国家气象中心数值预报模式
全球谱模式 这就是通常所说的T213L31 模式，它是国 家气象中心的全球谱模式。该模式是在80 年代末引进欧洲中期数值预报中心 （ECMWF）T42L9全球谱模式基础上逐步 改进升级而成。其水平分辨率约等效于 62.5公里。L31代表垂直分层为31层。其数 据同化周期为6小时，客观分析方法为最优 统计插值。一次制作10天预报。
运行MM5模式系统所需要的数据
因为MM5模式系统主要被设计用于实际数据的研 究/模拟，所以他需要以下的数据来运行它： • 地形高度和陆地类型 • 至少含有这些变量的大气格点数据：海平面气压， 风，温度，相对湿度和位势高度；以及这些气压 层：地面，1000，850，700，500，400，300， 250，200，150，100mb： • 含有探空和地面报告的测站数据

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及其进展中尺度大气数值模拟及其进展一、引言大气数值模拟是一种使用数学方程和计算机算法来模拟大气运动和气象现象的方法，它不仅能够帮助预测和研究天气、气候变化等现象，还可为决策提供重要参考。

在气象学研究领域，中尺度大气数值模拟被广泛应用，具有重要的意义。

本文将介绍中尺度大气数值模拟的基础理论和方法，并探讨其在气象学领域中的进展。

二、中尺度大气数值模拟的基础理论和方法中尺度指大气运动的空间尺度在几十到几百公里之间，时间尺度在几小时到几天之间。

中尺度大气数值模拟的基础理论是对大气运动和物理过程的基本方程进行数学化处理，建立相应的模型。

其中，最常用的模型是基于质量守恒、动量守恒、热量守恒和状态方程的Navier-Stokes方程。

为了简化计算，通常还采用了一些物理参数化方案，如湍流参数化、云微物理参数化等。

中尺度大气数值模拟的方法可以分为欧拉法和拉格朗日法。

欧拉法是在空间网格上离散化基本方程，通过数值迭代求解得到大气场的时空分布。

拉格朗日法则是跟踪气体的运动轨迹，通过将大气分成许多气团来模拟大气运动。

三、中尺度大气数值模拟在气象学领域的应用中尺度大气数值模拟在气象学领域有着广泛的应用。

首先，它可以用于天气预报，通过模拟大气运动，结合实时观测数据，可以提供准确的天气预报结果。

其次，中尺度大气数值模拟还可以用于研究气象灾害，如暴雨、台风等的形成机制和前后过程，从而为灾害预防和减轻提供科学依据。

此外，中尺度大气数值模拟还可以用于研究气候变化，如模拟气候系统中的能量和水分交换，探索气候变化的内在机制。

四、中尺度大气数值模拟的进展随着计算机技术的不断发展和模型改进，中尺度大气数值模拟在气象学领域取得了许多重要的进展。

首先，模拟精度显著提高，模型对大气物理过程的描述更加准确。

其次，模拟时间和空间分辨率不断增加，模拟结果更加细致。

此外，数据同化技术的应用使得模拟结果与实况数据更加吻合，提高了模式的可信度。

中小尺度天气动力学课件 第1章+中尺度数值模拟-绪论

中小尺度天气动力学课件 第1章+中尺度数值模拟-绪论
我国南方致洪暴雨监测与 预测的理论和方法研究
中尺度数值模拟—第一章
α中尺度 β中尺度
突发性强对流天气演变机 理和监测预报技术研究
γ中尺度
1.1中尺度天气及重要性
乳山个例 12小时 时段强降 水预报图
中尺度数值模拟—第一章
北京
山东 半岛
南京
基于15km粗网格数值模式
“今天下午，本市局部 地区有时有雷阵雨”
设置专门的中尺度观测网 。如美国在1966年就设置了中尺度观测 网，高空站距28km，每隔1.5h或3h施放一次探空仪，地面站距20-30km。 日本、瑞典、英国、法国、加拿大等国家也建立了试验监测网。
我国也分别在京津冀、长江三角洲、武汉和珠江三角洲四个地区 建立起中尺度监测网，设置了一定数量的自动地面站。
CISP （英国，2007）
TOMACS （日本，2010-2013）
1.1中尺度天气及重要性
中尺度数值模拟—第一章
美国国家天气局强天气预报研究计划（WoF)
观测雷达回波
观测
高分辨率(1km)实时试验预报
预报
1.1中尺度天气及重要性
三个国家重点基础研究发 展计划“973”项目
我国重大天气灾害的形成 机制和预测理论研究
需要定时、定点、定量
1.1中尺度天气及重要性
研究方法
中尺度数值模拟—第一章
新的探测工具的使用和加密观测 野外观测实验 中小尺度天气分析 模式的发展及应用 动力学研究
1.1中尺度天气及重要性
中尺度数值模拟—第一章
新的探测工具的使用和加密观测：
雷达、卫星、新型飞机、大气风廓线仪 ，另外也利用声雷达、激 光雷达、微波辐射仪、灵敏微压计、天电观测等 。
中尺度数值模拟—第一章

