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第1章 大气运动基本方程组 1

1.1旋转坐标系中的基本方程组 1

1.2球坐标系中的基本方程组 11

1.3局地直角坐标系中的基本方程组 17

1.4 p坐标系中的基本方程组 20

1.5 σ坐标系中的基本方程组 28

1.6大气运动基本方程组的简化 33

1.7涡度方程和散度方程及其简化 41

1.8张量形式的运动方程组 50

1.9张量形式的涡度方程与散度方程 52

1.10数值天气预报模式的简单分类 55

习题 56

第2章 地图投影坐标系中的大气运动基本方程组 58

2.1地图投影 58

2.2普遍的正交曲线坐标系中的基本方程组 69

2.3普遍的地图投影坐标系中的基本方程组 75

习题 80

第3章 数值差分计算方法 82

3.1差分方法概论 82

3.2线性计算不稳定 86

3.3非线性计算不稳定 89

3.4差分方程的物理解和计算解 93

3.5有限网格下的误差 95

3.6平滑与滤波 98

3.7时间积分格式 101

3.8几种常用时空积分格式的性能 106

习题 109

第4章 正压原始方程模式 110

4.1正压原始方程组 110

4.2正压原始方程组的线性计算稳定性 112

4.3正压原始方程模式的积分性质及空间差分格式 114

4.4空间差分格式与地转适应 124

4.5正压原始方程模式的时间积分格式 129

4.6正压原始方程模式的数值解法 138

习题 142

第5章 斜压原始方程模式 144

5.1垂直坐标的选取 144

5.2斜压原始方程组的积分性质 153

5.3斜压原始方程模式的空间差分格式和时间积分方案 159

5.4斜压五层原始方程模式的数值解法 167

5.5斜压原始方程模式的模拟试验 176

习题 180

第6章 初始条件与边界条件 181

6.1数值天气预报中初值处理的类型 181

6.2四维同化问题 194

6.3边界条件的类型与给定方法 207

6.4嵌套网格的边界处理方案 212

习题 218

第7章 正压涡度方程谱模式 219

7.1球面谱模式的展开函数和因变量的选择 219

7.2球谐函数及其性质 221

7.3波数截断问题 228

7.4离散傅里叶变换DFT（Discrete Fourier Transform） 232

7.5勒让德变换（Legendre Transform） 235

7.6正压涡度方程全球谱模式 241

习题 246

第8章 大气边界层的参数化 249

8.1平均运动方程及平均次网格尺度项 250

8.2单层参数化处理方法 252

8.3多层参数化处理方法 256

8.4边界层高度的预报 260

8.5边界层模式 263

习题 268

第9章 湿热力过程的参数化 269

9.1湿热力过程和积云对流的基本理论 269

9.2大尺度凝结过程 271

9.3五种对流参数化方案 277

9.4五种对流参数化方案的比较 302

习题 302

第10章 中小尺度天气系统的数值模拟基础 303

10.1描述中小尺度天气系统的基本方程组 303

10.2中小尺度系统几种常用的方程组 313

10.3描述中小尺度天气系统的线性方程组的动力学特性 321

10.4模拟中小尺度天气系统应考虑的物理因子 326

习题 332

第11章 中小尺度的M M 4和MM5模式 333

11.1中尺度MM4模式 333

11.2中小尺度MM5模式 343

11.3 MM5模式程序的结构 358

11.4 MM5模式数值模拟的设计及试验结果 361

习题 365

第12章 天气研究和预报模式WRF 366

12.1 WRF模式的整体框架介绍 366

12.2 WRF模式的动力方程组及计算方案 368

12.3 WRF模式的物理过程介绍 382

12.4 WRF模式的模拟实例 388

习题 392

第13章 中国气象局新一代数值预报模式（绝热动力框架部分） 393

13.1基本方程组 394

13.2模式方程的处理 397

13.3时间离散方案 400

13.4空间离散方案 404

13.5模式变量的预报方程组 406

13.6边界条件的设置 408

13.7新一代数值预报模式GRAPES的应用举例 409

13.8附件 412

习题 416

附录A正交曲线坐标系中矢量的运算 418

A.1矢量恒等式 418

A.2正交曲线坐标系中单位矢量的微商 418

A.3正交曲线坐标系中矢量的基本运算 420

附录B正压原始方程模式预报实习 422

B.1实习目的 422

B.2实习要求 422

B.3实习资料 422

B.4制作数值天气预报的计算步骤 422

附录C斜压原始方程模式预报实习 429

C.1实习的目的 429

C.2实习要求 429

C.3实习资料 429

C.4制作数值天气预报的具体步骤 429

附录D用MM4模式及实际资料进行数值模拟的实习 430

D.1实习的目的 430

D.2实习要求 430

D.3实习资料及程序 430

D.4制作数值天气预报及模拟的步骤 430

附录E运行一版MM5模式有关说明 431

附录F WRF模式的安装与运行步骤 434

F.1 WRF安装和运行的基本要求 434

F.2 WRF安装步骤 434

F.3编译WRF， WPS和ARWpost程序包 434

F.4运行WRF模式 435

参考文献 437