第一部分 目標與基本要求
本課程是氣象科學(xué)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)課，主要介紹數值天氣預報的基礎知識、基本原理和基本方法：首先介紹大氣運動(dòng)的基本方程組、地圖投影及坐標變換等數值天氣預報的基礎知識；在此基礎上，重點(diǎn)講述數值計算方案的基本原理；結合所講述的基本知識和基本原理，重點(diǎn)介紹正壓原始方程模式、斜壓原始方程模式的設計及其數值解法；并簡(jiǎn)單介紹了正壓渦度方程譜模式的設計原理；最后對數值預報的初、邊值問(wèn)題和物理過(guò)程的參數化問(wèn)題進(jìn)行一定的介紹。
本課程的目標和基本要求是：學(xué)生能夠系統地理解數值天氣預報的基本原理；切實(shí)地掌握制作數值天氣預報的方法；初步具備設計數值天氣預報模式的能力；為從事數值天氣預報業(yè)務(wù)、數值預報產(chǎn)品釋用、數值模擬研究等打下基礎。
第二部分 內容與考核目標
第一章、 大氣運動(dòng)的基本方程組及垂直坐標變換
1、掌握坐標
系的定義，熟悉
坐標系方程組的優(yōu)缺點(diǎn)；
2、掌握大氣運動(dòng)方程組垂直坐標變換的基本方法；
3、了解數值模式的基本分類(lèi)，理解過(guò)濾模式和原始方程模式的區別。
第二章、 地圖投影坐標系中的大氣運動(dòng)基本方程組
1、熟悉地圖投影相關(guān)的基本概念；
2、掌握正形投影的基本概念；
3、熟悉常見(jiàn)的三種地圖投影的主要特點(diǎn)；
4、理解地圖投影坐標系下網(wǎng)格點(diǎn)上地圖放大系數的主要計算步驟；
5、理解拉密系數的物理意義；理解地圖投影坐標系中拉密系數和地圖放大系數的關(guān)系；
6、熟悉水平坐標變換的方法，會(huì )利用水平坐標變換得到地圖投影坐標系的方程組。
第三章、 數值計算方案
1、熟悉差分方法的主要思想，掌握差分格式的構造方法；
2、熟悉差分格式需滿(mǎn)足的基本性質(zhì)；
3、掌握確定差分格式線(xiàn)性穩定性判據的方法，能對不同類(lèi)型差分格式的穩定性進(jìn)行分析；
4、掌握常用時(shí)間積分格式的構造方法；熟悉常用時(shí)間積分格式的基本特點(diǎn)；
5、理解有限差分格式所引起的各種誤差；了解減少這些誤差的方法；
6、掌握非線(xiàn)性計算不穩定現象、產(chǎn)生的原因，并理解其常用的抑制方法；
7、理解平滑對波動(dòng)的波長(cháng)、波數、振幅等的影響；
8、 掌握正平滑、逆平滑和正逆平滑對不同波長(cháng)波動(dòng)的影響；
9、 掌握三點(diǎn)平滑、五點(diǎn)平滑和九點(diǎn)平滑的使用方法。
第四章、 正壓原始方程模式
1、了解正壓原始方程模式的設計思想、模式的基本特點(diǎn)；
2、熟悉應用有關(guān)假設，導出模式的預報方程；
3、掌握正壓原始方程模式具有的積分性質(zhì)；
4、了解正壓原始方程模式線(xiàn)性穩定性判據的推導，理解模式時(shí)間積分步長(cháng)的選擇依據；
5、理解守恒差分格式的概念；
6、熟悉差分算符的表示方法；
7、掌握一次守恒格式和二次守恒格式的概念及其構造方法，熟悉正壓原始方程模式二次守恒格式的構造方法；
8、掌握三步法時(shí)間積分格式的構造方法；
9、掌握正壓原始方程模式顯式時(shí)間積分方案的設計方法；
10、熟悉六點(diǎn)隱式時(shí)間積分格式的構造方法及其特點(diǎn)，了解半隱式格式的構造方法及其特點(diǎn)。
11、掌握模式的數值求解的方法；熟悉正壓原始方程模式的設計流程，會(huì )編制正壓原始方程模式。