GPS资料在中尺度数值预报模式中的应用分析

GPS资料在中尺度数值预报模式中的应用分析

GPS资料在中尺度数值预报模式中的应用分析摘要利用建立在长江三角jjf}i地区GPS观测阏中GPS资料，针对2002年梅雨期间影响长江三角洲地区的降水过程进行了GPS资料在MM5中尺度数值预报模式中的应用研究。

研究表朗：1、GPS是一种连续监测大气水汽的有效手段。

与常规探空观测相比，GPS测量的可降水量有很好的代表性。

在相距2km时，两种测量手段测量可降水量和总延迟量的平均绝对偏差分另4为2．13mm和1．28cm。

总延迟的变化主要是由湿延迟的变化而引起，其中静力延迟变化呈现了明显的周期性，而湿延迟的变化与天气过程相关联。

通过可降水量、总延迟和湿延迟的时、空变化可以分析天气系统演变。

应用MM5模式预报结果计算大气平均温度可提高GPS可降水量的反演精度。

2、MM5模式初始场对静力延迟有较好的描述能力，但对湿廷迟和可降水量的描述还存在比静力延迟更大的描述误差。

MM5模武连续滚动预报(12h)基本能反映总延迟、静力延迟、涅延迟和可降水量的日际变化趋势，但对这些量逐时预报还存在误差。

MM5模式对湿延迟的预报能力明显低于对静力延迟的预报能力，并且模式对总延迟的预报误差主要是由湿延迟预报误差产生的。

MM5模式分辨率的提高有利于改善模式对静力延迟、湿延迟和可降水量的描述和预报。

MM5模式对可降水量的预报能力与积云参数化方案的选用有关。

在MM5模式24h积分的前10～1 lh，选用KF、BM和Grell三种积云参数化方案模式对可降水量的预报偏差基本接近，对可降水量具有较好的预报能力．其后三种积云参数化方案对可降水量的预报偏差差异增大，模式积分至20—21h后对可降水量的预报能力明显减小。

对模式粗网格，Grell方案总体上表现了最高的可降水量预报能力。

对模式细网格，Grell和KF方案比BM方案表现了较高的可降水量预报能力。

3、用GPS测量的可降水量资料调整MM5模式湿度初始场可明显增强模式初始场描述水汽分布的能力，使其对可降水量的描述误差明显减小，有利于模式初始场更好地反映出水汽分布的局地特征，从而有效地控制模式积分初期对可降水量的预报误差。

中尺度气象模式(ARPS)介绍

中尺度气象模式(ARPS)介绍

中尺度气象模式(ARPS)介绍作者：郎丰旺王鹏李波来源：《科学与财富》2011年第03期[摘要] 目前对于天气预报进行精细化定量预报的主要手段之一就是数值预报，优秀的数值模式对于提高预报准确率有很重要的影响。

本文介绍了一种中尺度区域气象预报模式（ARPS），包括模式的动力框架，时间积分方案，参数化方案和后期处理等。

[关键词] ARPS模式参数化中尺度数值预报1引言在全球气候变动异常的背景下，台风、暴雨（雪）等灾害性天气肆虐，极端降水事件趋多、趋强，其成因复杂多变，预测预警难度更大。

随着国民经济建设的加速发展，国家和地方各级政府更为关注气象灾害构成的安全威胁，尤其是近年来频繁出现的突发性强、变化激烈的暴雨、暴雪等灾害性天气经常造成人民生命财产的重大损失。

公众希望公共气象服务提供更加准确的天气预报，特别是灾害性天气的预报准确性，气象工作者在准确预报常规天气变化的基础上，精细化预报具有中尺度时空特征的高影响性和危险性天气事件，是当今科学研究和预报实践的重大课题，因此出现了一批基于中尺度动力方程组的气象模式，如MM5，WRF，AREM，ARPS等。

