（5.1
式为：
（5.2）
（
（5.5）
随后可采用三步法起步的时间中央差格式
=
正压原始方程模式实习报告 正压原始方程模式实习报告 一、实习目得与要求 1、实习目得:通过正压原始方程模式得实习,加深理解该章所学得基本内容；掌握当今制作数值天气预报得一般方法与主要步骤；并在数值计算、编制程序与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 5０0百帕等压面位势高度场及地转风场作为初值采用固定得水平侧边界条件应用正压原始方程二次守恒平流格式得模式制作未来 24 小时有限区域 5０0 百帕位势高度场与风场得预报并写一份实习报告. 二、模式得主要计算框图 三、实习任务 1、编写两个子程序：五点平滑子程序,地转风初值子程序 2、子程序编写完成并保证正确得前提下,做 4 个数值试验： ①只做正平滑与做正逆平滑得对比试验; ②地转风子程序中不同差分格式得数值试验; ③就是否做边界平滑得数值试验； ④就是否做时间平滑得数值试验。 四、实习程序 1、五点平滑得子程序： ｓｕbroutｉnｅ ssｉｐ(ａ,wsm,n,ｋ,l)
定义五点平滑子程序 dimｅnsion a(mn）,ｗ(mn） 定义数组ｉf(l==1）thｅn do i=2m-1 do j=2n-１ ｗ(ｉ,j)=a（ｉｊ)+s_(a(i-１,j)+ａ(ｉ+１,j)+a(i,ｊ-1)+ａ(ｉｊ＋1)-４_a（ｉj）)／4、0 执行正平滑 eｎddo eｎｄdo do i=2,m－1 ｄo j＝2,ｎ-1 ａ(i,j)=w（ij） ｅnddo Ｅnddo rｅturn Eｌse do ｉ=2,m-1 do j=2n-1 w(ij)=a(i,ｊ）+ｓ_（a(i-１j)+ａ（ｉ+1,j)+a(i,ｊ-１)+ａ(i,j+1）-4_ａ(i,ｊ）)/4、０ 执行正平滑 eｎddo enｄdo do i=2,ｍ-1 dｏ j=2n-１ a（ｉ,j）＝ w(i,j） eｎddｏ enｄdｏｄo ｉ=2m-１ dｏｊ=2,n-1 ??w（ｉ,j）=a（i,ｊ)+（-s)_(a（i－1j）＋a(i+ １,j)+a（ｉj-1)+a(ij+1)-４＊a（i,j))/4、０ 执行正逆平滑ｅｎddo enｄdo do i=2m－1 ｄo j=2,n-１ a(i,j)=w(i,j)
第四章天气与气候第一节天气与天气预报 一、教材分析 根据新课标要求，本节主要解决二个问题：第一知道天气和气候的区别，并在生活中正确使用这两个术语。第二，识别常见的天气符号，能看懂简单的天气图。根据学生的直观性思维特点，应在学习前充分收集近天气资料、照片等在课堂中与学生交流，可用视频片段辅助教学，激发学生的学习兴趣。本节的重点是区分天气与气候，识别常用的天气符号，学会收听天气预报。教学难点是识别天气图及其应用。 二、教学三维目标： 1、知识与技能方面：知道天气的含义、气候的概念，能正确使用于日常生活，学会识别天气符号，能看懂简当的天气图，初步了解天气预报的相关知识。 2、过程与方法方面：通过形象记忆法，识记天气预报符号。通过收看天气预报，培养学生敢于尝试的动手能力。通过小组活动，培养学生团结协作意识和表达能力。 3、情感态度价值观方面：通过关注身边的地理知识、自然现象和社会问题，学会理论联系实际，以辩证和发展的态度看待人与自然的关系。 三、教学过程设计 1、新课导入，创设情境。 教师讲解全球各地的动植物感受天气变化前的反应，提问学生我们除了从动植物方面了解天气变化外，还有哪些途径？你们都了解了天气的哪些内容？它和气候是否一样？小组讨论，并做好发言准备。 板书：天气与天气预报 一、天气与气候 概念：特点： 2、新课讲解，以图激趣。 教师用多媒体展示天气相关的图片、漫画，结合知识之窗，引导学生讨论总结天气和气候的概念及特点，其间提醒学生应从时间和天气状况的具体程度思考。 学生回答，教师点评加小结，天气是一个地区短时间内阴晴、干湿、风雨等的大气状况，时时刻刻都是在变化中，同一时刻不同地区天气差别可能很大。气候是指某地长时间的多年的天气和大气状态的平均情况。 多媒体课件展示北京气候图，引导学生分析气候的特点。 学生回答，教师总结，长时段，平均的大气状态。 过渡：我们学习了天气与气候的概念，那大家能不能辨别呢？ 活动一，根据纸片上的文字描述的是天气还是气候，再进行归类。邀请两个同学各自用纸卡贴到白板上合适的位置。 天气气候 烈日炎炎、狂风暴雨寒冬那月、秋高气爽 乌云密布、大雨倾盆风调雨顺、冬暖夏凉 晴空万里、风雨交加四季如春、长夏无冬 大雪纷飞、雨过天晴终年炎热、全年湿润 教师点评，天气是具体的天气情况，比如下雨，刮风，天晴等。气候是长时间的平均大气状态。 活动二，判断诗句（如夜来风雨声，花落知多少）中包含的信息属于气候还是天气的描述。小组讨论后，邀请部分同学判读诗句描写的是天气还是气候。 教师点评，引导学生分析诸如清明时节等词语包含的时间长短问题，提醒学生根据天气
正压原始方程模式实习报告 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500百帕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500百帕位势高度场和风场的预报，并写一份实习报告。 二、模式的主要计算框图
