数值天气预报
1140011 3.5 64 54 10 课程编号 学分 总学时 理论 实验/上机
Numerical Weather Prediction 英文课程名
开课院(系) 水产学院 开课系 环境科学系 修订时2006年12月1日
间
数值天气预报是大气科学中近50年来迅速发展的一个分支学科,已经成为气象业务中
天气预报的基本手段之一。本课程主要讲述数值天气预报的基本原理和方法,并适当介绍近
年来数值预报领域中的一些新进展和新成果。通过对本课程的学习,要使学生能够系统地掌
握数值天气预报中最常用的基本概念和基本方法,具备从事数值天气预报业务工作的基本技
能。
本课程是大气科学专业的一门专业课,本课程主要介绍数值
天气预报的基础知识、基本原理和基本方法;本课程的教学任务是使学生系统地理解数值天
气预报的基本原理;切实地掌握制作数值天气预报的方法;初步具备设计数值天气预报模式
的能力;为从事数值天气预报业务、数值预报产品释用、数值模拟研究等打下基础。
:通过本课程的理论教学和教学实习,使学生加深理解数
值天气预报的基本理论,掌握在计算机上应用简单的模式制作数值天气预报的方法,提高编
制大型计算程序和操作计算机的能力,提高认真、踏实的科学素质,为学生今后从事气象业
务工作和科研工作打下良好的基础。
大气科学专业及相关专业本科生。
高等数学、计算方法、程序设计、流体力学、气象学、天气学、动力气
象学。
本课程直接建立在天气学、动力气象学基础之上,因
此要扎实掌握这两门基础课程的知识;同时要能够熟练操作计算机,应用高级编程语言编程
计算。本课程为现代天气预报提供主要手段,也为进一步开展气象科研奠定基础。
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1、教学
:
?1 基本方程组(A)。
?2 球坐标系方程组(B)。
?3 铅直坐标变换(C)。
?4 地图投影坐标系(B)。
?5 地图投影放大系数(A)。
?6 在Lambert投影图上计算网格点的m值(A)。 2、基本要求:
熟悉各种形式的大气运动方程组;掌握有关大气运动方程组垂直坐标变换的有关概念、
基本方法和技巧,重点掌握大气运动方程组在P坐标下的坐标变换和
示方法;了解大气运动方程组的简化和σ 坐标系中大气运动方程组的表示方法。掌握地图投影的基本知识,熟
悉常见的三种正形投影的定义、特点,掌握不同地图投影下放大系数的计算方法;了解地图
投影坐标系中的基本方程组的写法。
4 1、教学内容:
第一节 全球大气的某些守恒性质(A)。 第二节 静力平衡对能量关系的约束(B)。 第三节 p 坐标系中的能量方程(A)。 第四节 ,坐标系中的能量方程(C)。 第五节 Lorenz能量积分约束(C)。
2、基本要求:
掌握全球大气具备的基本的守恒性质;掌握p坐标系中大气运动的能量方程;了解静力
平衡对能量关系的约束特征;了解,坐标系中的能量方程和Lorenz能量积分约束关系。
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1、教学内容:
第一节 大气中的混合波解(B)。
第二节 各种波动特征(C)。
第三节 正压模式中的波动特征(C)。 2、基本要求:
了解大气中的各种混合波解及其波动特征;了解正压模式中包含的波动的特征。
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1、教学内容:
第一节 有限差分和截断误差(B)。 第二节 平流方程初值问题的数值解(A)。 第三节 相容性、收敛性、稳定性(B)。
第四节 分析计算稳定性的方法(A)。
第五节 某些积分格式的性能和稳定性(B)。
第六节 平滑与滤波(A)。
第七节 非线性计算不稳定(C)。
第八节 椭圆型方程与张驰法(选讲)(C)。
2、基本要求:
理解差分方法的主要思想,掌握差分格式的构造方法,熟悉并能够应用常用的差分格式;
了解差分格式的基本性质;掌握确定差分格式稳定性判据的方法,能够对不同类型的差分格
式的稳定性进行分析;掌握时间积分方法,熟悉常用的时间积分格式及其特点;了解有限差
分格式所引起的各种误差;熟悉非线性计算不稳定的概念,了解其常用的抑制方法;理解平
滑滤波的原理并熟练掌握滤波的方法。
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1、教学内容:
第一节 过滤模式(B)。
第二节 准地转正压模式的数值解法及其模式程序的设计(A)。
第三节 正压原始方程组及其积分性质(B)。
第四节 差分格式与地转适应(A)。
第五节 守恒空间差分格式的构造(A)。
第六节 正压原始方程模式的计算
(C)。
2、基本要求:
了解准地转正压模式的设计思想、模式的基本特点以及模式所具有的积分性质;掌握模
式的基本原理和模式数值求解的方法;能够根据模式的基本原理,编制准地转正压模式,完
成模式的预报运转;了解正压原始方程模式的设计思想、模式的基本特点、模式具有的积分