ARPS（The Advanced Regional Prediction System）模式是由美国俄克拉荷马大学（University of Oklahoma）的风暴分析及预报中心(the Center for Analysis and Prediction of Storms，CAPS)研发的一个非静力平衡的区域预报系统，ARPS模式采用广义地形坐标系统，Arakawa-C交错水平网格和二阶蛙跳时间积分方案，含有云微物理过程，次网格尺度湍流等物理过程ARPS模式适用于时空尺度很小的中小尺度和风暴尺度的天气系统如龙卷，超级单体风暴等，主要针对风暴尺度的非静力高分辨率区域预报系统，包括实时资料的变分同化、前向预报以及后期数据处理模块，整个模式的运行流程图如图1所示，目前官方发布的最新版本为ARPS5.2.12。

中尺度数值模拟

中尺度数值模拟

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。

《2024年新一代中尺度天气预报模式——WRF模式简介》范文

《2024年新一代中尺度天气预报模式——WRF模式简介》范文

《新一代中尺度天气预报模式——WRF模式简介》篇一一、引言随着科技的不断进步，气象学领域也在持续发展和创新。

其中，中尺度天气预报模式作为现代气象学的重要组成部分，对提高天气预报的准确性和精细化程度起到了关键作用。

WRF （Weather Research and Forecasting）模式作为新一代中尺度天气预报模式，具有较高的空间分辨率和时间分辨率，能够更准确地模拟和预测各种天气现象。

本文将对新一代中尺度天气预报模式——WRF模式进行简要介绍。

二、WRF模式概述WRF模式是一种数值天气预报模型，由美国国家大气研究中心（NCAR）和多个合作机构共同开发。

该模式采用先进的物理过程描述和数值方法，能够模拟和预测各种中尺度天气现象，如暴雨、龙卷风、强风、雾等。

WRF模式具有较高的空间分辨率和时间分辨率，可以提供更为精细的天气预报信息。

三、WRF模式的特点1. 高度灵活性：WRF模式具有高度的灵活性和可定制性，可以根据不同的需求和区域特点进行参数设置和模型调整。

2. 先进物理过程描述：WRF模式采用了先进的物理过程描述，包括大气湍流、云微物理过程、辐射传输等，能够更准确地模拟和预测天气现象。

3. 高分辨率模拟：WRF模式具有较高的空间分辨率和时间分辨率，可以提供更为精细的天气预报信息。

4. 广泛的适用性：WRF模式可以应用于全球及区域范围内的天气预报和气候模拟，适用于不同尺度和不同领域的科学研究。

四、WRF模式的应用WRF模式广泛应用于气象学、环境科学、农业气象等领域。

在天气预报方面，WRF模式能够提供更为精细的预报信息，包括降雨量、风速、温度等，为人们的生产生活提供更为准确的参考依据。

在环境科学领域，WRF模式可以用于空气质量模拟和预测，为环境保护和治理提供科学依据。

在农业气象方面，WRF模式可以用于农业气象灾害的监测和预警，为农业生产提供保障。

五、结论新一代中尺度天气预报模式——WRF模式的出现，为气象学领域的发展带来了新的机遇。

新一代中尺度预报模式( WRF)

新一代中尺度预报模式( WRF)

陆面过程方案
马红云等研究表明: 采用耦合陆面方案可 以有效改善降水模拟结果; 但是由于不同陆面 方案考虑的要素和物理过程存在一定差异， 它们对降水的模拟各有所长，综合比较各试 验结果，Noah 方案的模拟效果较其他方案更 为稳定与合理。当考虑城市下垫面时，UCM 方案的模拟效果略优于其他方案，说明是否 考虑城市地区的影响应当成为选择陆面方案 的依据之一。
WRF的不足
• 模式水平分辨率问题 • 单次模拟存在偶然性问题
WRF的发展趋势
• 第一，向更长的时间尺度过渡，构建同时 能模拟天气尺度和气候尺度现象的通用模 式; • 第二，与区域海洋模式相耦合，构建高分 辨率的区域耦合模式。
谢 谢
• 2000 年推出第一个版本； • 2004 年5 月发布的第二版WRF V2.0 包含了单重 和双重嵌套以及三维变分数据同化系统( 3Dimensional Variational data Assimilation System， 3DVAR)； • WRF V2.2 提出WRF 的预处理系统( WRF Preprocessing System，WPS) ，以期取代WRF 标准初始化模块( WRStandard Initialization， WRF SI)； • WRF V3 版本中WPS 才得到正式使用； • 2011 年3 月推出的WRF V3.3，它更新了4DVAR, 是目前最新版本。
WRF
• WRF 模式( Weather Research and Forecasting Model，WRF Model)，美国多所科研机构的科 学家们共同研发，继承了各个研究机构的最新 研究成果，业务与研究共用的新一代高分辨率 中尺度预报模式； • WRF 模式是一种完全可压非静力模式，采用 Arakawa C 网格，集数值天气预报、大气模拟 及数据同化于一体的模式系统，能够更好地改 善对中尺度天气的模拟和预报，目前主要应用 于有限区域的天气研究和业务预报。