三、实习任务 1. 编写两个子程序：五点平滑子程序，地转风初值子程序 2. 子程序编写完成并保证正确的前提下，做4个数值试验： ①只做正平滑和做正逆平滑的对比试验； ②地转风子程序中不同差分格式的数值试验； ③是否做边界平滑的数值试验； ④是否做时间平滑的数值试验。 四、实习程序 1、五点平滑的子程序： subroutine ssip(a,w,s,m,n,k,l) 定义五点平滑子程序
dimension a(m,n),w(m,n) 定义数组 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*a(i,j))/ 执行正平滑 enddo enddo do i=2,m-1 do j=2,n-1 a(i,j)=w(i,j) enddo Enddo return 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*a(i,j))/ 执行正平滑 enddo enddo do i=2,m-1 do j=2,n-1 a(i,j)=w(i,j) enddo enddo
数值天气预报基础教学大纲 开课院系：海洋环境学院 教学大纲撰写人：贾英来撰写时间： 2008 年 3 月15 日 课程编号： 课程名称：数值天气预报基础 英文名称：Introduction to Numerical Weather Prediction 推荐使用教材：数值天气预报编者：沈桐立，田永祥，葛孝贞，陆维松，陈德辉 出版社： 气象出版社 出版日期：2003-9-15 , ISBN：7502919724/P.0751, 课程总学时：34 总学分：1.5 含上机学时：17学 分：0.5 周学时： 2 学期安排：三年级第二学期 课程教学目标与基本要求(是否双语教学)： 教学目标：掌握数值天气预报的基础理论和基本方法，包括σ垂直坐标系以及地图投影坐标系下的大气运动方程组；几种常用的地图投影（麦卡托、兰勃脱、极射赤面投影）；数值差分方法；时间积分方案；采用差分近似所带来的各种问题，比如线性计算不稳定，有限网格下的误差，非线性计算不稳定等；以及减小计算误差和克服计算不稳定常用的方法—平滑和过滤。教学目的是为了向学生传授数值天气预报基本知识，培养学生根据大气运动微分方程组构建数值预报方程的能力，能够对所建立的差分方程组进行稳定性及误差分析，并采取相应的措施来减小计算误差，提高稳定性。 基本要求：汉语教学 考试形式：考试（其中理论课成绩占50％，编程实践课成绩占35％，课堂表现占15％） 课程内容与学时分配：
章节授课内容授课模式学时 绪 论数值天气预报的诞生、发展及现状多媒体教学 1 第三章数值计算方案 §1 差分方法 §2 时间积分方案 多媒体教学 多媒体教学 1 2 §3 线性计算稳定性 讨论＋多媒体教学 4 §4 三层格式的计算解 §5 有限网格下的误差 §6非线性计算不稳定 §7平滑和过滤 多媒体教学 多媒体教学 多媒体教学 多媒体教学 1 1 2 2 第一章大气运动的基本方程组 §1 旋转坐标系中的基本方程组 §2 球坐标系中的基本方程组 §3局地直角坐标系中的基本方程组 §4 P坐标系中的基本方程组 §5 σ坐标系中的基本方程组 §6 大气运动基本方程组的简化 §7涡度方程和散度方程及其简化 多媒体教学 多媒体教学 多媒体教学 多媒体教学 多媒体教学 多媒体教学 多媒体教学 1 1 第二章 地图投影坐标系中的大气运动基本方程组 §1 地图投影 §2 普遍的正交曲线坐标系中的基本方程组§3普遍的地图投影坐标系中的基本方程组讨论＋多媒体教学 多媒体教学 多媒体教学 4 上机实习1编写计算兰勃脱地图投影放大系数和科氏参 数的FORTRAN程序 上机实习 2 上机实习2编写计算mecartor地图投影放大系数的 FORTRAN程序 上机实习 2 上机实习3:用欧拉后差和中央差方法求解一维线性平 流方程 上机实习 2 上机实习4对给定的时间序列和空间场进行平滑并绘图上机实习 2 上机实习5编程把σ坐标系下的数据转换到p坐标下上机实习 2
1. 试证明球坐标系中单位矢量i 的个别变化率为。 () k j r u dt di ???cos sin cos -= 2. 试说明局地直角坐标系(即z 坐标系)中的运动方程与球坐标系中的运动方程有何异同? 3. 在等压面p 与p p δ-之间有一气柱,其横截面积为y x δδ,气柱内的空气质量为M δ。试根据该气柱在运动过程中其质量守恒的原理导出P 坐标系中的连续方程为 =??+??+??p w y v x u 4. 应用()t z y x ,,,、()t p y x ,,,两坐标系因变量F 偏微商的转换关系式（1.69）和（1.78）证明 p z dt dF dt dF ? ?? ??=??? ?? 5. 应用()t p y x ,,,、()t y x ,,,σ两坐标系因变量偏微商的转换关系式（1.113）和（1.117）把P 坐标系中的连续方程 =??+??+??p w y v x u 转换到σ坐标系中去。 6. 应用σ坐标系中的连续方程（1.126）把该坐标系中分量形式的水平运动方程写成通量形式。 7. 已知小尺度运动系统龙卷的物理变量特征尺度为：L ~210米，D ~410米，U ~50米?秒1-，W ~1米?秒1-，p h ?~40百帕。应用尺度分析方法简化运动方程（1.132）~（1.134），使其适用于龙卷尺度的运动。对于这种小尺度运动，流体静力近似是否成立？ 8. 已知中尺度运动系统台风的物理变量特征尺度为：L ~510米，D ~410米，U ~100米?秒1-，W ~10米?秒1-，p h ?~40百帕。应用尺度分析方法简化运动方程（1.123）~（1.134），使其适用于台风尺度的运动。对于这种中尺度运动，流体静力近似是否成立？ 9. 试说明涡度方程（1.149）中辐散项、倾斜项和力管项引起涡度局地变化的物理机制。 10. 涡度方程（1.170）有哪几种简化形式，它们各有什么特点？ 11. 散度方程（1.175）有哪几种简化形式？它们各有什么特点？它们描述了哪些物理量场之间的平衡关系？
