数值预报复习

数值预报复习

Part1 基本概念、基本理论

1、什么是数值预报？

数值天气预报就是在给定的初始条件下，通过对大气运动方程组进行数值积分，从而得到未来某一时刻大气环流的状况和气象要素的分布特征。

2、什么是地图投影？

地图投影就是按照一定的数学条件，将球形的地球表面展绘于一张平面图上，或者说把地球表面投影到一个简单的曲面上，并沿某经线展开成为平面得到平面图形。

3、气象学中常用的地图投影有哪些？各有哪些特点？

1、平面投影、方位投影：也叫极射赤面投影，其光源位于南极，投影面为一个与60o N纬圈相割的平面，即标准纬度取在=60°，这就得到一张适用于北半球的平面投影图。它属于正形投影。

2、圆锥投影：光源位于地球球心，投影面为一个与地球表面相割于60o N和30o N的圆锥面，圆锥面从北向南切割。当然，相反方向可以获得南半球的圆锥投影图。标准纬度为=30°和=60°。Lambert投影就是圆锥投影，它也是正形投影。

3、圆柱投影：即Mercator投影，光源位于球心，投影面是与地球表面相割于南北纬22.5o的圆柱面，即标准纬度取为=22.5°。

)]()([m v y n u x mn ∂∂+∂∂=⋅∇)]()([m u y n v x mn ∂∂-∂∂y

A nv x A mu A V ∂∂+∂∂=∇⋅y A n x A m A ∂∂+∂∂=∇4、地图投影坐标系中，散度、涡度、平流项、水平梯度等的表示方法

散度： 涡度： 平流项：

水平梯度：

5、微分方程离散化的方法有哪些？ 主要有三种：差分法、谱方法、有限元法

6、什么是差分法？差分近似有何特点？

差分法：将基本方程组写在离散的网格点上，用差商代替微商，将偏微分方程转换成差分方程，然后用代数方法求解。 特点：一致性（相容性）、收敛性、稳定性

7、什么是平滑？有何作用？ 平滑就是用某点周围若干点的值进行加权平均，代替该点原先的值

作用：经过平滑处理的变量场，可以衰减或过滤掉短波分量，起到滤波的作用

8、什么是客观分析？其作用是什么？常见的客观分析方法有哪几种？

客观分析就是将不规则分布的站点资料重新构建到规则网格点上，使它们能够客观地表示气象要素的空间分布。

作用：1、主要是为数值预报提供高质量的初始场2、用于进行

天气过程的诊断分析、研究

9、平滑响应函数R是如何定义的？其物理意义是什么作用？平滑响应函数R定义为平滑后波动的振幅与平滑前波动振幅之比。若|R|>1，表示平滑后振幅增大；若|R|<1，表示平滑后振幅衰减。若|R|=0，则平滑以后的波动振幅成为0，表示过滤掉了特定波长的波。

10、数值预报模式的分类如何？

根据模式所采用的控制方程的不同，差分模式又可以分为过滤模式和原始方程模式两大类。

11、客观分析的方法主要有哪几种？客观分析的算法包括多项式法、逐步订正法、最优内插法、曲面拟合法。

12、什么是资料同化？有哪几种方法？

资料同化就是在利用常规观测资料的基础上，综合各种非常规探测资料，以及各个不同时次不同类型的资料，来获得能够准确反映当前大气实际状况的气象资料的计算方法。

常用的方法有：连续资料同化、间歇资料同化、变分资料同化。

13、数值预报模式中初值的形成步骤是什么？资料检验与质量控制、要素场量的客观分析、资料同化、初值预处理

14、初值预处理的方法包括什么？（1）静力初值（2）动力初值（3）正规模式初值（4）变分初值

15、常用的侧边界条件有哪些？

固定边界条件、刚体边界条件、海绵边界条件、简单线性外推边界、时变边界条件－－嵌套网格

16、什么是次网格过程？什么是参数化方法？

次网格过程：在差分模式中，不能被模式网格分辨出来或不能被模式直接表示出来的物理过程，称为次网格过程。

参数化方法：就是建立一个物理模型，在该模型中，只考虑次网格过程对大尺度运动反馈作用的总体效应（宏观效应），不计较微物理过程内部的变化机制，并以大尺度的物理量来描述该宏观效应，将这些物理量以源或汇的形式添加到大尺度运动方程中。

17、PCVSAT上可以使用的数值预报产品主要有些什么？

①ECMWF全球谱模式T511L60 ②日本气象厅模式：全球谱模式（GSM）和远东区域模式（ASM）③美国NCEP全球谱模式T170L42 ④中国国家气象中心模式：全球谱模式

T213L30、全球谱模式T639L60、GRAPES模式、HLAFS模式、台风模式

18、日本远东区域模式的部分产品以传真图的形式下发给各级气象台站，如下所示的传真图图号，说明这张数值预报产品图是什么内容？日本传真图，

表示2007年3月18日12时(GMT)00分，亚洲500hPa48小时预报地面气压和24-48小时的降水量

19、对数值预报产品进行统计释用时，如果要进行预报预测，可以使用的统计模型主要有哪些？

诊断分析：主分量分析、EOF、因子分析、典型相关分析。

因子筛选：除了可用回归分析、判别分析自动筛选因子以外，还可利用EOF、主分量分析、因子分析、典型相关、相关系数等方法选取统计因子。

预测预报：回归分析（一元、多元、逐步）、判别分析、Kalman 滤波、神经网络(ANN)模型等。

20、数值预报产品的释用方法主要有哪些？天气学释用、统计学释用、动力学释用

21、数值预报产品的统计释用方法主要包括什么？①经典统计(CS)方法②完全预报(PP)方法③模式输出统计(MOS)方法17、什么是PP法？什么是MOS法？PP法与MOS法各有哪些优缺点？

Part 2 基本方法（计算、推导）：

1、如何推导Lambert正形投影放大系数的计算公式？如何推导正方形网格点上的放大系数？

2、基本的空间差分格式如何写？（一阶前差、后差、中央差、二阶中央差）

一阶前差：一阶后差：