WRF中尺度天气预报模式简介

WRF中尺度天气预报模式简介

WRF中尺度天气预报模式简介ARW模式系统简介一.概述1997年美国国家大气研究中心(NCAR)中小尺度气象处(MMM)、国家环境预报中心(NCEP)的环境模拟中心(EMC)、预报系统试验室的预报研究处(FRD)和俄克拉荷马大学的风暴分析预报中心(CAPS)四部门联合发起新一代高分辨率中尺度天气研究预报模式WRF(WeatherReearchForecat)开发计划,拟重点解决分辨率为1〜10Km、时效为60h以内的有限区域天气预报和模拟问题。

该计划由美国国家自然科学基金会(NSF)和美国国家海洋和大气管理局(NOAA)共同支持,1998年已形成共同开发的标准,2000年2 月被确定为实现美国天气研究计划(USWRP)主要目标而制定的研究实施计划之一。

现在,这项计划吸引了许多其它研究部门及大学的科学家共同参与。

WRF在发展过程中由于科研与业务的不同需求，形成了两个不同的版本,一个是在NCAR的MM5模式基础上发展的ARW(AdvancedReearchWRF),另一个是在NCEP的Eta模式上发展而来的NMM(NonhydrotaticMeocaleModel)[1、2]。

ARW 作为一个公共模式，由NCAR 负责维护和技术支持,免费对外发布。

第一版发布于2000年11月30 日，随后在2001年5月8日发布了 1.1版。

2001年11月6日，很快进行了模式的第三次发布,只是改了两个错误,没有很大的改动,因此版本号定为1.1.1。

直到2002年4月24日，才正式第四次发布,版本号为1.2。

同样,在稍微修改一些错误后,2002年5月22日第五次发布模式系统,版本号为1.2.1。

原定于2002年10月前后的第六次发布,直到2003年3月20才推出，版本号为1.3。

2003年11月21日进行了更新。

2004年5月21日推出了嵌套版本V2.0。

2004年6月3日进行了更新，至2006年1月30日为止最新版本为2.1.2［3］。

中尺度数值天气预报模式图文

中尺度数值天气预报模式图文
为了提高预报的分辨率和准确性，中尺度数值天气预报模式通常采用嵌套网格技术，即在较粗的 网格上计算大尺度天气系统，在较细的网格上计算中尺度天气系统。
物理过程参数化方案
01 02
辐射过程
辐射过程是大气中重要的物理过程之一，对中尺度天气系统的形成和发 展有重要影响。模式中通常采用辐射传输方案来计算太阳辐射和大气辐 射对天气系统的影响。
边界层过程
边界层是大气中与地面直接接触的一层，其中发生着复杂的湍流交换过 程。模式中通常采用边界层方案来计算湍流交换对天气系统的影响。
03
微物理过程
ห้องสมุดไป่ตู้
微物理过程是指云、降水等天气现象中发生的微观物理过程。模式中通
常采用微物理方案来计算云的形成、发展和降水过程对天气系统的影响。
初始化和边界条件处理
初始化
要点二
强对流天气过程分析 技术
中尺度数值天气预报模式能够模拟强 对流天气过程的动力学、热力学和微 物理特征，揭示其发生发展的物理机 制。结合雷达观测、卫星遥感等技术 手段，可以对强对流天气过程进行实 时监测和分析。
要点三
强对流天气过程防范 建议
针对强对流天气过程的突发性和破坏 性，公众应关注天气预报和预警信息 ，及时采取防范措施，如加固房屋、 准备急救物资等。同时，政府和相关 部门也应加强应急管理和救援工作， 以应对可能发生的灾害。
入等方式进行改进。
边界条件误差
由于模式边界条件处理不当导致的 误差，可通过改进边界条件处理方 案、引入更准确的边界条件数据等
方式进行改进。
05 图文展示：中尺度数值天 气预报模式应用实例
暴雨洪涝灾害预警应用实例
暴雨洪涝灾害概述
简要介绍暴雨洪涝灾害的定义、成因及危害。

