计划项目2001BA607B

1、“十五”国家重点科技攻关计划项目（2001BA607B）中国气象数值预报技术创新研究项 目 简 讯2002年第02期 总第02期项目办公室 二二年五月十四日研究动态 “十五”国家科技攻关计划“中国气象数值预报技术创新研究”项目第一阶段成果推广会在武汉召开国家十五科技攻关项目中国气象数值预报系统技术创新研究第一阶段成果推广会于2002年3月30日在武汉气象区域中心召开。来自中国气象局气象科学研究院、国家气象中心、国家卫星气象中心、香港天文台、兰州大学、各区域气象中心（武汉、广州、沈阳、兰州、成都、上海）以及北京市和云南省气象局等单位的代表共40多人参加了会议。 会议由项目负责人中国气象科学研究院

2、薛纪善副院长主持。湖北省气象局局长朱正义发表了热情洋溢的讲话，并对项目课题组的研究进展及推广速度给予了高度赞扬，同时也提出了地方台站期盼数值预报研究成果推广和服务于业务天气预报的迫切需求。会议向全国气象部门推广了国家十五科技攻关项目中国气象数值预报系统技术创新研究01课题大气观测资料的四维变分同化系统的第一阶段成果，发布大气观测资料三维变分同化软件系统的第一版本。该课题开发研究人员庄世宇博士报告了GRAPES（Global and Regional Assimilation and Prediction Enhanced System）三维变分同化系统，介绍了其原理与方案设计和基本特征，着重展

3、示了系统源程序的模块化文件组织结构、系统的程序流程结构、和系统的数据结构。课题开发研究人员张华、朱国富博士对该系统做了一些具体细节的说明。该报告不仅给出了系统的源程序，而且有助于对它进行较系统的、全貌性的解读。会上还专门复制了10多份该系统软件，分发给各大区域气象中心和其他与会人员。薛纪善副院长在会上还特别指出，这次推广会的目的不在于推广成果本身；目前的版本也许还不是很成熟，主要是想让大家拿去试用、检验，发现问题，及时不断地把问题反馈上来，以便进行进一步的改进，使之更成熟、更合理，并在将来不断推出新的、更趋完善的版本。与会人员还就该系统的安装使用等问题进行了热烈的讨论。此外该项目04课题数值预

4、报支持系统负责人金之雁研究员对系统的编程标准做了具体介绍。 （朱国富 陈贤）项目01课题第5专题召开研讨会讨论雷达资料同化问题3月29日，项目01课题第5专题在武汉召开了雷达资料同化研讨会，讨论了雷达降水资料、风场资料同化的研究进展、应用、实施等问题，制定了有关雷达降水资料及风场资料同化的研究内容、实施方案。01-05专题组长崔春光汇报了“降水资料变分同化技术研究进展”，副组长万齐林、李永平分别做了题为“多普勒雷达风场资料与热带变分同化分析”和“WSR-88D多普勒天气雷达同化研究及业务试验”的报告，就多普勒雷达降水资料、风场资料在中尺度模式预报系统中的同化应用问题、国内外研究进展及下一步的实

5、施方案向与会代表做了详细的介绍。香港天文台的李炳华科学主任介绍了目前香港多普勒天气雷达在业务和科研上的应用与研究开发情况。由于目前雷达资料的应用和同化问题还处于探索阶段，会上大家讨论热烈，兰州大学邱崇践教授和中国气象科学研究院张沛源研究员发表了许多有价值的见解。会议明确了该专题的近期工作目标：根据课题的要求， 05专题“多普勒雷达资料在3D-Var/4D-Var系统中的同化研究”由武汉暴雨研究所、广州热带海洋研究所、上海台风研究所来共同承担。本次会议的主要议题是三大区域中心的成员将已有的工作基础做一个总结，调研国内外相关工作的进展，确定研究内容，制定实施方案。 （陈贤）阶段成果一、资料同化系统

6、完成了第一个资料同化系统的科学设计,计算程序编制与调试,理想情况试验，实际资料的个例试验，并完成了科学文档。已在广州热带与海洋气象科研所进行连续准业务试验，并对国家气象中心业务试验作了安排。正式发布了大气观测资料三维变分同化软件系统的第一版本。国家气象中心、国家卫星气象中心、香港天文台、兰州大学、各区域气象中心（武汉、广州、沈阳、兰州、成都、上海）以及北京市和云南省气象局等单位的科研人员对此系统表示了极大的兴趣，一部分单位准备立即对同化系统进行试验运行。制定了NOAA卫星ATOVS资料的同化分析方案；卫星辐射观测资料的直接同化程序已基本完成。成功地实现了欧洲中心RTTOV6快速辐射传输正演模式

