中尺度气象数值模式简介

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。

中尺度大气数值模式发展现状和应用前景中尺度大气数值模式发展现状和应用前景一、引言自从20世纪50年代提出数值天气预报的概念以来，大气数值模式的发展已经取得了巨大的进展。

作为数值天气预报的重要工具，大气数值模式不仅能够预测未来数天的天气情况，还可以用于气候变化预测、气候模拟以及控制大气污染等方面。

然而，传统的全球大气模式因其精度受限而难以满足中尺度天气系统的需求，所以中尺度大气数值模式应运而生。

二、中尺度大气数值模式的发展现状1. 研究背景中尺度天气系统的变化范围约在几十公里到千公里之间，这与全球大气模式模拟的范围远远不匹配。

因此，为了提高天气预报的准确性，中尺度大气数值模式应运而生。

中尺度大气数值模式能够提供更高的空间分辨率，更准确的物理参数化方案以及更精细的大气动力学模拟。

2. 主要方法中尺度大气数值模式的发展主要有以下几种方法：- 区域模式：区域模式是将数值模拟范围局限在特定区域的一种方法。

通过减小模拟范围，可以提高模式的空间分辨率，从而提高天气预报的准确性。

- 限制条件：中尺度大气数值模式基于某些限制条件，如局部波动方程、湍流参数化方案等，以改善模拟结果的准确性。

- 耦合模式：中尺度大气数值模式可以与海洋模式、地球系统模式等进行耦合，以提高模式的预测能力和适应性。

3. 主要进展中尺度大气数值模式的发展取得了以下几方面的进展：- 物理参数化方案的优化：物理参数化方案是数值模式中用来描述物理过程的数学方程组。

通过不断优化参数化方案，可以提高模式的准确性和稳定性。

- 数据同化技术的应用：数据同化技术是将观测数据与模型结果进行融合，从而提高模式的预测能力。

中尺度大气数值模式通过引入数据同化技术，可以更好地利用观测数据来约束模式结果，并提高预报的准确性。

- 并行计算技术的应用：中尺度大气数值模式需要处理大量的计算任务，因此并行计算技术的应用对于提高模式的效率和精度至关重要。

近年来，随着计算技术的不断进步，中尺度大气数值模式的并行计算能力得到了大幅提升。

新一代中尺度天气预报模式——WRF模式简介新一代中尺度天气预报模式——WRF模式简介随着天气预报技术的不断发展，中尺度天气预报模式在提高天气预报精度方面发挥着重要的作用。

其中，Weather Research and Forecasting（WRF）模式作为全球最先进的天气预报模式之一，受到了广泛的关注和应用。

WRF模式是一种静力、非静力和灵敏度完全隐式的非守恒型大气模式。

它采用了一套复杂的物理参数化方案，包括辐射、湍流、微物理、大气边界层以及土壤等过程。

此外，WRF模式还融合了大量的观测数据，利用数据同化方法对模式进行修正，进一步提高了预报精度。

WRF模式具有以下几个显著特点：首先，WRF模式具有较高的空间分辨率。

通过细化网格的划分，WRF模式能够更准确地描述天气系统的演变过程。

在中尺度天气预报中，空间分辨率是至关重要的因素，决定着模式对局地天气系统的刻画能力。

WRF模式通常能够在预报中实现3到10公里的空间分辨率，这对于捕捉短时天气变化和强对流天气的发展至关重要。

其次，WRF模式具有灵活多样的参数化方案。

模式中包含了多种物理参数化方案的选择，可以根据不同的预报需求和研究目标进行调整。

例如，在预测降雨过程时可以使用不同的降水方案，如Grell、Thompson等方案，以最优地模拟不同类型的降水。

这使得WRF模式在不同的气候区域和降水系统的预报中都能够取得良好的效果。

再次，WRF模式支持多种初始和边界条件。

它可以灵活地使用不同精度和来源的观测数据来初始化模拟，包括卫星观测和地面观测。

对于边界条件，WRF模式通常利用全球或大区域的模式预报数据作为输入。

这使得WRF模式具有较好的扩展性和适应性，能够在不同区域和时间尺度上提供准确的预报结果。

此外，WRF模式具有良好的可视化和后处理功能。

WRF模式提供了丰富的预报输出变量，并支持将结果以多种形式进行可视化展示。

这极大地方便了用户对预报结果的分析和使用。

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。

《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，天气预报的准确性和精细度已经成为现代社会不可或缺的重要信息。