中尺度数值天气预报模式

中尺度数值天气预报模式

集合预报技术的发展
集合预报技术是一种概率预报方法， 通过将多个不同初始条件的模式结果 组合起来，提供更全面的气象信息。 随着超级计算机技术的不断发展，集 合预报的分辨率和覆盖范围将得到进 一步提高，能够更好地揭示中尺度气 象系统的演变和传播。
VS
集合预报技术还可以与其他数据源 （如卫星观测、雷达观测等）进行融 合，提高预报的准确性和精细化程度。 通过集合预报技术，气象部门可以提 供更加全面和客观的气象服务，满足 不同用户的需求。
中尺度模式的设计
中尺度模式是数值天气预报的一种，特别适用于预测局地性强、时间尺度较短的 天气系统，如雷暴、锋面和低气压等。
中尺度模式的设计需要考虑大气的中尺度特征，如气流、水汽和不稳定能量等。 这些特征在模式中通过特定的参数化方案来处理，以更准确地模拟中尺度天气系 统的演变。
模式的初始化与更新
初始化是数值预报的关键步骤之一，它决定了预报的 初始状态和随后的演变。正确的初始化对于提高预报
模式在台风路径预测中的应用
中尺度数值天气预报模式在台风 路径预测中具有较高的准确率， 能够较为准确地预测台风登陆地
点和时间。
通过分析台风周围的中小尺度环 境因素，如地形、气流等，模式 能够更准确地模拟台风的移动路
径和强度变化。
模式在台风预报中的应用，为政 府和公众提供了关键的决策依据，
有助于减少台风灾害的影响。
中尺度数值天气预报模式能够提供高 分辨率的短时气象信息，如风向、风 速、温度、湿度、降水等，有助于预 测未来几小时内的天气变化。
精细化预报
中尺度模式能够提供更精细的地域气 象信息，如局部地区的气象状况，有 助于气象部门为特定区域提供更准确 的预警和防范措施。
灾害预警
暴雨预警

新一代中尺度预报模式(WRF)国内应用进展

新一代中尺度预报模式(WRF)国内应用进展

新一代中尺度预报模式(WRF)国内应用进展新一代中尺度预报模式(WRF)国内应用进展近年来，随着气象科学与技术的迅速发展，气象预报技术也取得了长足的进步。

作为中尺度气象预报领域的重要工具，新一代中尺度预报模式(WRF)在国内的应用进展备受关注。

1. WRF的基本原理和特点新一代中尺度预报模式(WRF)基于Nonhydrostatic Mesoscale Model (NMM)和Advanced Research WRF (ARW)两种不同的动力框架。

NMM框架适用于计算效率要求高的中尺度预报，ARW框架则更适用于研究和高精度预报。

WRF模式具有良好的可配置性和可扩展性，可以根据具体需要选择不同的物理方案和参数配置，适用于不同的气象预报需求。

2. WRF在国内气象预报中的应用自WRF模式引入国内以来，其在气象预报工作中的应用不断扩展。

通过对WRF预报模式的定制和改进，国内气象机构已成功将其应用于不同尺度和时间范围的气象预报中。

在台风预报中，WRF模式被广泛应用于台风路径、强度和降水预报等方面，为台风预警提供了重要支持。

同时，在局地天气预报和短期强对流天气预报中，WRF模式也表现出良好的效果。

3. WRF在气候模拟中的应用除了短期天气预报，WRF模式还能够用于气候模拟和预测。

WRF模式可以在不同时间尺度上模拟气候变化和极值事件，为气候系统研究提供了重要工具。

国内的气候研究机构利用WRF模式建立了多个气候模式集合系统，用于对中国地区气候变化进行模拟和预测。

4. WRF模式的改进和挑战尽管WRF模式在国内的应用取得了一些进展，但仍面临一些改进和挑战。

首先，WRF模式在局地细节和复杂地形的处理上仍然存在一定的不足，需要进一步提高模式的分辨能力和物理参数方案。

其次，大尺度全球模式与WRF模式的耦合仍需要进一步研究和改进，以提高数值预报的准确性和可靠性。

5. 未来发展方向随着计算机技术和观测数据的不断进步，WRF模式在国内的应用前景值得期待。

中尺度模式试用情况

中尺度模式试用情况

中尺度模式试用情况一、模式简介由“973中国暴雨项目”提供我省使用的中尺度区域数值模式，其动力框架采用了曾庆存先生设计的唯一能构造出完全能量守恒时空差分格式的数学模型。

