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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