南京信息工程大学大气科学专业《数值天气预报》试卷（A ） 年级― ――― 班级―― ― 任课教师： 姓名―― ――― 学号 成绩 1、 请写出σ坐标的定义？并给出水平气压梯度力在σ坐标下的形式？（8分） 2、 大气数值模式可以分为哪几类？（8分） 3、 已知地图投影直角坐标系中x 和y 方向的地图投影放大系数分别为m 和n ，请写出 散度V ??、标量平流A V ?? 的表达式。（8分） 4、 请写出A 2?的差分形式。（8分） 5、 对于一维平流方程：0=+x u c t u ????（其中c 为常数），时间、空间均采用向前差分格 式，写出对应的差分方程，并讨论其稳定性。（15分） 6、 请详细说明用数值方法求解准地转正压模式的具体计算步骤。（8分） 7、 请写出方程 ()0 vF F u F y y x x x t t =++对应的差分格式。（10分） 8、 设一维变量F i 可表示为如下谐波形式：()α++=i i kx cos F ?C F ，其中C 为一常数，F ?、k 和α分别为谐波的振幅、波数和位相，空间三点平滑算子定义为 () 1i i 1i i x i F F 2F 2S F F ~-++-+=，（1）请导出空间三点平滑响应函数的表达式；（2）试证 明：当S=1/2时，三点平滑可以完全滤除原谐波中波长为L =2?x 的波动。（15分） 9、 简述模式初始化的概念模式？简单说明模式初始化有哪些常用的方法？（10分） 10、什么是数值模式物理过程参数化？模式的物理过程参数化包括哪些主要的内容？ （10分） 南京信息工程大学大气科学专业《数值天气预报》试卷（A ） 标准答案及评分标准 1、 请写出σ坐标的定义？并给出水平气压梯度力在σ坐标下的形式？（8分） 答：（1）σ坐标的定义： （4分） （2）根据 ，气压梯度力在σ坐标下的形式：
第一节天气和天气预报 教学目标 1.通过有计划地收听收看电视台播放的天气预报节目，了解天气预报的主要内容；通过“学做天气预报员”的训练，使学生熟悉常见的天气符号，会看简易的天气预报图。 2.掌握判读卫星云图的基本方法，了解卫星云图对群众生活和工农业生产的重要意义，并初步了解卫星云图是如何制作形成的。 3.通过实际生活中的例子，使学生认识到天气预报与人们生活和生产的密切关系，并且感受到科学技术对人类的重要作用，培养学生对科学技术的兴趣。 教学建议 知识结构 本节从学生比较熟悉的天气预报谈起，并且按照平时电视节目中播放的顺序，依次介绍了卫星云图、天气符号和简易的天气预报图，着重强调对这些图的判断、解读。由于这些内容贴近生活，联系实际，具有一定的趣味性，所以可以激发学生的兴趣，吸引他们继续进行后几节的深入学习。 另外需要指出的是，本章的题目是"中国的天气和气候"，所以需要在进行本节学习之前首先帮助学生回忆在初一学过的关于"天气和气候的区别"的有关内容，这是进行后面学习的基础。 重点和难点 重点： 1.识别天气预报中常用的天气符号所表示的各种天气现象。 2.学会收听、收看天气预报。 难点：城市天气预报图的判读。 教法建议 本节教学以识图、辨图为主要目标，因此可以以学生为主体，采取灵活多样的活动方式进行教学，例如安排学生自己画天气符号，并且以两个同学为一组：一位同学举天气符号，另一位同学模拟天气预报播报员，反复练习，然后交换。另外，为了训练学生读卫星云图的能力，教师可以另外找一幅图，以小组为单位，进行天气预报，分析天气趋势。此外在培养学生收听、收看天气预报的同时，让学生注意总结规律，并试探预报短期天气。在简单地看与听的同时，主动的去参与实践。 本节内容建议授课1课时。 教学设计方案 教学过程
第4卷 第4期 1999年12月气 候 与 环 境 研 究Climatic and Environmental Research Vol.4, No.4Dec . 1999 中期数值天气预报的集合预报试验 蔡其发 张立凤 张 铭 (空军气象学院,南京 211101) 摘 要 利用中国科学院大气物理研究所研制的T42L9谱模式,在中期数值预报领域中引 入集合预报的概念和方法,初始扰动场取为T42L9谱模式24小时预报误差的平均均方差乘 随机数,再综合利用蒙特卡洛预报(MCF)和落后平均预报(LAF)两种方法作集合预报试 验,试验结果表明:各成员预报的等权平均或不等权平均的集合预报明显优于单一的控制预 报;不等权平均与等权平均的集合预报结果相比较,不等权平均的集合预报优势较明显;在 不等权平均的集合预报中,区域性不等权平均又比全球性不等权平均的预报稍好。 关键词 中期数值天气预报 集合预报 试验 1 引言 数值预报是以某个初始场为基础,通过逐日积分来做预报的,因而初始场具有极端重要的意义。