模式具有很好的计算稳定性。

考虑到地形对天气和气候的影响是很复杂的，模式采用了目前国际上最先进的计算方法和处理技巧：η坐标；静力扣除；有效地解决了复杂地形所带来的计算问题，使得模式能较好地考虑真实地形的作用。

η坐标的表达式为，η=σ⨯ηs, 其中，ηs=(p ref(Zs)-p t)/ (pref(Zb)-p t) 。

η坐标保留了σ坐标的优点，下边界条件简单，而克服了σ坐标的缺点，使坐标面为准水平。

模式垂直分层25层，水平网格采用E网格，水平格距为37K M。

对水汽平流方程采用了适合我国计算机条件的简单而有效的保形正定平流差分方案，并解决了在E网格中的应用问题，避免了大多数模式中常出现的负水汽现象或平滑耗散过强现象，保证了模式对降水范围、降水强度和暴雨中心位置有更好的预报。

变量在网格上的分布形式采用了较合理的交错分布方法，并对重力波在网格上的分离，设计了有效的计算方法。

模式考虑了影响短期天气演变的主要物理过程，设计思想以简单有效为宗旨。

主要包括非局地边界层参数化等。

气象观测资料的收集、处理和质量控制，是数值天气预报业务系统不可缺少的组成部分，也是数值天气预报业务开展的基础。

模式采用了自行设计完成的一套常规气象资料预处理和质量控制的业务方案。

该方案经过多年试用表明，方案设计合理，自动化程度高，运行稳定，适应性好，资料处理和纠错能力强。

观测资料质量控制的作业流程包括读入测站字典，计算测站网格坐标，测站三角形联网，读入测站观测资料，作资料合理性检查和资料错情订正等。

模式气象场客观分析方案的特点主要有：以全球中期数值预报场为背景场，充分利用全球四维同化和模式预报所提供的气象场信息；采用Guassian距离权重函数作为客观分析的权重函数，使分析场能较好地反映气象系统的中尺度特征；考虑风场和位势高度场的相互制约关系，使风场和位势高度场的分析更为协调；采用以测站为中心的扫描方法，提高客观分析的计算速度。

