PDF《“他乡”或许不再是“异乡”》

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299 Advances in Meteorological Science and Technology 气象科技进展 8(1)-

2018 近年来,在数值预报领域里,灰色地带经常被用于表示那些还无法得到解 析的问题,既可能是指该现象的尺度与模式格局不匹配,也可以指该现象的物理 过程尚不清晰等.

ECMWF组织的这次会议,直面 灰色地带 这个数值模式发 展遇到的难点问题.经过学者的不懈努力,目前模式中用灰色地带代表的 他乡 ,或许在以后不再是 异乡 ,而这样的谜底揭开之时,将是天气气候模式 模拟技术真正实现换代的开始. 他乡 或许不再是 异乡 ――ECMWF 揭开灰色地带的谜底 学术会评介 贾朋群 从物理学的角度看,气象学者真正拥有了自己 的 一亩三分地 的标志,是1950年数值天气预报 (NWP)试验的成功,这标志着气象学者真正有能力 用物理和数学方法,解析大气运动的规律,是现代气 象学开始成熟的重要标志.在此之前,虽然早在1904 年,皮耶克尼斯等人就提出了天气预报问题是一个物 理初值问题,控制大气运动的动力、热力学方程组几 乎完美地被展现,但是这组准确的非线性方程组几乎 没有可能得到数学解.1920年代,理查孙尝试手工计 算求解没有成功,原因之一恰恰是计算过于精确,使 得微弱的计算能力并没有用于计算大气主流或大尺度 运动.而查尼等人借助人类第一台电子计算机终于获 得NWP的成功,最关键的因素是敢于向大气运动的 原始方程 下手,创立了正压大气等一系列理念, 从而充分简化了非线性方程组,将格点化的计算聚焦 到最重要的大气大尺度运动上. 20世纪下半叶,气象学者快速扩展了自己的领 地,这些研发工作大约是沿着两条线进行的:一条线 是借助计算能力的提升让模式的分辨率更加精细化, 从而让解析计算和参数化更加准确和合理;

另一条线 则更为重要,即在查尼用 滤波镜 看大气运动后, 开始用 放大镜 观察大气运动的细节,让最初被简 化的非线性方程组,逐步放弃简化或降低被简化的 程度,于是模式运行得到的 模拟大气 一步步接近 真实.在这样的模式改进进程中,一个重要的问题是 无法绕开的:原始方程组中那些用参数化、格点化计 算和非线性数学方式表达的大气变量或变量间的关系 等,到底能否用数值方法完美解析,从而当模式分辨 率提高时摆脱各类简化?为了回答这样的问题,目前 全球主要数值天气预报机构――欧洲中期天气预报中 心(ECMWF)在2017年末,召开了一次有些特别的 学术会议,会议名称就是 揭开灰色地带的谜底 (Shedding light on the greyzone,也可译为 照亮灰 色地带 ). 这次看似 无厘头 的会议,实际上直指数值 天气预报在进入水平分辨率为1~10 km时,一些新 的方法和技术手段可能带来的模拟能力在本质上得到 提升机会.历时3天的会议,交流了30篇报告,报告 人主要来自主要气象中心的研发部门(21人,其中: ECMWF 5人、英国气象局4人、德国气象局3人、法 国和韩国气象局各2人)和欧美大学等机构.

1 认识数值模拟的灰色地带 近年来,在数值预报领域里,灰色地带经常被用 于表示那些还无法得到解析的问题,既可能是指该现 象的尺度与模式格距不匹配,也可以指该现象的物理 过程尚不清晰等.会议开始,来自ECMWF的两位专 家在进行背景介绍时,分别从两个方面介绍了对会议 主题中 灰色地带 的理解,并给出了他们的思考. 气象科技 进展