《中尺度气象模拟》教学大纲

1、中尺度气象模拟Mesoscale Meteorological Modeling一、课程基本情况课程类别：专业任选课课程学分： 2 学分课程总学时：32 学时，其中讲课： 16学时，实验（含上机）： 16 学时课程性质：选修开课学期：第6学期先修课程： 大气物理学、动力气象、数值天气预报、中尺度气象学适用专业： 大气科学专业教 材：中尺度气象模拟，气象出版社，R.A.Pielke，1990 开课单位： 大气物理 学院 大气物理系二、课程性质、教学目标和任务本课程的目的是提供中尺度数值模拟方面的概述性介绍，并对当前气象业务应用中的中尺度数值预报模式WRF及其预报流程进行系统介绍。本课程教学任务包

2、括中小尺度大气运动的特征、大气运动基本方程组及中尺度简化、中尺度模式的类型、坐标变换、行星边界层参数化、平均辐射通量、湿热力过程参数化、边界条件和初始条件等主要内容。在课堂教学的基础上，本课程还安排了中尺度模拟实例的上机试验，培养学生对中尺度数值模式的直观认识和动手能力。三、教学内容和要求1绪论（ 2 学时）（1）掌握中尺度天气特征及数值预报的基本流程；（2）熟悉数值模式基本类型及应用范围；（3）了解中尺度气象学的主要研究方法；(4) 初步了解数值预报的发展简史；重点：中尺度数值模拟特征和主要流程难点：数据同化和集合预报方法的概念及其在数值预报中的应用2. 地图投影及模式求解方法（3学时）（1

3、）掌握地图投影的基本概念；差分方法和有限元方法在数值求解中的作用；（2）熟悉隐式格式和显式格式的差别以及中尺度气象模拟中的选择，差分方程的一致性、收敛性和线性稳定性；（3）理解不同地图投影的差别及适用范围；模式初值化和空间边界条件；混淆误差；非线性不稳定（4）了解模式诊断方程和非线性效应，谱方法在全球模式中的应用；重点：不同地区数值天气模拟时投影方式的选取及误差特征；中尺度模式动力框架难点：差分方法和有限元法的误差增长机制3. 离散网格、资料处理与初始化（4学时）（1）掌握中尺度模拟过程区域设置、格距和边界设置的原则（2）熟悉水平网格结构及在中尺度气象模拟中的选择（3）理解交错网格和拉伸网格的

4、基本概念；资料同化的作用和变分方法重点：离散网格的概念；中尺度模式中格距和边界方案的设定方案难点：CFL判据4. 中尺度模式中的参数化（5学时）（1）掌握参数化的基本概念及在模式中的作用，次网格尺度过程和雷诺平均、积云对流参数化在中尺度模式中的适用（2）熟悉行星边界层参数化、积云对流参数化、辐射通量计算的基本过程（3）理解模式中辐射通量计算（4）了解多种积云对流参数化方案的差别重点：物理过程参数化方法的概念；积云对流和云微物理方法对降水模拟的影响难点：积云对流参数化方案的分类；辐射传输方案的计算流程5. 天气研究和预报模式WRF（2学时）（1）掌握WRF模式整体框架及物理方案（2）熟悉模式动力

5、方程组及计算方案；（3）了解WRF模式在数值天气预报、空气质量预报和森林火灾中的应用；重点：WRF模式不同物理方案及其适用性难点：模式计算方案6中尺度气象模拟上机实习1地形诱发的中尺度系统模拟（6学时）（1）掌握Linux系统基本操作及WRF模式主要结构和运行方法（2）熟悉海陆风模拟试验的流程及模式结果后处理，总结分析并完成实习报告；（3）了解模式中控制文件各参数的含义重点：Linux基本操作；模式namelist控制文件的含义难点：模拟区域设定和物理方案的选取7、中尺度气象模拟上机实习2天气尺度系统诱发的中尺度系统模拟（10学时）（1）掌握热带气旋过程的路径演变及天气特征分析，利用WRF对其生命周期进行模拟；（2）熟悉模式输出结果的处理方法及绘图分析，完成实习报告；（3）了解模式模拟的不足及模拟误差产生的可能原因；重点：嵌套方法在台风模拟中的应用难点：模拟结果的后处理及误差产生机制四、课程考核（1）作业等：作业： 3 次，课程论文： 0 篇；（2）考核方式：闭卷考试