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MM5模式系统的介绍 MM5模式系统的介绍
第五代NCAR/Penn State中尺度模式是此模式 第五代NCAR/Penn State中尺度模式是此模式 系列中的最新版本。它的前身是70年代Penn 系列中的最新版本。它的前身是70年代Penn State的Anthes使用的一种中尺度模式，后来 State的Anthes使用的一种中尺度模式，后来 （1978年）Anthes和Warner为此模式编写了 1978年）Anthes和Warner为此模式编写了 文档。从那时候起，为了拓宽模式的使用范围， 对其进行了许多改变。包括（I 对其进行了许多改变。包括（I）多重嵌套的能力 （II）非静力动力模式，以及（III）四维同化的 II）非静力动力模式，以及（III）四维同化的 能力和更多的物理选项，并能在更多的计算平台 上运行。这些变化已经对如何使用模式系统来建 立任务产生了影响。
MM5非静力模式与静力模式 MM5非静力模式与静力模式
历史上Penn State/NCAR的中尺度模式曾使用 历史上Penn State/NCAR的中尺度模式曾使用 静力模式，这是因为中尺度模式中典型的水平格 点大小与所关心的垂直厚度的特征值相当或比它 更大。因此可以使用静力假定而且气压完全可以 由其上的空气柱决定。然而当模式中可分辨特征 的尺度接近与1 的尺度接近与1的纵横比时，或者当水平尺度变得 比垂直尺度更短时，非静力效应就不能被忽略。 在非静力动力模式中需要添加的唯一一项是垂直 加速度项。它将对垂直的气压梯度有影响从而使 得静力平衡不再被准确地满足。相对于参考态的 气压扰动和垂直动量一起成为了必须加以初始化 的额外的3 的额外的3维预报变量。
非静力平衡中尺度数值模 mm5简介 式mm5简介
杨侃 2006年 2006年9月8日
数值模式基本概念（一）
所谓数值天气预报，就是从大气初始状态出 所谓数值天气预报， 发，对支配大气运动的动力和热力方程组进行 时间积分，就得到了大气状态的预报。 时间积分，就得到了大气状态的预报。 因此，数值预报问题主要分为两个方面， 因此，数值预报问题主要分为两个方面，一个 是初值场的确定， 是初值场的确定，一个是对大气方程组的时间 积分。 积分。
MM5地图投影和地图比例因子 MM5地图投影和地图比例因子
模式系统可以选择几种地图投影。兰勃脱投影适用于中纬 度地区，极射投影用于高纬度，麦卡脱投影用于低纬度。 除了麦卡脱投影外，在模式中x 除了麦卡脱投影外，在模式中x和y坐标方向并不对应于东 -西向和南-北向。因此实际的观测风必须被旋转到模式格 西向和南点上，而模式的u 点上，而模式的u，v分量必须在与实测风比较之前加入旋 转。这些转换在模式的前处理器和后处理器中被解决了。 地图比例因子m 地图比例因子m被定义为 m = (格点上的距离)/（地球表面的实际距离） (格点上的距离)/（地球表面的实际距离） 它的值接近于1 它的值接近于1且通常是随纬度而变化的。模式中的投影 能保持小区域的形状，因而在任何地方dx=dy。但是格点 能保持小区域的形状，因而在任何地方dx=dy。但是格点 长度在穿越区域时会发生变化，这样可以在平面上显示球 面。地图比例因子必须在任何使用水平梯度的模式方程中 加以考虑。
p是气压，pt是一指定的顶层气压（常数），ps 是气压，pt是一指定的顶层气压（常数），ps 是地面气压。非静力模式坐标是使用一个参考态 气压来定义的，而不是使用静力模式中的实际气 压。
图1.模式的垂直结构示意图。此例中有15层，虚线表示半sigma层，实线表示完整的sigma层。 1.模式的垂直结构示意图。此例中有15层，虚线表示半sigma层，实线表示完整的sigma层。
Байду номын сангаас
σ
MM5模式的水平和垂直格点 MM5模式的水平和垂直格点
模式系统通常获得和分析气压层上的数据。但是 在把数据输入模式之前，必须把它们插值到模式 的垂直坐标上去。垂直坐标是沿地形的（见下 图），这意味着较低的格点层是沿地形的，而高 层则是平的。中间层则随着气压的减小而趋于平 缓。标量б 缓。标量б被用于模式层的定义。这里
MM5陆地类型 MM5陆地类型
模式可以选择三种陆地类型。这些陆地类型和地 形高度在TERRAIN程序中被赋值。这三种类型分 形高度在TERRAIN程序中被赋值。这三种类型分 别是植被的类型，沙漠，城市，水，冰等。每个 格点元被模式赋予了其中的一种类型，而这会决 定地面的属性比如反照率，粗糙度，长波发射率， 热容量和水汽有效率。除此以外，如果有可用的 雪盖数据集，则地表的属性也会作出相应的修改。 表中的值随冬夏两季是可变的（对于北半球）。 要注意的是其值具有气候特征，所以它对于某个 特定的个例可能不是最优的，尤其是对于水汽的 有效率。 一个更简单的陆地类型选项只区分陆地和水体， 同时它让用户来控制用于陆地类型的地面属性值。
4 中国国家气象中心数值预报模式
