数值天气预报实习报告

数值天气预报实习报告

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一、实习目的与要求

1、实习目的

通过正压原始方程模式的实习，加深理解该章所学的基本内容；掌握当今制作数值天气预报的一般方法和主要步骤；并在数值计算、编制程序和上机操作等方面得到进一步训练。

2、实习要求

以1973年4月29日08时（北京时）我国东北、华北地区500hPa等压面位势高度场及地转风场作为初值，采用固定的水平侧边界条件，应用正压原始方程二次守恒平流格式的模式，制作未来24小时有限区域500hPa位势高度场和风场的预报，并写一份实习报告。

二、模式的性能介绍

正压原始方程模式既有缓慢移动的大气长波，又包含了快速移动的重力惯性波，因此，模式可以模拟出准地转演变和地转适应过程，比准地转模式能够更近似地描述实际大气中的物理过程。

但存在如下问题：

1、由于模式中包含快波，为保证计算的稳定，时间步长必须取得很短，从而使得计算量过大；

2、非线性不稳定问题突出；

3、对资料的初始化要求很高；

4、对边界条件很敏感。

三、模式的基本假定、基本方程、技术方法、计算流程等的介绍

3.1 基本假定

a.大气是均匀不可压流体

b.大气处于静力平衡状态

c.上边界为自由面

d.无摩擦和绝热过程

e.正压大气

3.2 基本方程

a.模式的预报方程组

运动方程：

静力学方程：

连续方程：

b.的地转风计算公式：

c.五点平滑公式：

3.3技术方法

1.为了减小模式中重力惯性外波的波速，增加差分格式的计算稳定性，把连续方程中水平散度项的系数z改为（z- z0），并取250dagpm。

2.时间积分方案选择：先采用欧拉-后差格式数值积分1小时，然后采用三步法起步的时间中央差格式数值积分11小时。

3.边界采用9点空间平滑，积分12h后采用5点平滑对个要素场进行内点空间滤波。

3.4 计算流程

四、计算地转风以及五点平滑的子程序

4.1 五点平滑子程序

subroutine ssip(a,w,s,m,n,k,l)

dimension a(m,n),w(m,n)

real i,j

if(l==1)then

do i=2,m-1

do j=2,n-1

w(i,j)=a(i,j)+s*(a(i-1,j)+a(i+1,j)+a(i,j+1)+a(i,j-1))/4.0

a(i,j)=w(i,j)

enddo

enddo

else

do i=2,m-1

do j=2,n-1

w(i,j)=a(i,j)+s*(a(i-1,j)+a(i+1,j)+a(i,j+1)+a(i,j-1))/4.0

a(i,j)=w(i,j)

enddo

enddo

do i=2,m-1

do j=2,n-1

w(i,j)=a(i,j)+(-s)*(a(i-1,j)+a(i+1,j)+a(i,j+1)+a(i,j-1))/4.0 a(i,j)=w(i,j)

enddo

enddo

endif

return

End

4.2 计算地转风子程序

subroutine cgw(ua,va,za,rm,f,d,m,n)

dimension ua(m,n),va(m,n),za(m,n),rm(m,n),f(m,n)

do i=2,m-1

do j=2,n-1

ua(i,j)=(-1)*rm(i,j)*9.8*(za(i,j+1)-za(i,j-1))/2/d/f(i,j)

va(i,j)=rm(i,j)*9.8*(za(i+1,j)-za(i-1,j))/2/d/f(i,j)

enddo

enddo

return

5、结果及其分析

5.1模式运行结果

初始资料：1973年4月29日08时（北京时）我国东北、华北地区500hPa 等压面势高度场及地转风场（图1、2）

图1.初始风场

图2.初始位势高度场

预报的30日08时500hpa高度的风场（图3、4）和位势高度场（图5、6）：

图3.无静力初始化的预报风场

图4.有静力初始化的预报风场

图5无静力初始化的预报位势高度场

图6有静力初始化的预报位势高度场

5.2 个例分析

由初始风场和位势高度场（图1和图2）所示，在1973年4月29日08时（北京时）在鄂霍次克海的西岸有一个低压中心，低压强度有5250，在贝加尔湖的西侧有一个低压槽区（如图2所示）。

又根据预报的风场和位势高度场（图3、图4、图5和图6），能看出在未来的24小时内，低压中心主要向东移动，稍向南移（如图5、图6中箭头所示，圆点表示29 日低压中心大致所在的位置），30日08时到达鄂霍次克海上空，向东移速约为3~4经距/天。强度由29号的5250加强为5200。29日08时位于贝加尔湖西侧的大槽向东移动，在30日08时已经移动到了贝加尔湖的东侧（如图5和图6）。

总的来说，本次系统主要向东移动，稍向南移。位于贝加尔湖附近的低压槽向东移动的过程中，槽前的冷气流向南输送水汽，带来降温大风等天气，如果与暖湿气流相遇还可能带来降水。可以根据它的移速判断何时影响我国。

6、小结与讨论

在此次实习中，我了解了正压原始方程的预报模式的运行方法和优点缺点。也加强了对Fotran语言编程和GrADS绘图的熟悉以及使用。同时也加强了对正压原是方程的了解，以及五点平滑，与地转风的计算，加深了对数值天气预报这门课的了解与掌握。

此次接触到的正压原始方程模式，算是个比较简单的模式，由于在500hPa高度上，大气是正压的，准地转，准静力平衡的，所以大气环流的形势比较简单、稳定，所得结果基本与现实差距不大。但是大气并没有假设的那样简单，大气是斜压的，复杂的系统。在如今，模式正在发展中，依然无法完全描述当前的大气变化趋势，大气内部仍然有很多机制对我们而言是未知的。这需要我们对大气继续探索，并发展模式。