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1、陈耀登1 1大气运动基本方程组大气运动基本方程组数值天气预报大气科学学院 陈耀登 QQ：3545881陈耀登2 2大气运动基本方程组课程要求预备知识：高等数学、计算方法、流体力学、 天气学原理、动力气象学，以及程序编写能 力。课程目标理解和掌握数值天气预报的基本知识；系统地理解数值天气预报的基本原理；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。陈耀登3 3大气运动基本方程组陈耀登4 4大气运动基本方程组主要内容第零章 引言 第一章 大气运动的基本方程组 第二章 地图投影坐标系中的基本方程组 第三章 数值计算方案 第四章 准地转正压模式 第五章 正压原始方程模式 第六章
2、斜压原始方程模式 第七章 初始条件和边界条件 第八章 模式物理过程参数化陈耀登5 5大气运动基本方程组个人简介 陈耀登，福建沙县人，博士，副教授，大气科学学院 数值模拟系系主任。 主要从事资料同化与数值模拟相关研究工作。 2007年毕业于河海大学，获博士学位；同年到我校大 气科学学院参加工作。 2010年至2011年在美国国家大气研究中心留学访问。陈耀登6 6大气运动基本方程组主要科研项目： 主持国家自然科学基金项目“降雨区域同化研究中背景场误差 协方差变量平衡约束研究”； 参加国家重点基础研究发展计划-973计划“突发性强对流天气 演变机理和监测预报技术研究”； 主持国家自然科学基金项目“有
3、限体积法风暴潮数值模型风拖 曳力系数伴随同化研究”； 主要参加江苏省高校自然科学研究计划重点项目“深对流系统 集合预报误差增长机制及关键扰动技术研究”； 参加美国国家大气研究中心的WRFDA资料同化系统研发项目 “Assimilating TAMDAR Observations Using the WRFDA System”和“The WRF Data Assimilation system” 。 陈耀登7 7大气运动基本方程组引 言陈耀登8 8大气运动基本方程组引言数值天气预报基本情况 数值天气预报是气象科学近60年来迅 速发展起来的一个分支，在当今气象预报 和大气科学研究中占有十分重要的位
4、置。陈耀登9 9大气运动基本方程组 引言数值预报的产生和发展大气运动遵循一定的物理规律，可由 大气运动的方程组描述，然而该方程组非 常复杂，且高度非线性，目前尚无法得到 大气运动方程组的解析解（精确解）。数值计算的方法为大气运动方程组的求 解提供了一个新的途径。近年来，该领域 逐渐发展成了大气科学研究中的一个重要 学科数值天气预报。陈耀登1010大气运动基本方程组 引言数值天气预报定义数值天气预报：给定初始和边界条件，通过 数值方法求解大气运动方程组，从而由已 知初始时刻的大气状态预报未来时刻的大 气状态。陈耀登1111大气运动基本方程组 引言数值天气预报背景1 传统方法的局限天气学方法（19
5、世纪中叶）统计学方法客观、定量、准确 2 数值天气预报的发展大气探测技术的发展资料计算机技术的快速发展平台动力气象学的发展理论陈耀登1212大气运动基本方程组陈耀登1313大气运动基本方程组陈耀登1414大气运动基本方程组In In 19041904, the Norwegian , the Norwegian hydrodynamisthydrodynamist V. V. BjerknesBjerknes suggested that: suggested that:The weather could be quantitatively The weather could be quant
6、itatively predicted by applying the complete set of predicted by applying the complete set of hydrodynamic and thermodynamic hydrodynamic and thermodynamic equations to carefully analyzed initial equations to carefully analyzed initial atmospheric states. atmospheric states. 引言数值天气预报发展简史u挪威气象学家Bjerk
7、nes(1904)-数值预报思想陈耀登1515大气运动基本方程组L.F. Richardson (1922) L.F. Richardson (1922) Weather Prediction by Numerical Process, Weather Prediction by Numerical Process, Cambridge University Press Cambridge University Press u英国数学家Richardson(1922)-数值预报尝试陈耀登1616大气运动基本方程组The first electronic computer: ENIACThe f
8、irst electronic computer: ENIAC1945/461945/46 - Studies of digital computers for the purpose of - Studies of digital computers for the purpose of weather prediction were initiated by weather prediction were initiated by John Von NeumannJohn Von Neumann. .u第一台电子计算机发明（1945）陈耀登1717大气运动基本方程组In 1948 a yo
9、ung meteorological theoretician, In 1948 a young meteorological theoretician, JuleJule CharneyCharney, , succeeded to derive simplified mathematical models of the succeeded to derive simplified mathematical models of the atmospheric motions, based on the quasi-atmospheric motions, based on the quasi
10、-geostrophicgeostrophic approximations. approximations. uCharney（1948）尺度分析理论方程简化陈耀登1818大气运动基本方程组Meteorology Project, Institute for Advanced Study, Princeton Meteorology Project, Institute for Advanced Study, Princeton Jule Charney, Norman Phillips, Jule Charney, Norman Phillips, Glenn Lewis, N. Gilb
11、arg, Glenn Lewis, N. Gilbarg, George Platzman.George Platzman.J. SmagorinskyJ. Smagorinsky陈耀登1919大气运动基本方程组1950 Von Neumann, 1950 Von Neumann, CharneyCharney, and , and FjortoftFjortoft led scientists in led scientists in producing a retrospective producing a retrospective 24hr forecast24hr forecast,
12、 using the ENIAC, using the ENIACuCharney，Neumann(1950)24小时天气形势预报陈耀登2020大气运动基本方程组The first numerical predictions in The first numerical predictions in real timereal time were prepared by were prepared by C.G C.G RossbysRossbys team at the International team at the International Meteorological Instit
13、ute in Sweden.Meteorological Institute in Sweden. （ （19541954） ）uuRossbysRossbys团队实时团队实时团队实时团队实时天气天气预报预报预报预报（瑞典，（瑞典，19541954） ）陈耀登2121大气运动基本方程组陈耀登2222大气运动基本方程组陈耀登2323大气运动基本方程组引言数值天气预报现状 数值预报的应用日益广泛： l 中、短期天气预报 l 气候数值模拟、气候预测和气候变化 l 中小尺度数值模拟 天气预报时间分类 l 0-2小时 临近预报 l 2-12小时 甚短期预报 l 12-48小时 短期预报 l 3-10天
14、中期预报 l 10天以上 长期预报陈耀登2424大气运动基本方程组数值预报质量的改善（距平相关）陈耀登2525大气运动基本方程组 气候模式 气候系统模式(CSM) 中尺度模式 小尺度模式 业务预报模式引言数值天气预报现状陈耀登2626大气运动基本方程组Major NWP research takes place in large national and Major NWP research takes place in large national and international operational international operational weather centers
15、and in universities.weather centers and in universities. European Center for Medium Range Weather Forecasts European Center for Medium Range Weather Forecasts (ECMWF)(ECMWF) National Centers for Environmental Prediction National Centers for Environmental Prediction (NCEP)(NCEP) National Oceanic and
16、Atmospheric Administration National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA)(NOAA) National Center for Atmospheric Research National Center for Atmospheric Research (NCAR)(NCAR) National Meteorological Services National Meteorological Services (NMSs):(NMSs): UK, France, Germany, UK, France, Germany,