但是初始场又不可避免地带有一定的误差,即有某种不确定性,因此数值预报就有一定的随机性,特别是对短期气侯预测而言。为了克服这个问题,Leith [1]提出了一种随机动力预报方法,建议用多个预报的集合来计算统计平均。集合预报方法从提出至今,主要是用于短期气侯预测领域,如:Miyakoda 等[2] 首先用大气环流模式做了30天平均的有意义的动力预报。Murphy 等[3]也证实了用大气环流模式能较好的制作经过时间或空间滤波的具有使用价值的预报。胡增臻等[4]利用动力、统计方法相结合,建立了一个带随机初值和随机强迫的简单动力模式作集合预报试验,获得了比单纯的动力模式或随机模式更好的结果。Baumhefner [5]利用低分辨率的气候模式,应用集合预报技巧制作10～30天的动力延伸预报,获得了与高分辨率气候模式预报质量相当的预报结果。1992年美国国家气象中心在中期数值业务预报中引进了集合预报方法[6],但目前的中国尚未见到将集合预报方法引入中期数值预报领域的报道。 集合预报的常用做法有两种:一种是在某个时刻的观测初始状态(初始场)上叠加或扣除不同的随机扰动场,从而得到多个带有不同的随机扰动的初始场,再由这些不同的初始场分别作预报,然后把这些不同的预报结果求平均,这种方法称为蒙特卡洛预报(Monte Carlo Forecast ,简写为M CF),也有人称做随机扰动预报(Random Perturbation Prediction);另一种集合预报方法是Hoffman 和Kalnay [7]提出来的,这种方法是用相距6小时或12小时的不同时刻初始场分别作预报,然后把相同时刻的预报结果求平均,称为落后平均预报(Lagged Average Forecast ,简写为LAF )。具体做法又可分为两种,即不加权(L F)和加权(L F),加权时权重系数根据预报误差 35收到,56收到修改稿 本工作得到国家重点基础研究发展规划项目“我国重大气候灾害的形成机理和预测理论的研究”的资助a A t A 1998-0-21998-0-2
“天气与天气预报”教学设计 一、教学目标 1、知识与技能： （1）知道“天气”和“气候”的区别。 （2）通过认识卫星云图，学会如何判读卫星云图 （3）通过认识、记忆、比赛，掌握常用天气符号及其含义，能看懂简单的天气图。 2、过程与方法： （1）通过判读卫星云图、风向示意图，学会从图中获取地理信息的方法。 （2）通过记忆天气符号及其含义，培养学生思维能力。 （3）通过播报天气预报进一步培养学生读图能力和语言表达能力。 3、情感、态度与价值观： （1）通过收看天气预报，联系到日常生活，使学生认识到地理知识与生活息息相关，激发学生学习地理的热情。 （2）学生通过学习，提高素质，更好地发挥天气预报在生产、生活中的作用。 二、教学重点和难点 重点：1、各种天气符号的含义、风向示意图 2、学会看简易天气预报图 难点：读懂天气预报图并流利播报天气 三、教学方法：启发式教学法、讲练法、游戏教学法 五、教学过程
[导入新课] 以当天的雷雨大风天气导入新课。最近频繁的出现雷雨大风冰雹等强对流天气，给人们带来了不小的影响。梅州也出现了雷雨天气，给出行带来了很多的不便，老师来上课时，虽然撑伞，由于风大雨大，还是被淋湿了。天气与气候跟我们的生活息息相关，引出天气与气候的课题。以生活事例激发兴趣,启发学生学习对生活有用的地理,对终身发展有用的地理。 [板书]第一节天气与天气预报 [讲授新课] [教师提问]什么是天气？什么是气候？请大家阅读课本找出这两个概念 [教师讲述]大家找到这两个概念没？请大家齐读，天气开始…… [学生齐读]天气：指一个地方短时间内大气的风雨、阴晴、冷热等状况。气候：指一个地区多年的平均天气状况。 [教师讲述]从概念可以看出，天气是短时间内大气的状况，短时间可以是今天、明天、未来几天、甚至同一天大气出现不同的状况。例如今天，早上起来的时候阳光明媚，9点多的时候就下起了大雨，天气时刻在变。而气候较稳定，是多年的天气状况，例如梅州夏季高温多雨，冬季温和少雨。 [教师讲述]天气与气候既有区别又有联系。首先来比较区别。从时间上看……从稳定性……描述的词语也不同…… [教师提问]它们之间又有什么联系呢？请思考。请位同学回答。 [学生回答]天气是气候在某段时间内的具体表现，气候是对长期以来天气变化规律的总结和概括。
天气预报竞赛试题5(试题+答案) 理论知识和业务规范试卷（110分） 一、填空题（每空0.5分，共 44分） 1.中国气象事业发展战略思想的核心是树立公共气象、安全气象和资 源气象的发展新理念。 2.业务技术体制改革的总体目标是：通过深化改革，力争在3到5年 内，建立基本满足国家需求、功能先进、结构优化的多轨道、集约 化、研究型、开放式业务技术体制，增强气象业务和服务能力，提 升气象科技水平。 3.公共服务内容主要包括决策气象服务、公众气象服务、专业气象服 务、气象科技服务等几方面。 4.《气象灾害预警信号发布与传播办法》中明确规定：气象工作人员 玩忽职守，导致预警信号的发布出现重大失误的，对直接责任人和 主要负责人给予行政处分；构成犯罪的，依法追究刑事责任。 5.我国对在东经180度以西、赤道以北的西北太平洋和南海海面上出 现的中心附近的最大平均风力达到八级或以上的热带气旋，按照其 出现的先后次序进行编号。 6.就精细天气预报而言，短期预报要明确灾害性天气落区，短时和临 近预报要明确灾害性天气出现的具体时间、位置和强度。 7.《关于传输城镇天气预报的通知》要求：全国城镇天气预报每天传 输2次：各省（区、市）早晨7：30前（北京时，下同）将24、48、 72小时三天预报(分08时-20时，20时-08时两段)发往北京，国 家气象信息中心在7：45前向全国广播完毕；每日下午15：00前
