[发明专利]基于大气变量瞬变扰动方程组的数值天气预报模式系统

摘要

本发明公开一种基于大气变量瞬变扰动方程组数值天气预报模式系统。包括：1)大气变量瞬变扰动方程组数值天气预报模式系统的建立；2)区域大气变量瞬变扰动方程组数值天气预报模式在极端天气事件预报中的应用。本大气变量瞬变扰动方程组数值天气预报模式与现有的大气变量原始方程组数值天气预报模式的不同之处在于：后者在计算机数值积分的过程中把原始观测场中的气候部分也用格点差分或谱展开的方法做出了时间积分，即对其作预报，而本发明在把大气变量原始观测场分解成瞬变气候与扰动两个部分后并不对瞬变气候做预报，只对大气瞬变扰动分量做预报。本发明的大气变量瞬变扰动方程组数值求解得到的大气变量瞬变扰动场与极端天气事件之间存在着紧密的物理因果关系，因此本发明能够提高各种极端天气事件和异常天气过程的预报能力。

主权项

1.基于大气变量瞬变扰动方程组数值天气预报模式系统，包括：大气变量数据收集处理子系统、数值天气预报模式子系统和数值天气预报结果输出子系统；其特征在于：所述大气变量数据收集处理子系统包括大气变量瞬变气候场的计算：用历史多年观测或再分析的全球或区域范围的位势高度、温度、风和湿度资料，做同一个天文时刻的多年平均，从而得到瞬变的全球或区域空间网格点上的气候值，所有网格点的瞬变气候值构成了多变量瞬变气候场，年循环的瞬变气候场有24个时次/天×365天＝8760个时次；所述数值天气预报模式的形成过程如下：把大气变量值分解成瞬变气候值和瞬时扰动分量两个部分，则大气变量瞬时扰动场等于当前观测或历史观测或再分析的全球或区域同时刻空间网格点大气变量的总场减去所述大气变量的瞬变气候场；大气变量瞬时扰动场与大气变量瞬时总场和瞬变气候场之间的关系分别为：西风扰动u′等于总西风u与气候西风的差；南风扰动v′等于总南风v与气候南风的差；上升气流扰动w′等于总上升气流w与气候上升气流的差；分别为：气压扰动π′等于总气压π与气候气压的差；水汽扰动q′等于总水汽q与气候水汽的差；温度扰动T′等于总温度T与气候温度的差；这里认为瞬变气候量和满足温度与气压之间的静力平衡关系；由上述关系获得如下大气变量瞬变扰动方程组：其中，上述6个方程即为大气变量瞬时扰动方程组，如果大气变量u,v,w,π,T和q均用A来表示，则有：即大气扰动分量A′等于总量A减去瞬变气候量于是，上述6个大气变量瞬时扰动方程都有下列时间倾向形式：公式(10)等号右边最后一项是已知的大气变量瞬变气候倾向；大气变量的每一个瞬时扰动变量的局地变化趋势都是由瞬时总场变量趋势减去瞬变气候变量趋势后得到的；大气瞬变扰动方程组中的m为地图放大因子，F为各个方向上的次网格物理强迫摩擦与耗散项，其他均为气象常用符号；所述大气瞬时扰动分量和瞬时总场变量作为上述扰动方程组(3)～(8)的初始场；用差分代替大气变量瞬变扰动方程组(3)～(8)中的微分或对方程组(3)～(8)进行谱展开可求得大气变量瞬变扰动方程组未来某个预定时刻的数值解，即获得未来某个预定时刻大气瞬时扰动分量；所述数值天气预报结果输出子系统同时输出未来某一预定时刻的大气瞬时扰动分量和大气变量总量。