数值天气和气候预测PDF电子书下载

第1章 引 言 1

第2章 大气控制方程组 4

2.1 基本方程 4

2.2 雷诺方程：分离不可分辨的湍流效应 5

2.3 方程组的近似 7

第3章 方程组的数值求解 11

3.1 基本概念综述 11

3.2 数值框架 15

3.3 有限差分方法 32

3.4 数值近似的影响 37

3.5 侧边界条件 61

3.6 上边界条件 73

3.7 守恒问题 75

3.8 模式建立过程的实用小结 75

第4章 物理过程参数化 77

4.1 背景 77

4.2 云微物理参数化 78

4.3 对流参数化 83

4.4 湍流或边界层参数化 91

4.5 辐射参数化 101

4.6 随机参数化 107

4.7 云量或云盖参数化 108

第5章 表面过程模拟 111

5.1 背景 111

5.2 须模拟的陆面过程 112

5.3 须模拟的海洋或湖水过程 120

5.4 陆地表层和次表层过程模拟 121

5.5 水面表层和次表层过程模拟 124

5.6 地形强迫 125

5.7 城市冠层模拟 126

5.8 表征地表属性的资料集 127

第6章 模式初始化 129

6.1 背景 129

6.2 用于模式初始化的观测 130

6.3 连续与间歇同化方法 137

6.4 模式初始调整（spinup） 140

6.5 资料同化的统计框架 140

6.6 逐步订正法 146

6.7 统计插值（最优插值） 149

6.8 三维变分分析 149

6.9 非绝热初始化方法 151

6.10 初始条件中的动力平衡 152

6.11 高级资料同化方法 156

6.12 混合资料同化方法 161

6.13 理想条件下的初始化 161

第7章 集合预报 163

7.1 背景 163

7.2 集合平均和集合离差 164

7.3 不确定性来源及集合成员的定义 166

7.4 集合预报的解释和检验 169

7.5 集合校正 174

7.6 时间滞后集合 175

7.7 有限区域短期集合预报 176

7.8 集合产品的图形显示 176

7.9 集合预报的经济效益 181

第8章 可预报性 184

8.1 背景 184

8.2 模式误差和初值误差 184

8.3 陆面强迫对可预报性的影响 186

8.4 可预报性差异的原因 186

8.5 有限区域中尺度模式中可预报性的特殊考虑 188

8.6 可预报性及模式改进 189

8.7 后处理对可预报性的影响 189

第9章 检验方法 191

9.1 背景 191

9.2 常用模式检验指标 192

9.3 参考预报及其应用 195

9.4 真值数据集：观测资料与基于观测的分析资料 196

9.5 特殊因素的考虑 196

9.6 基于概率分布函数的检验 200

9.7 基于天气型态、特定时刻与季节的检验 200

9.8 基于特征、事件、目标的检验 202

9.9 基于大气特征尺度的检验 204

9.10 基于模式回报的检验 207

9.11 基于预报经济价值的检验 207

9.12 合理检验指标的选择 207

9.13 模式检验软件工具包 207

9.14 用于模式检验的观测资料 208

第10章 模式研究中的试验设计 210

10.1 物理过程分析的个例研究 210

10.2 观测系统模拟试验 211

10.3 观测系统试验 214

10.4 BB-LB试验 215

10.5 再预报 216

10.6 敏感性研究 216

10.7 预报技巧研究 220

10.8 使用人造初始条件的模拟 221

10.9 使用降维和简化物理过程的模式 221

10.10 气象观测资料源 222

第11章 模式输出的分析技术 224

11.1 背景 224

11.2 显示和解释模式输出和观测资料的图形方法 224

11.3 分析模式变量场结构的数学方法 230

11.4 导出量的计算 233

11.5 能量学分析 233

第12章 业务数值预报 235

12.1 背景 235

12.2 模式可信度 236

12.3 业务有限区域模式的考虑 237

12.4 计算速度 237

12.5 后处理 238

12.6 实时检验 238

12.7 模式升级与研发的管理 238

12.8 预报过程中模式和预报员的相对作用 239

第13章 模式输出的统计后处理 240

13.1 背景 240

13.2 系统误差的去除 241

13.3 天气发生器 246

13.4 降尺度法 247

第14章 耦合的专业应用模式 248

14.1 背景 248

14.2 浪高 250

14.3 流行性疾病 251

14.4 河流流量和洪水 254

14.5 气体与颗粒的传输、扩散和化学变化 256

14.6 交通安全与效率 259

14.7 电磁波与声波的传播 260

14.8 林火概率与林火活动 261

14.9 能源工业 261

14.10 农业 263

14.11 军事应用 263

第15章 计算流体力学模式 265

15.1 背景 265

15.2 CFD模式的种类 265

15.3 中尺度模式与LES模式的尺度区别 266

15.4 CFD模式与中尺度模式的耦合 266

15.5 CFD模式的应用示例 267

15.6 CFD模式的算法近似 268

第16章 气候模拟和降尺度 269

16.1 全球气候预测 269

16.2 当今全球气候的再分析 287

16.3 气候降尺度 288

16.4 模拟人为地貌变化的气候影响 301

附录 简单浅水方程代码结构和试验的建议 305

参考文献 309