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1、ECMWF 数值预报模式简介精品课件精品课件气象预报的四个方面问题*当前的天气或气候信息完备的综合观测系统完善的观测系统；资料信息识别；资料的综合处理（同化）*天气或气候的演变规律从资料得到新认识从资料得到新认识；反映大气运动数学物理规律的微分方程组。*外力和强迫的变化地形和边界强迫；太阳常数；引力等*从已知预报未来的手段完备的数值模式；承载数值模式计算、显示和通讯平台驾驭观测、资料分析和数值模式发展和应用的人才队伍精品课件精品课件大气圈水圈冰晶圈/冰冻圈生物圈岩石圈人类圈精品课件精品课件纷繁多样数值预报产品-什么会有差别？精品课件精品课件l分辨率不同l模式的表述的物理过程有差异l计算方案、网
2、格、变量分布等再分析资料分析的初值能代表大气实况吗？精品课件精品课件Orography and ResolutionsGSMT213(60km)RSM(20km)MSM(10km)Orographiceffectsarebettercapturedbyhigherresolutionmodels.ThesurfaceparameterssuchasTsurfmightbepredictedmorerealisticallybythosemodels.精品课件精品课件ECMWF致力于2016-2025数值预报发展战略：l利用集合预报方法提前2周预报高影响天气事件l提前4周，无缝隙地预报大尺度系统
3、形势和系统移动l提前1年预测全球范围的异常状况精品课件精品课件l研究和更丰富的知识l基于集合预报的分析和预报技术如何实现目标：ObservationsHighresolutionensembleEarth-system ScalabilityFundingPeople（引自ErlandKlln，“Earth system modelling for seamless prediction”ECMWFAnnualSeminar2016）精品课件精品课件Future Earth System model and assimilation developmentsErland Klln,ECMWF精
4、品课件精品课件精品课件精品课件Ocean model(NEMO)Wave model(ECWAM)Atmosphericmodel(IFS)Air density GustinessNeutral windRoughnessCurrentsSea surface temperatureAll configurationsEnsemble FCSolar and non solar fluxes,E-PTowards a fully coupled system(currently only operational in EPS)ORCA1_Z42TCo1279/TCo63914km/28km9
5、km/18kmEnsemble systems only:-Medium range forecast-Monthly forecast-Seasonal forecast EveryIFStimestepEverycouplingtimestep(1or3hours)Singleexecutable精品课件精品课件Ocean model(NEMO)Wave model(ECWAM)Atmosphericmodel(IFS)Air density GustinessNeutral windRoughnessTurbulent energyStokes driftCurrentsSea surf
6、ace temperatureAll configurationsStressEnsemble FCSolar and non solar fluxes,E-PTowards a coupled systemORCA1_Z42TCo1279/TCo63914km/28km9km/18kmSingleexecutableOperationalfromday0since2013精品课件精品课件Ocean model(NEMO)Ice concentration Wave model(ECWAM)Atmosphericmodel(IFS)Air density GustinessNeutral wi
7、ndRoughnessTurbulent energyStokes driftCurrentsIce model(LIM)Sea surface temperatureIce concentrationAll configurationsStressEnsemble FCfuture operationalSolar and non solar fluxes,E-PTowards a coupled systemORCA0.25_Z75Addingactive sea ice modelImplementation:End 2016.Singleexecutable精品课件精品课件*Calli
8、ng sequence of the single executableSimplifiedflowchartofthecoupledmodel,heretwotimestepsareshown.Inreality,IFS/WAMcouplingeveryIFStimestep,butCalltoNEMOeveryhour(or3hours)withaveragedaccumulatedfluxes.14精品课件精品课件ImpactofResolutionontropicalcycloneforecastForinstanceTyphoonHaiyan:forecastsfrom4th,5th
