数值天气预报总纲
（Outline of NWP）
数值天气预报
初始条件
常规观测、雷 达、卫星、再
分析、同化
控制大气运动 基本方程组
未来时刻 气象要素
边界条件
下垫面（全球） 侧边界条件 （区域）
数值天气预报流程
控制大气运动基本方程组（7个方程7个未知数）
差分方法 平面直角坐标系
地图投影（正形投影）
谱方法 球面坐标系
五、物理过程参数化
1.物理过程参数化基本概念 2.次网格过程概念及其一些主要的大气物理过程（如湍流、对流、辐射、水汽 相变等） 3.辐射过程参数化 （思路） 4.边界层参数化 （思路） 5.大尺度降水和对流降水参数化 （思路）
天气和气候(大气)模式研究的区别
研究对象：单一大气耦合系统 关注目标：瞬时结果平均状过程能量收支
二、预报方程组的离散和数值求解（差分方法若干问题）
1.差分方法基本概念（离散、差分表达式及其计算精度、差分方程定义和构造、 一致性、收敛性和稳定性） 2.线性计算稳定性定义 3.如何判断差分方程稳定性 4.差分方程计算解 5.有限网格下误差分析（频率、相速度、群速度等） 6.非线性计算不稳定（混淆误差） 7.时间积分方案（显式法、隐式法和迭代法），半隐式时间积分方案 8.平滑和滤波（滤去2∆x波）公式
精度稳定性和守恒
关键过程：凝结过程辐射和云 决定因素：初值强迫和反馈
CCM3 时间积分方案
数值天气预报课程应掌握的基本知识
三、正压原始方程模式的基本原理
1.正压原始方程模式特点 2.正压原始方程模式波动性质 3.正压原始方程模式积分性质（全球大气总质量守恒、平流过程全球大气动量 守恒、没有外力作用下全球大气总动能（位能）守恒、全球大气总能量守恒、 全球大气位涡拟能守恒、全球大气涡度拟能守恒） 4.正压原始方程模式稳定性条件 5.差分格式和地转适应（4种网格变量分布格式） 6.守恒差分格式
三个变换对
投影面上的大气方程组
谱方程
不同差分方案
平流项计算
（Silberman直接法和Orszag变换法）
An1 An1 tF[n,n1,n1]
数值天气预报课程应掌握的基本知识
一、控制大气运动的基本方程组和地图投影
1.地图投影基本概念（放大系数、圆锥常数、标准纬度、正形投影、Lambert 投影、Mercater投影、极射赤面投影） 2.以及如何计算地图投影放大系数 （思路） 3.如何将大气方程组转换到投影面上 （思路）
四、全球大气谱模式
1.谱模式、谱展开、谱方程 2.三个变换对（球谐变换、傅立叶变换、勒让德变换） 3.波谱截断（T42，R15） 4.正压无辐散涡度方程谱模式（球面坐标系－浅水方程组）（思路） 5.Silberman直接法和Orszag变换法 6.谱模式和格点差分模式比较
数值天气预报课程应掌握的基本知识