科目代碼：F04

 

科目名稱：數(shù)值預(yù)報(bào)理論及應(yīng)用

 

第一部分 目標(biāo)與基本要求

 

本課程是氣象科學(xué)的一門專業(yè)課，主要介紹數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)知識(shí)、基本原理和基本方法：首先介紹大氣運(yùn)動(dòng)的基本方程組、地圖投影及坐標(biāo)變換等數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)知識(shí)；在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)講述數(shù)值計(jì)算方案的基本原理；結(jié)合所講述的基本知識(shí)和基本原理，重點(diǎn)介紹正壓原始方程模式、斜壓原始方程模式的設(shè)計(jì)及其數(shù)值解法；并簡(jiǎn)單介紹了正壓渦度方程譜模式的設(shè)計(jì)原理；最后對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)的初、邊值問(wèn)題和物理過(guò)程的參數(shù)化問(wèn)題進(jìn)行一定的介紹。

 

本課程的目標(biāo)和基本要求是：學(xué)生能夠系統(tǒng)地理解數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的基本原理；切實(shí)地掌握制作數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的方法；初步具備設(shè)計(jì)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式的能力；為從事數(shù)值天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)、數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品釋用、數(shù)值模擬研究等打下基礎(chǔ)。

 

第二部分內(nèi)容與考核目標(biāo)

 

第一章、 大氣運(yùn)動(dòng)的基本方程組及垂直坐標(biāo)變換

 

1、掌握坐標(biāo)系的定義，熟悉坐標(biāo)系方程組的優(yōu)缺點(diǎn)；

 

2、掌握大氣運(yùn)動(dòng)方程組垂直坐標(biāo)變換的基本方法；

 

3、了解數(shù)值模式的基本分類，理解過(guò)濾模式和原始方程模式的區(qū)別。

 

第二章、 地圖投影坐標(biāo)系中的大氣運(yùn)動(dòng)基本方程組

 

1、熟悉地圖投影相關(guān)的基本概念；

 

2、掌握正形投影的基本概念；

 

3、熟悉常見(jiàn)的三種地圖投影的主要特點(diǎn)；

 

4、理解地圖投影坐標(biāo)系下網(wǎng)格點(diǎn)上地圖放大系數(shù)的主要計(jì)算步驟；

 

5、理解拉密系數(shù)的物理意義；理解地圖投影坐標(biāo)系中拉密系數(shù)和地圖放大系數(shù)的關(guān)系；

 

6、熟悉水平坐標(biāo)變換的方法，會(huì)利用水平坐標(biāo)變換得到地圖投影坐標(biāo)系的方程組。

 

第三章、 數(shù)值計(jì)算方案

 

1、熟悉差分方法的主要思想，掌握差分格式的構(gòu)造方法；

 

2、熟悉差分格式需滿足的基本性質(zhì)；

 

3、掌握確定差分格式線性穩(wěn)定性判據(jù)的方法，能對(duì)不同類型差分格式的穩(wěn)定性進(jìn)行分析；

 

4、掌握常用時(shí)間積分格式的構(gòu)造方法；熟悉常用時(shí)間積分格式的基本特點(diǎn)；

 

5、理解有限差分格式所引起的各種誤差；了解減少這些誤差的方法；

 

6、掌握非線性計(jì)算不穩(wěn)定現(xiàn)象、產(chǎn)生的原因，并理解其常用的抑制方法；

 

7、理解平滑對(duì)波動(dòng)的波長(zhǎng)、波數(shù)、振幅等的影響；

 

8、掌握正平滑、逆平滑和正逆平滑對(duì)不同波長(zhǎng)波動(dòng)的影響；

 

9、掌握三點(diǎn)平滑、五點(diǎn)平滑和九點(diǎn)平滑的使用方法。

 

第四章、 正壓原始方程模式

 

1、了解正壓原始方程模式的設(shè)計(jì)思想、模式的基本特點(diǎn)；

 

2、熟悉應(yīng)用有關(guān)假設(shè)，導(dǎo)出模式的預(yù)報(bào)方程；

 

3、掌握正壓原始方程模式具有的積分性質(zhì)；

 

4、了解正壓原始方程模式線性穩(wěn)定性判據(jù)的推導(dǎo)，理解模式時(shí)間積分步長(zhǎng)的選擇依據(jù)；

 

5、理解守恒差分格式的概念；

 

6、熟悉差分算符的表示方法；

 

7、掌握一次守恒格式和二次守恒格式的概念及其構(gòu)造方法，熟悉正壓原始方程模式二次守恒格式的構(gòu)造方法；

 

8、掌握三步法時(shí)間積分格式的構(gòu)造方法；

 

9、掌握正壓原始方程模式顯式時(shí)間積分方案的設(shè)計(jì)方法；

 

10、熟悉六點(diǎn)隱式時(shí)間積分格式的構(gòu)造方法及其特點(diǎn)，了解半隱式格式的構(gòu)造方法及其特點(diǎn)。

 

11、掌握模式的數(shù)值求解的方法；熟悉正壓原始方程模式的設(shè)計(jì)流程，會(huì)編制正壓原始方程模式。

 

第五章、 斜壓原始方程模式

 

1、理解斜壓原始方程模式與正壓原始方程模式的差別；

 

2、了解設(shè)計(jì)斜壓原始方程模式的基本思想；

 

3、熟悉斜壓原始方程模式所采用的基本方程組及其積分性質(zhì)；

 

4、掌握斜壓模式的垂直分層和守恒的垂直差分格式的構(gòu)造方法；

 

5、熟悉數(shù)值求解斜壓原始方程模式的主要內(nèi)容。

 

第六章、 正壓渦度方程譜模式

 

1、理解譜模式與有限差分模式在數(shù)值求解上的差別；

 

2、了解譜模式的展開(kāi)函數(shù)和因變量的選擇；

 

3、掌握球諧函數(shù)的定義和性質(zhì)、兩種基本的波數(shù)截?cái)喾椒ǎ?/div>