9、and6thNovember2013,0UTCallfromoperationalanalysis.Black:estimatedfromobservationsRed:oldoperationalEnsembleresolution(32 km)Blue:oldoperationalHRESconfiguration(16 km)Green:experimental:newHRESconfiguration(10km)minMSLP (hPa)900950TyphoonHaiyanatpeakintensityonNovember7,2013精品课件精品课件ImpactofCouplingo
10、ntropicalcycloneforecastForinstanceTyphoonNeoguri:forecastsfrom6July2014,0UTCBlack:estimatedfromobservationsGreen:oldoperationalHRESconfiguration(uncoupled)(16km)Red:experimental:16kmcoupledtoNEMO(ORCA025_Z75)Blue:16kmcoupledtoNEMO+newphysicsminMSLP(hPa)900950NeoguriaffectingOkinawaonJuly8,2014精品课件精
11、品课件*Climate reanalyses for the coupled earth modelECMWFcoupledEarthmodelformedium-rangeweatherforecastingNewcoupledassimilationsystem(CERA)forthecoupledEarthmodel:atmosphericandoceanobservationsassimilatedsimultaneouslyoceanobservationscanimpactatmosphericestimateandconverselyCERA-20Creanalysisinpro
12、duction(1900-2010)KarlandTrenberth2003landwavessea iceatmosphereoceansECMWF coupled Earth model精品课件精品课件Coupled assimilation system(CERA)EDAvariationalapproachwitha24-hourwindowthatassimilatessimultaneouslyatmosphericandoceanobservationscoupledmodelcomputesobservationmisfitsineachouteriterationatmosp
13、hericandoceanincrementsarecomputedinparalleltocorrecttheinitialstateSSTcomputedinNEMOandconstrainedbyrelaxationanalysisdynamicallyconsistentwithrespecttothecoupledmodel精品课件精品课件Conclusions:ECMWFhasacoupledatmosphere-wave-oceancirculationforecastingsystem,currentlyoperationalintheEnsemblePredictionSys
14、tem.Workisongoingonusingahigherresolutionoceancomponents(ORCA025z75)plannedforendof2016intheEnsembleforecastsandlaterintheHighresolutionsystem.Thereisaclearbenefitincouplingthedifferentmodels,butitcreatesnewchallengesindeterminingwhatphysicalparametersneedtobeexchanged.Furthermore,modelparameterisat
15、ionsmightneedrevisiting.精品课件精品课件EC模式动力框架垂直采用坐标，U=ucos；V=vcos精品课件精品课件精品课件精品课件精品课件精品课件对比球坐标系中的基本方程组曲率项精品课件精品课件重力不是指向地心，等位势面也不是球面。精品课件精品课件非静力学模式静力学模式静力学平衡：运动的垂直尺度远小于水平尺度的情况下成立模式的分类精品课件精品课件基于连续方程的模式分类非静力学模式根据模式中是否包含声波，分为：滞（非）弹性（anelastic)模式假定大气不可压，滤掉声波弹性(elastic)模式大气可压、由散度预报气压的变化，但声波需要特殊的处理精品课件精品课件根据连续方
16、程的近似程度，滞弹性和弹性模式又可进行不同的分类：滞弹性模式不可压缩模式滞弹性模式弹性模式准可压模式完全可压模式精品课件精品课件数值计算方案大气运动方程组是一套复杂的非线性方程组，目前，还没有理论解存在，只能借助数值方法求解。数值方法有很多，目前气象上用的主要用的是差分方法、谱方法、有限元法等。差分方法：就是在离散的网格点上，以差商代替微商，求解微分方程的方法。精品课件精品课件*关于有限差分与谱方法的图例 有限差分谱方法精品课件精品课件精品课件精品课件|n-1nn+1从物理上考虑，差分的精度还与采样点密即网格，与要素在采样区的变化分布有关。即采样数据是否能有代表性。中央差精确值采样值混淆误差精品课件精品课件离散网格所能表示的最短波长上表中当L/x=2时，即两倍格距波，R=0，误差100%，因此，离散网柜完全不能表示两倍格距以下的短波。如格距为100km，则你只能预报出200km以上的天气系统。1.5倍格距波3倍格距波最短的波，2倍格距波1.5倍格距波被当成3倍格距的波混淆误差会把小于2倍格距的波歪曲为2倍格距以上的波。因此混淆误差主要集中在24倍格距间。预报员会在什么情况下遇到“混淆误