其中，中尺度天气预报模式作为现代气象学领域的重要工具，正逐渐成为国内外气象研究的重要方向。

WRF（Weather Research and Forecasting）模式作为新一代中尺度天气预报模式，具有极高的预报精度和广泛的适用性，被广泛应用于气象学、环境科学、农业和军事等领域。

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模式的概述WRF模式是一种基于数值模拟和计算流体力学原理的中尺度天气预报模式。

该模式采用了先进的大气物理过程描述、复杂的地表过程模拟和丰富的模式系统设置，可对各种天气现象进行精细的模拟和预测。

与传统的天气预报方法相比，WRF模式具有更高的时空分辨率和更准确的预报结果。

三、WRF模式的特点1. 高分辨率：WRF模式具有极高的时空分辨率，可以实现对局部地区天气现象的精细模拟和预测。

2. 灵活性：该模式提供了丰富的参数化方案和物理过程描述，可以根据不同的研究需求进行定制和调整。

3. 强大的计算能力：WRF模式支持并行计算和分布式计算，可以充分利用计算机集群和超级计算机的计算能力，提高计算速度和精度。

4. 广泛的应用领域：WRF模式被广泛应用于气象学、环境科学、农业、军事等领域，具有广泛的应用前景和价值。

四、WRF模式的应用1. 气象学领域：WRF模式可对各种天气现象进行模拟和预测，如暴雨、龙卷风、干旱等，为气象预报提供了重要的工具和依据。

2. 环境科学领域：WRF模式可用于空气质量模拟和预测，为环境保护和污染治理提供科学依据。

3. 农业领域：WRF模式可用于农业气象灾害的预测和评估，为农业生产提供科学指导。

4. 军事领域：WRF模式可用于战场气象条件模拟和预测，为军事行动提供重要的决策支持。

五、结论作为新一代中尺度天气预报模式，WRF模式具有高分辨率、灵活性、强大的计算能力和广泛的应用领域等特点。

《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和人们对气象预报精准度的要求不断提高，中尺度天气预报模式应运而生。