将省会城市和计划单列市24、48、72、96、120小时五天预报、下午16：30前将其它城镇五天预报（分20时-08时，08时-20时两段）发往北京，下午16：45前向全国广播完毕。 8. 《短时、临近预报业务暂行规定（试行）》中，对预报时效定义：短时预报是指未来0-12小时天气参量的描述，其中0－2小时预报为临近预报。 9. 业务运行的多普勒天气雷达通常采用体积扫描的方式观测。 10.多普勒天气雷达的应用领域主要在于对灾害性天气的监测和预警。还可以进行较大范围降水的定量估测，获取降水和降水云体的风场结构。 11.对流性天气形成的基本条件是水汽条件、不稳定层结条件、抬升力条件。 12.降水回波的反射率因子一般在15dBZ 以上。层状云降水回波的强度很少超过35dBZ 。大片的层状云或层状云-积状云混合降水大都会出现明显的零度层亮带。 13.根据天气分析预报实践的总结，我国常见的大风有冷锋后的偏北大风，高压后部的偏南大风，以及由低压、台风和强对流引起的大风。 14.多普勒天气雷达的数据质量主要受到地物杂波、距离折叠和速度模糊的影响。 15.地转偏向力处在纬圈平面内，它只能改变气块的运动方向。对于水平运动而言，在南半球地转偏向力使运动向左偏，并且地转偏向力的大小与相对速度的大小成比例。 16.km R 300max ，雷达波长5厘米，max r V 应是6.25m ∕s ，若雷达波长 10厘米，max r V 是12.5 m ∕s 。 17.冷空气翻山下坡是干绝热下沉，也就是说冷空气是沿等熵面下沉，当等熵面的坡度大于地形坡度时，有利于下坡大风的形成。
大气科学专业《数值天气预报》试卷（A ） 1、 请写出σ坐标的定义？并给出水平气压梯度力在σ坐标下的形式？（8分） 答：（1）σ坐标的定义：（4分） （2）根据 ，气压梯度力在σ坐标下的形式： （2分） 进一步利用状态方程有： （2分） 2、 大气数值模式可以分为哪几类？（8分） 答：大气模式的可以分为：??? ?? ?????????? ?? ??????????斜压原始方程模式正压原始方程模式原始方程模式平衡模式线性平衡模式非地转模式准地转斜压模式准地转正压模式准地转模式过滤模式数值天气预报模式 3、 已知地图投影直角坐标系中x 和y 方向的地图投影放大系数分别为m 和n ，请写出散度 V ρ ??、标量平流A V ??ρ的表达式。（8分） 答：V ρ??＝mn [? ?? ??n U X ??+? ?? ??m V Y ??] （4分）；A V ??ρ＝mU X A ??+nV Y A ?? （4分） 4、 请写出 A 2?答： 2 2222 y A x A A ??+??=?， 2 ,1,,122)(2Δs A A A x A j i j i j i -++-=??； 2 1 ,,1,2 2)(2Δs A A A y A j i j i j i -++-=?? 最终有：2 ,,1,11,1,,2 )(4)(Δs A A A A A A j i j i j i j i j i j i -+++= ?-+-+（8分） 5、 对于一维平流方程：0=+x u c t u ????（其中c 为常数），时间、空间均采用向前差分格式， 写出对应的差分方程，并讨论其稳定性。（15分） 答：（1）差分方程：t u u n i n i ?-+1＋c x u u n i n i ?-+1=0；（5分） （2）稳定性讨论：设i Ikx n n i e A u =，将其代入差分方程，可以求得增幅因子G ： x k sin I x k cos G ?β?ββ--+=1 ()()()0 1111122≤+?≤+-+=ββ?ββx k cos G
第五章天气形势预报 在日常的天气预报业务工作中，预报员通过分析天气图、卫星云图，雷达回波等气象资料，就会发现大气中存在着各种天气系统。天气系统是按照气象要素的空间分布而划分的具有典型特征的大气运动系统。通常指气压空间分布所组成的系统有高压、低压、高压脊，低压槽等；指风分布的系统有气旋环流、反气旋环流、切变线等。指温度分布的系统有高温区、低温区、锋区等；指天气现象分布的系统有热带云团等。各种天气系统都有特定的天气现象的分布和演变，都有一定的结构特征。常见的地面天气尺度的天气系统有冷高压、温带气旋、锋面、热低压与干槽、热带气旋、热带辐合带、地面倒槽等。在高空图上常见的天气尺度的天气系统有低压槽与高压脊、阻塞高压与切变低压、槽线与切变线、低涡、东风波等。 各种天气系统在一定的条件下有机地共存于大气之中，互相影响，互相制约，不停地运动着。它们在运动中又会在一定条件下发生变化。有的系统强度减弱，乃至消亡。有的系统强度增强，有时还有新的系统生成。天气系统不仅强度发生变化，而且常从一个地区移动到另一个地区。 实践证明，一个地方的气象要素和天气现象的变化，一次大范围的天气过程都是和整个天气形势的变化分不开的。 因此，要预报某地天气的变化，就要预报出影响该地区的天气系统的变化及天气系统的空间配置。形势预报是预报未来某时段内各种天气系统的生消、移动和强度的变化，它是气象要素预报的基础。 §5.1制作天气预报总的程序和基本思路 §5.1.1制作天气预报总的程序 制作天气预报通常是按“先形势，后要素”；“先高空，后地面”；“先强度，后移动”的程序进行的。 1