性质以及与准地转正压模式的差别,能够应用有关假设,导出模式的预报方程,并掌握模式
的基本原理;了解模式的线性计算稳定性讨论,理解模式时间积分步长的选择依据;掌握并
能够熟练应用模式空间守恒格式;熟悉模式的时间积分方法的具体做法和各自的特点;掌握
模式数值求解的方法;能够根据模式的基本原理,编制正压原始方程模式,完成相应的预报
工作。
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1、教学内容:
第一节 斜压原始方程组及积分性质(B)。
第二节 变量配置与垂直差分格式(A)。
第三节 水平气压梯度力的计算方法(A)。
第四节 斜压原始方程模式的计算方案(B)。
2、基本要求:
理解斜压模式与正压模式的差别;了解设计斜压模式的基本思想,熟悉斜压模式所采用
的基本方程组及其积分性质;掌握斜压模式的垂直分层和守恒的垂直差分格式的构造方法;
掌握数值求解斜压原始方程模式的主要内容。
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1、教学内容:
第一节 初值形成的原理与方法(A)。
第二节 静力初始化方法(A)。
第三节 动力初始化方法(选讲)(C)。
第四节 正规模初始化方法(选讲)(C)。
第五节 变分初始化方法(选讲)(C)。
第六节 初始化方法的比较与存在的问题(选讲)(C)。
第七节 水平侧边界条件(A)。
2、基本要求:
掌握模式初始化的基本概念、基本方法;了解资料同化的概念和基本方法;掌握模式水
平侧边界条件的概念以及建立侧边界条件的基本方法。
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1、教学内容:
第一节 平均运动方程组及次网格过程(B)。
第二节 大尺度凝结降水的计算方法(C)。
第三节 积云对流参数化(B)。
第四节 边界层过程的处理方法(C)。
2、基本要求:
了解次网格过程、物理过程参数化方法等基本概念;了解处理次网格过程方法的基本思
想;了解几种典型的物理过程参数化的方法。
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1、教学内容:
第一节 数值预报产品的释用概述(C)。
第二节 数值预报产品的天气学释用(A)。
第三节 数值预报产品的统计释用(A)。
2、基本要求:
掌握数值预报产品释用的基本含义及方法;掌握数值预报产品的天气学释用方法;掌握
数值预报产品的统计学释用方法并可以进行计算、分析。
序号 实验名称 学时 实验类别
1 地图投影坐标系下的地图投影放大系数的计算 2 设计型 2 准地转正压模式制作天气形势预报 2 设计型 3 数值预报产品的天气学释用 2 操作型 4 数值预报产品的统计释用 2 设计型 5 数值预报产品的综合释用 2 综合型 注:实验类别指:演示型、操作型、验证型、综合型、设计型、研究创新型
实验1 地图投影坐标系下的地图投影放大系数的计算
实验目的:掌握地图投影坐标系下放大系数的计算方法
实验内容:编程计算Lambert投影方式下经纬网格和正方形网格中不同的放大系数 实验要求:利用相关公式编程计算;保存计算结果并进行对比分析 实验2 准地转正压模式制作天气形势预报
实验目的:了解准地转正压模式的设计思想、掌握模式的基本原理和模式数值求解的方
法
实验内容:根据模式的基本原理,编制准地转正压模式程序,完成相应的预报实习 实验要求:编制准地转正压模式程序,完成调试、计算任务,并分析预报结论 实验3 数值预报产品的天气学释用
实验目的:掌握利用天气学的方法对数值预报产品进行分析、应用的方法 实验内容:在Micaps系统中针对多种不同的数值预报产品进行分析、预报 实验要求:熟练运用天气学的方法,对数值预报产品进行分析、预报 实验4 数值预报产品的统计释用
实验目的:掌握利用统计学的方法对数值预报产品进行因子分析、选取的方法 实验内容:利用相关分析的方法,编程计算、选取对某一预报量有意义的预报因子 实验要求:能够熟练利用相关公式编程计算因子间的相关性,并能够验证其可靠度 实验5 数值预报产品的综合释用
实验目的:掌握MOS预报法的基本原理及其MOS预报的制作方法
实验内容:以逐步回归为例,综合天气学释用技术与统计学释用技术,选择复合因子建
立某地逐日最高气温的MOS预报方程
实验要求:自行编程建立MOS预报方程(或采用EXCEL进行计算),并对预报结果进行
对比分析
本课程选用教材:
《数值天气预报基础》气象出版社,2003年版,周毅等编著
《省地气象台短期预报岗位
教材》气象出版社,1998年版,马鹤年等编著
本课程推荐参考书:
《数值天气预报》气象出版社 2003年 沈桐立等编著
《数值天气预报教程》气象出版社 1995年 田永祥等编著
理论课考核方式:笔试考试
实验课考试方式:机试考查
执 笔:薛宇峰
审 核:徐 峰
批准人:卢伙胜
时 间:2007年2月8
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