全球谱模式 这就是通常所说的T213L31 模式， 这就是通常所说的T213L31 模式，它是 国家气象中心的全球谱模式。 国家气象中心的全球谱模式。该模式是在 80年代末引进欧洲中期数值预报中心 80年代末引进欧洲中期数值预报中心 ECMWF）T42L9全球谱模式基础上逐 （ECMWF）T42L9全球谱模式基础上逐 步改进升级而成。 步改进升级而成。其水平分辨率约等效于 62.5公里 L31代表垂直分层为 层 62.5公里。L31代表垂直分层为31层。 公里。 代表垂直分层为31 其数据同化周期为6小时， 其数据同化周期为6小时，客观分析方法为 最优统计插值。一次制作10天预报 天预报。 最优统计插值。一次制作10天预报。
2 日本气象厅数值预报模式 日本的模式主要有两个，即全球谱模式（GSM） 日本的模式主要有两个，即全球谱模式（GSM）和远东 区域谱模式（ASM）。 区域谱模式（ASM）。 全球谱模式（GSM） 全球谱模式（GSM） 日本全球谱模式的分辨率为T213L40， 日本全球谱模式的分辨率为T213L40， 相当于水平分 辨率60km，垂直40层 预报起始时刻为00（世界） 辨率60km，垂直40层。预报起始时刻为00（世界）时 和12（世界）时。00时起始的预报时次为0 - 84小时 12（世界） 00时起始的预报时次为 时起始的预报时次为0 84小时 天半）， 时起始的预报时次为 ），12时起始的预报时次为0 192小时 小时（ （3天半），12时起始的预报时次为0 - 192小时（8 天）。 我国单收站能收到的该模式的格点数据（ 我国单收站能收到的该模式的格点数据（其格距为 2.5°× 2.5° 2.5°× 2.5°）为4个时次（00 24 48 72）的500 个时次（ 72） hPa 高度场。此外，单收站还能收到该模式直到8天的 高度场。此外，单收站还能收到该模式直到8 500 hPa高度和涡度场、地面气压场和850 hPa温度 hPa高度和涡度场、地面气压场和850 hPa温度 高度和涡度场 场预报的传真图。 场预报的传真图。
图2
一个嵌套设置的例子。背景色显示了三种不同层次的嵌套。
MM5侧边界条件 MM5侧边界条件
运行任何区域数值天气预报模式都需要侧 边界条件。在MM5中所有的四个边界都拥 边界条件。在MM5中所有的四个边界都拥 有水平风场，温度场，气压场和湿度场。 如果可行的话，也能拥有微物理场（比如 云）。因此，在运行一个模拟前，除了为 这些变量场设定初始值外，边界值也必须 准备好
几个主要的天气预报模式简介
1 2 3 4 ECMWF模式 ECMWF模式 日本气象厅模式 美国NCEP模式 美国NCEP模式 中国国家气象中心模式
1 ECMWF全球谱模式TL511L60 ECMWF全球谱模式 全球谱模式TL511L60 欧盟主要国家于1976年组建了 欧盟主要国家于1976年组建了ECMWF，至 年组建了ECMWF， 1979年建立了全球中期数值预报业务系统 1979年建立了全球中期数值预报业务系统，并 年建立了全球中期数值预报业务系统， 正式投入运行。经过二十多年的发展， 正式投入运行。经过二十多年的发展，该模式 TL511L60） （TL511L60）是目前世界上性能最好的全球模 水平分辨率40公里 垂直方向为分为60层 公里， 式。水平分辨率40公里，垂直方向为分为60层。 其数据同化采用了先进的四维变分技术以形成模 式分析场和初始场。此外，它还拥有51个成员的 式分析场和初始场。此外，它还拥有51个成员的 集合预报业务系统（ 集合预报业务系统（51*TL255L40 - 水平分 辨率80公里 垂直40层 公里， 辨率80公里，垂直40层）。
MM5模式嵌套 MM5模式嵌套
MM5具有最多同时运行9 MM5具有最多同时运行9个相互作用区域的多重 嵌套能力。图2 嵌套能力。图2显示了一种可能的设置情况。对于 双向嵌套，其比率通常是3:1。 双向嵌套，其比率通常是3:1。“双向作用（嵌 套）” 套）”表示粗网格可以作用于细网格的边界上， 同时细网格对粗网格的反馈作用发生在细网格内 部。 允许在一个给定的嵌套层次上有多个嵌套（比如 图2中的区域2和3）。 中的区域2 MM5中也使用单向嵌套。此时，模式第一次运行 MM5中也使用单向嵌套。此时，模式第一次运行 就可以使用任意比率的插值（不一定是3 就可以使用任意比率的插值（不一定是3：1）产 生一个输出。
数值模式基本概念（二）
全球模式 气候模式 谱模式 大尺度模式 静力模式 …… 区域模式 天气模式 格点模式 中尺度模式 非静力模式 ……
数值模式基本概念（三）
——集合预报 ——集合预报 数值预报的实践表明，可用预报时效因不同个例和不同天 数值预报的实践表明， 气过程而有很大变化。也就是说， 气过程而有很大变化。也就是说，可预报性不仅与大气运 动的尺度有关，而且还与环流形势的特征有关。 动的尺度有关，而且还与环流形势的特征有关。能否事先 对预报效果作出估计，成为可预报性研究的一个新方向。 对预报效果作出估计，成为可预报性研究的一个新方向。 利用集合预报产品制作预报技巧的预报是目前广泛使用的 方法 数值预报的初始场带有来自各种途径的误差， 数值预报的初始场带有来自各种途径的误差，相当一 部分是随机的。随着预报时间的延伸， 部分是随机的。随着预报时间的延伸，不确定性就明显表 现出来。理论上， 现出来。理论上，可以认为要预报的是大气可能状态概率 密度函数的时间演变。实践上， 密度函数的时间演变。实践上，可以通过研究预报集合来 近似估计其概率分布，从而给出未来大气状态的“期望值” 近似估计其概率分布，从而给出未来大气状态的“期望值” 偏差” 这就是所谓集合预报。 及“偏差”，这就是所谓集合预报。