WRF（Weather Research and Forecasting）模式作为一种新型的中尺度天气预报模式，已经在气象领域中发挥着越来越重要的作用。

本文将对该模式的背景、特点、应用和未来展望进行简要介绍。

二、WRF模式的背景WRF模式是由美国国家大气研究中心（NCAR）和多个国际合作伙伴共同研发的一款中尺度气象预报模式。

该模式采用了先进的数值计算方法和物理参数化方案，能够更准确地描述和预测中尺度天气现象，如暴雨、龙卷风、强风等。

WRF模式的开发旨在提高天气预报的准确性和可靠性，为气象研究和应用提供有力支持。

三、WRF模式的特点1. 高分辨率：WRF模式具有较高的空间分辨率和时间分辨率，能够更详细地描述和预测中尺度天气现象。

2. 灵活性：该模式支持多种物理参数化方案和边界条件设置，可根据不同需求进行定制化设置。

3. 先进性：WRF模式采用了最新的数值计算方法和物理参数化方案，能够更准确地预测天气变化。

4. 广泛的适用性：该模式可应用于各种气候条件和地理环境下的天气预报和气候模拟。

四、WRF模式的应用1. 天气预报：WRF模式被广泛应用于各种天气预报业务中，包括短时预报、中期预报和长期预报等。

通过该模式，气象部门能够更准确地预测天气变化，为公众提供更可靠的天气信息。

2. 气候模拟：WRF模式还可用于气候模拟研究，帮助科学家了解气候变化的原因和影响。

通过模拟不同气候条件下的天气变化，科学家可以更深入地了解气候系统的运行规律。

3. 灾害预警：在自然灾害预警方面，WRF模式也发挥着重要作用。

通过预测暴雨、龙卷风等灾害性天气的发生和发展趋势，为灾害预警和应急救援提供有力支持。

五、未来展望随着科技的不断进步和气象研究的深入，WRF模式将继续得到改进和完善。

未来，该模式将进一步提高空间分辨率和时间分辨率，改进物理参数化方案，提高预测精度和可靠性。

新一代中尺度天气预报模式——WRF模式简介天气预报对于人们的日常生活和经济活动至关重要。

随着科技的进步，天气预报模式也在不断改进和发展。

其中一种重要的天气预报模式是WRF（Weather Research and Forecasting Model），它是一种新一代的中尺度天气预报模式。

WRF模式最早于2000年由美国国家大气研究中心开发，旨在提供更高分辨率、更准确的天气预报。

WRF模式可根据不同的用途和需求，进行多尺度、多物理过程、多特定领域的模拟预报。

WRF模式具有良好的可伸缩性，可以灵活地适应不同的计算设备和计算资源。

WRF模式的核心是基于非静力学方程组的数值预报模型，并包含了大气、海洋和陆地等多个组件。

WRF模式使用有限差分法将大气非静力学方程组离散化，并通过数值算法进行求解。

同时，WRF模式还考虑了大气中的各种物理过程，如辐射、湍流、云微物理等，以更准确地模拟真实的天气系统。

WRF模式还具有可配置性和可扩展性的特点。

用户可以根据具体需求选择不同的物理参数方案、模式配置和输入数据，以满足特定的预报需求。

同时，WRF模式还支持并行计算，可同时利用多个计算节点进行计算，加快模拟和预报的速度。

WRF模式在过去的几十年中，在全球范围内得到了广泛的应用和验证。

不论是对于全球气候系统的模拟，还是对于地面局地天气的预测，WRF模式都展现出了良好的预报性能和可靠性。

WRF模式在高分辨率的天气模拟中特别突出，能够提供真实感觉的细节和变化，为人们提供更精确的天气预报和预警信息。

WRF模式在气象科学研究和天气预报中的应用也越来越广泛。

它被广泛用于天气预报机构、气象研究机构、学术研究等领域。

同时，WRF模式也成为了许多国家和地区气象预报系统的基础。

不仅如此，WRF模式还为气候研究、环境影响评估、气象灾害预警等提供了重要的支持。

然而，WRF模式也面临一些挑战和局限性。

由于WRF模式需要大量的计算资源，其运行和预报所需的计算时间较长。

中尺度气象数值模式简介何为中尺度？天气系统根据其空间尺度及时间尺度的不同可划分为行星尺度、大尺度、中尺度和小尺度，中尺度气象关注的尺度在几公里到几百公里，持续时间则为几天。

为了定量研究中尺度系统的演化，科学工作者建立了描述大气运动的基本方程组，分别从质量、动量、能量、水汽守恒的角度对大气运动进行阐述。

这样就构成了一组偏微分方程组，由于湍流项的存在，这个方程组无法求出解析解，对它的求解通常是采用差分离散化方式求出数值解。

由于计算量非常大，通常通过高性能计算机集群实现。

由于大气中的湍涡最小尺度约为毫米量级，计算中尺度现在的计算机还不能支持如此大量的计算，目前中尺度气象数值模式用的比较多的网格尺度一般为几公里到几十公里，视具体的研究个例而定，而对尺度小于网格尺度的物理过程，模式中是通过参数化实现的（不具体描述物理过程，而使用其他模式已知物理量计算其最终效果）。

除了数值模式本身，我们还需要其它的一些输入才能实现模式的计算，这里面有静态地理资料如地形数据、土地利用类型等，还有驱动模式的初始场。

中尺度数值模式作为有限区域模式，它的计算还需要边界场作为输入。

而使用最广泛的初始场和边界场包括FNL、ERA、MERRA等全球格点数据。

作为对大气运动的抽象描述，我们也很容易看到数值模式计算结果的不确定性所在。

首先模式初始场和边界场存在误差，其次大气运动方程组对湍流描述本身就是经过简化的，并且由于我们模式格点分辨率较低，对于小尺度的过程不能显式描述，只能通过参数化进行处理，这一过程又引入了误差，另外由于对很多物理过程本身并没有理解清楚，对云微物理、积云对流等的描述也会带来误差。

当我们拿模式结果与我们的观测进行对比时又会带来代表性误差，因为模式结果代表的是区域平均的结果而并不精确对应我们的观测点。

为了提高数值模式结果的准确性，各种先进的技术正在被引入。

比如集合预报、资料同化技术用于提升模式初始场和边界场的准确性；大涡模拟技术及与CFD模式的耦合；选用更适用区域气候的物理参数化方案以及模式结果的后处理。

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］。