一、“先形势，后要素” 指的是先制作天气形势的预报，然后再制作气象要素的预报。 天气形势也就是指天气系统的空间分布及其显示的大气运动状态。着眼于流场的称环流形势，着眼于气压场的称气压形势。一般指大范围地区的天气形势，如北半球天气形势、欧亚天气形势等。天气形势在地面上的表现称为地面天气形势；在高空的表现称为高空天气形势。 天气形势的基本特征及其变化主要取决于行星尺度的环流和系统。按大范围流场特征可概括为纬向环流型、经向环流型和阻塞环流型等。每种环流型大体都有对应的天气过程和天气分布。一种天气形势稳定维持时，相似的天气变化过程将会反复出现；天气形势发生显著变化或突然调整时，天气将随之发生变化，甚至剧烈变化。对天气形势的分析和预报是制作短、中期天气预报的重要依据。 气象要素是指大气的特征量：云、风向风速、能见度、气温、天气现象等。 为什么要先制作天气形势预报，然后再制作气象要素的预报呢?这是因为天气形势预报是气象要素预报的基础，一定的天气形势配置着一定的气象要素，气象要素的变化都是随着天气形势的变化而变化的，气象要素对天气形势虽然也有影响，但没有天气形势对气象要素那样明显。知道了未来的天气形势就可以根据这样的形势推测未来的气象要素。 二、“先高空，后地面” 指的是先预报高空的天气形势，然后再预报地面天气形势。 为什么要按这样一个顺序进行呢?这是因为： 1、地面天气形势受下垫面影响大，多闭合系统，系统显得凌乱，而高空天气形势如700hPa、50OhPa受下垫面影响小，空气运动具有准地转的性质，系统又比较完整，这样便于人们掌握系统的主次。 2、高空天气形势对地面天气形势和天气现象影响大，有牵制作用。 3、高空天气形势对人们通常关心的天气现象(如云和降水)具有很大的相关性，天气现 1
南京信息工程大学试卷标准答案和评分标准 2006 — 2007 学年 第 一 学期 数值天气预报 课程试卷(A 卷) 本答案共 3 页；考试时间 120 分钟；任课教师 沈桐立 邵海燕 ；出卷时间 2006 年 12 月 大气科学/应用气象 学院 大气科学/大气物理环境 专业 班 一、填空（共20分，每空1分） 1、原始方程模式 ；准地转模式；非地转模式 （下划线部分写为正压模式和斜压模式也行） 2、任意两条交线；角度（或形状） 3、差分方程；微分方程 （或R ；0） 4、x ?2；x ?>2；混淆误差 5、x 方向运动方程；y 方向运动方程；连续方程；自由；500百帕（或平均层或无辐散） 6、时间； 边界（或空间或九点） 7、地形（或下边界）；s p p （或T s T p p p p --等）；s h z （或T s T h h h z --） 二、名词解释（共20分，每题4分） 1、差分格式的稳定性：在时间积分过程中，由于舍入误差的影响，差分解的误差是否随时间增长的问题，即差分格式的计算稳定性问题。也就是说，当时间步长趋向于0时，在整个求解区域内，舍入误差是否保持有界的问题，若保持有界则是稳定的。 2、非线性不稳定：在满足线性稳定性条件下，由于非线性作用而产生的不稳定。 3、标准纬度：映像面与地球表面相交的纬度。 4、“正逆”平滑方法：在三点平滑公式中，S 取21为正平滑，S 取21 - 为逆平滑，由于正平滑会使长波受到不同程度的削弱，而逆平滑会使长波得到增强，于是采用“正逆”平滑方法既能略去二倍格距的短波，又使长波不受太大的影响。 5、物理过程的参数化：是指将复杂的或不十分清楚的物理过程用简明的关系式或经验关系式来表述的一种方法，常用于数值模式中。 三、问答题（共40分） 1、对于振动类方程u I dt du ω=，写出它的中央差时间积分格式？并说明该时间积分格式的特点？（10分）
1.模式初始化：观测资料和分析资料的误差导致风场和气压场的不平衡；初始 资料和数值模式之间的不平衡。因此，需要对模式初值进行处理，称为模式的初始化。 2.初始化方法：静力初始化；动力初始化；变分初始化； 3.静力初始化：又称静处理，指利用一些已知的风压场平衡关系，或运用运动 学方程等求得的诊断方程来处理初值，使得风场同气压场平衡或者近似平衡的方法。 4.动力初始化：又称动处理，这种方法是借助于原始方程模式本身所具有的动 力特性，经过一些合理的步骤，使得重力惯性波阻尼或者被滤去，而得到接近平衡的初值。 5.变分初始化：该方法通过变分原理，使初始资料在一定动力约束下调整，达 到各种初始场之间协调一致的方法。 6.资料同化：将常规资料和非常规资料（卫星、雷达等）有机融合在一起，以 得到一个更加符合实际大气状况的分析场。常用于为数值模式提供初始场或者用来更新预报值。 7.资料同化内容：三维资料同化：初始资料的同化； 四维资料的同化：初始资料的同化和预报过程的同化。 8.常用的水平侧边界：固定的边界条件； 法向速度为零的边界条件 海绵边界条件； 外推边界条件； 周期边界条件； 嵌套边界条件：单向嵌套：双向嵌套： 9.正压原始方程模式的物理模型： 大气为正压状态；大气为均质不可压流体；大气处于静力平衡；大气上边界为自由面；不考虑摩擦以及非绝热作用；、 10.正压原始方程有总涡度、总绝对涡度和总角动量守恒 11.正压原始方程模式由于保留了快速移动的重力惯性波，时间积分步长必须取 小，这会使得数值计算的工作量增加。 12.守恒空间差分格式：保持原微分方程积分性质的空间差分格式。 13.一次守恒格式： 14.二次守恒格式： 15.二次守恒格式也是一次守恒格式 16.欧拉后差格式特点： 可以阻尼高频振荡；显示格式，计算简单；稳定性较好；不存在计算解的干扰；条件稳定，时间步长需要取小，因而计算耗时多；精度低； 17.正压原始方程模式中为了抑制计算解对结果的影响，通常采用三步法起步的 时间积分方案。三步法起步的时间积分方案中利用了欧拉差分以及中央差。 18.在时间积分过程中，为阻尼高频振荡，抑制计算解的干扰，可以穿插进行时 间平滑。 19.为了滤除短波扰动，抑制非线性不稳定，可以穿插进行空间平滑。边界内第 一圈格点，进行九点平滑。内点进行五点平滑。 20.正压原始方程性能说明：模式中存在快波，为保证计算的稳定性，时间步长 必须取短，从而使得计算量过大；非线性不稳定问题突出；对资料的初始化
《天气和天气预报》 本节课主要向同学们讲述了天气状况对人类生活的影响以及天气预报的重要性，然后，主要讲解了常用的天气预报符号。最后，讲解了人类活动与空气质量的关系。 【知识与能力目标】 1、能区分与运用“天气”和“气候”的概念； 2、识别常用的天气符号，看懂简单的天气图； 3、用实例说明人类活动对空气质量的影响。 【过程与方法目标】 1、通过学习这一节课，培养读图能力、想象能力和推理能力。 【情感态度价值观目标】 1、通过学习天气的相关知识，让学生认识天气，学会观看天气预报； 2、通过本节课的教学，使学生更加热爱生活。 【教学重点】 能区分与运用“天气”和“气候”的概念。 【教学难点】 1、各种类型的地图和气象图；
2、准备一些典型的图片； 3、多媒体课件。 板书：第一节天气和天气预报 【讲授新课】 活动探究 师：天气状况与生产、生活密切相关，天气变化对我们的生活影响很大。及时获取天气信息，预知天气变化，有助于我们合理安排生产和生活。 活动探究 师：比较表4-1、表4-2，说出“天气”与“气候”含义的差别。 生：学生讨论回答。 师：判断下列诗句哪些描述“天气”，哪些描述“气候”。 生：学生抢答。 学习新知 师：天气预报是气象专家通过对各种途径获取大气数据，进行科学分析后对未来天气所作出的预测，一般通过媒体向公众发布。天气预报图上有特定的天气预报符号。 活动探究 师： 1.连续收看你所在地区一周的天气预报数据，并做好记录。 生：讨论回答。 师：读图4.3，以4人小组为单位模拟电视天气预报，向同学报告北京、上海、广州、海口四地的天气预报。参观当地气象台，了解气象观测和天气预报的制作过程。 生：学生讨论回答。 学习新知 师：随着生活水平的提高，人们不仅关注每日天气的变化，而且越来越关心每天空气质量的状况。随着工业及交通运输业的不断发展，大量有害物质被排放到空气中，空气中的烟尘、总悬浮颗粒物、可吸入颗粒物（浮尘）、可入肺颗粒物（PM2.5）及有害气体等含量增加，
数值天气预报 ——天气预报水平持续提高的最根本的科学途径 李泽椿陈德辉王建捷 1引言 数值预报以其能够反映大气物理规律的优势，已成为当今气象工作者进行天气分析和预报的基础。尤其是最近10多年来，气象科学以及地球科学的研究进展，高速度、高容量的巨型计算机及其网络系统的快速发展，有效地推动了数值预报的发展。在这一发展过程中，一方面，数值预报水平和可用性在大大提高，有参考意义的天气形势预报目前达到5—7.5天，我国全球预报模式的可用天数大约是6天，24—48小时预报的相关系数可达90％以上；另一方面，也使制作有意义的时间、空间上更精细的数值预报成为可能。然而，我们仍然要看到，观测误差、模式误差和大气系统的非线性特性，使得数值预报结果的不确定性和预报误差的存在是不可避免的。因此，如何应用数值预报产品，即能否科学、合理地从大量的数值预报结果中提取出有价值的信息，是在天气预报中能否真正以数值预报为基础和有效发挥预报员作用的关键问题，直接影响预报效果和精度。在回顾我国数值天气预报发展历程和展望未来的时候，我们更在思考数值预报应用问题，期望通过探讨适合我国预报业务特点和适应不断拓展的预报服务需求的科学预报途径，为我国数值预报的开发与业务应用向健康、协调方向发展和推进提供一些有益的思路。 5对我国数值预报开发与应用问题的若干看法 5.1数值预报应用中存在的问题 从80年代初期接收ECMWF数值形势预报产品开始、到90年代以后有了产品较为丰富的我国自己的全球和区域数值预报，数值预报产品的应用问题始终挑战着广大气象工作者、特别是在预报服务第一线的预报人员。我们可喜地看到，经过多年的不懈努力和实践，伴随着数值预报水平的提高，数值预报产品的应用也积累了不少经验并在各级台站的实际预报中取得了一定成效。但是也需认识到，当数值预报技术和业务深入发展的今天，面对新的和日益丰富的数值预报产品，数值预报的应用现状并不理想，存在的问题日见明显；在预报业务中，数值预报应用工作的进展缓慢和难以深入。这些问题解决不好不仅影响当前，而且影响长远，即可能造成提高预报准确率的后劲不足。 分析认为，当前数值预报应用中的问题主要表现在以下几个方面： （1）数值预报的使用方法陈旧、单一 虽然与80年代初期（当时仅能得到很少的数值预报产品，如500hPa高度、海平面气压）相比，目前国家级及省地气象台能得到的数值预报产品（如，从地面-10hPa各标准等压面的温度、高度、湿度、风，多种物理诊断量等）已是相当丰富，但是数值预报产品在预报流程中的使用方法与当初相比却没有太多改变，基本上还停留在把数值预报直接当作天气图来使用的阶段。诚然，天气图是制作天气预报最基本的图表，它包含了许多有用的实况信息、是天气学理论的直接表现，对天气预报的制作有着不可磨灭的历史作用和现实作用。但是，作为对3维大气的描述，天气图的方式有它的局限性：只给出了大气中几个代表层的情况和
大气数值模式及模拟 （数值天气预报） 习题
第一章大气数值模式概论 1．试述原始方程组、全球模式、区域模式和非静力模式之间的区别。 2．试述天气模式、气候模式的主要区别？ 3．区域气候模式、大气环流模式、中尺度模式、陆面模式、边界层模式各有什么特点？
第二章 大气运动方程组 1. 试证明球坐标系中单位矢量i 的个别变化率为 (sin cos )cos di u j k dt r ??? =-r r r 2.试说明局地直角坐标系（即z 坐标系）中的运动方程与球坐标系中的运动方程有何异同？ 3．用球坐标导出下面两个方程： (sin cos )cos d i u j k dt r ??? =-r r r tan d j u v i k dt r r ?=--r r r 4.由热力学方程v dT d C p Q dt dt α+=推导出如下方程： p dT C Q dt αω-= ()dp dt ω= 式中v dT C dt 为单位质量理想空气内能的变化率，v C 为空气的定容比热，d p dt α为可逆过程中单位质量非粘性气体在单位时间里膨胀所作的功。Q 为外界对单位质量空气的加热率。
第三章 数值计算方案 1. 什么是差分格式的收敛性和稳定性？二者之间有何关系？ 2. 试证明一阶偏微商u x ??的三点差商近似式： 3(,)(,)213(,)4(,)(2,)22u u x x t u x t x x u x t u x x t u x x t x ?+?-??=?????? -++?-+???-????? 的截断误差为 2()O x ?。 3. 用中央差分将涡度方程 ()()()l l u u u v l t x y x y ?Ω?Ω+?Ω+??++=-+????? 写成有限差形式。设(,)l l x y =，并取水平坐标步长为s δ，时间步长为t δ。 4. 分别对x 轴上的i+1和i+3格点，以d 和2d 为步长，写出一阶微商dF dx 的前差、后差和中央差的差分近似式，以及二阶微商22 d F dx 的二阶中央差分近似式。
1 / 1 2 天气预报竞赛试题5(试题+答案) 2007年全省天气预报业务技能竞赛 理论知识和业务规范试卷（110分） 一、填空题（每空0.5分，共 44分） 1. 中国气象事业发展战略思想的核心是树立公共气象、安全气象和资源气象的发展新理念。 2. 业务技术体制改革的总体目标是：通过深化改革，力争在3到5年内，建立基本满足国家需求、功能先进、结构优化的多轨道、集约化、研究型、开放式业务技术体制，增强气象业务和服务能力，提升气象科技水平。 3. 公共服务内容主要包括决策气象服务、公众气象服务、专业气象服务、气象科技服务等几方面。 4. 《气象灾害预警信号发布与传播办法》中明确规定：气象工作人员玩忽职守，导致预警信号的发布出现重大失误的，对直接责任人和主要负责人给予行政处分；构成犯罪的，依法追究刑事责任。 5. 我国对在东经180度以西、赤道以北的西北太平洋和南海海面上出现的中心附近的最大平均风力达到八级或以上的热带气旋，按照其出现的先后次序进行编号。 6. 就精细天气预报而言，短期预报要明确灾害性天气落区，短时和临近预报要明确灾害性天气出现的具体时间、位置和强度。 7. 《关于传输城镇天气预报的通知》要求：全国城镇天气预报每天传输2次：各省（区、市）早晨7：30前（北京时，下同） 将24、48、72小时三天预报(分08时-20时，20时-08时两段)
2 / 12 发往北京，国家气象信息中心在7：45前向全国广播完毕；每日下午15：00前将省会城市和计划单列市24、48、72、96、120小时五天预报、下午16：30前将其它城镇五天预报（分20时-08时，08时-20时两段）发往北京，下午16：45前向全国广播完毕。 8. 《短时、临近预报业务暂行规定（试行）》中，对预报时效定义：短时预报是指未来0-12小时天气参量的描述，其中0－2小时预报为临近预报。 9. 业务运行的多普勒天气雷达通常采用体积扫描的方式观测。 10.多普勒天气雷达的应用领域主要在于对灾害性天气的监测和预警。还可以进行较大范围降水的定量估测，获取降水和降水云体的风场结构。 11.对流性天气形成的基本条件是水汽条件、不稳定层结条件、抬升力条件。 12.降水回波的反射率因子一般在15以上。层状云降水回波的强度很少超过35。大片的层状云或层状云-积状云混合降水大都会出现明显的零度层亮带。 13.根据天气分析预报实践的总结，我国常见的大风有冷锋后的偏北大风，高压后部的偏南大风，以及由低压、台风和强对流引起的大风。 14.多普勒天气雷达的数据质量主要受到地物杂波、距离折叠和速度模糊的影响。 15.地转偏向力处在纬圈平面内，它只能改变气块的运动方向。对于水平运动而言，在南半球地转偏向力使运动向左偏，并且地转偏向力的大小与相对速度的大小成比例。 16.km R 300max ，雷达波长5厘米，max r V 应是6.25m ∕s ，若雷达波