7、、切线性模式、伴随模式与三维变分同化系统的联接，并通过正确性检验；对NOAA卫星ATOVS/AMSU资料的理想试验分析结果表明，该系统能反映微波资料对温度场和水汽场的影响，结果合理。模式框架在广泛调研主要国家最新发展的业务模式的基础上,根据我国业务发展的需求,兼顾到长远向气候系统模式扩展的需要,完成了多尺度通用大气动力模式框架的科学设计与全部程序编制,进入程序调试与试验阶段。这是我国第一个按现代模块化的思路与标准以及高性能计算机的要求设计的数值预报模式,也是迄今为止我国自行设计的结构最复杂的大气模式动力框架。模式开发组的全体同志，在研究中心其它开发组的帮助下，经过不到一年时间的艰苦努力，团结拼

8、搏，完成了中国气象局新一代数值预报模式（GRAPES模式，Global and Regional Assimilation and Prediction Enhanced System）方案的科学设计与200多页的新一代数值预报模式技术手册的撰写，完成了模式程序结构的设计与计算机程序的编写。特别是春节过后，同志们加倍努力，终于在2002年4月下旬，多达4万余行的新一代数值预报模式计算机程序连续运行了20多个小时。这是该模式程序首次调试成功。虽然，新一代数值预报模式离业务应用仍有很大的一段距离要走，但这毕竟是我们万里长征的一个重要里程碑！模式物理过程经过广泛调研世界先进国家最新发展的业务模式的物

9、理过程方案,根据我国业务模式发展的需求, 对适用于中尺度预报的物理参数化方案进行优选和优化，分别选定“WRF ”模式的一整套物理过程参数化方案作为中国“GRAPES”系统中的中尺度模式物理过程参数化的“basic option”，T213L31模式的一整套物理过程参数化方案作为中国“GRAPES”系统中的中期预报模式物理过程参数化的基本选择。借鉴WRF与其他最新模式的物理过程程序包，确定Betts-Miller和Kain and Fritsch对流参数化方案以及Kessler，Lin和NCEP简单冰相三种云微物理方案作为首批研制的程序包。开始积云对流参数化物理过程软件包的编程工作，收集了部分积

10、云对流参数化过程所需的气候场和参数资料，并利用国外先进模式对我国重大灾害性降水天气过程进行模拟试验。开发研究了WRF模式物理过程参数化中的长波辐射方案，短波辐射方案。初步建立了插拔式和模块化程序。对短波Simple和Goddard方案的f90模块进行了柱模式运行, 并与以前的Fortran 77运行的结果进行了比较。在陆面过程方面，仔细阅读了WRF模式中sfclay, slab和mrf方案的相关程序，编写了相关的技术手册。为后面根据新的编程规则建立插拔式的模块打好了基础。为在新的模式预报中引进发展一个与中国国情相适合的陆面过程模式，引进SSIB模式，并根据新的编程规则，将其从Fortran77

11、转成Fortran90，并将之模块化。数值预报支持系统 通过参考欧洲主要发达国家的气象部门制定的编程标准，European Standard For Writing and Documenting Exchangeable Fortran 90 Code、以及美国WRF计划制定的编程标准WRF Coding Conventions-Draft，形成了中国气象数值预报创新系统软件编程标准1.6版。制定了在数值预报内部采用的FORTRAN90的编程标准。建立一套程序转换的辅助工具，已经初步实现了从Fortran77的固定格式向Fortran90自由格式的自动转换。避免了传统的采用手工操作的程序移植

12、方式引起的开发转换周期长、易出错等缺点，为用户的程序转换提供了安全、快捷、方便、直观的人机交互图形界面工具。为了研制我国自己的模式系统的软件框架，同时有利于于国际接轨，最大程度有利于吸收引进国外最先进技术，采用与国际先进模式向兼容的软件框架结构是必要的，该小组剖析了WRF模式的结构和它的并行方法。提出了适合我们模式系统的软件框架，该新模式程序按作用分成三层结构。调用树的最高层对应驱动层，最低层为模式层，中介层位于驱动层和模式层中间。驱动层负责初始化、I/O、建立和管理区域分解、并行、积分的高层控制。为了研制我国自己的模式系统的软件框架，同时有利于于国际接轨，最大程度有利于吸收引进国外最先进技术

13、，采用与国际先进模式向兼容的软件框架结构是必要的，该小组剖析了WRF模式的结构和它的并行方法。提出了适合我们模式系统的软件框架，该新模式程序按作用分成三层结构。调用树的最高层对应驱动层，最低层为模式层，中介层位于驱动层和模式层中间。驱动层负责初始化、I/O、建立和管理区域分解、并行、积分的高层控制。年度目标2002年的总目标： “十五”攻关工作全面展开，集中百分之百的精力，突击完成GRAPES系统的重点核心工作，建成一套简单的GRAPES试验系统，包括基本的资料预处理、资料分析、3D-VAR、绝热动力模式、简单物理过程、结果后处理、图形图像显示等子系统。资料同化方面：与国家气象中心业务模式（H

14、LAFS）对接进行连续同化预报试验；加入更多类型常规观测资料进行同化试验。完成4D-Var框架设计的准备工作（调研）；ATOVS(AMSU)卫星观测辐射率直接同化试验；雷达资料的同化初步研究。进一步改进3D-Var系统，推出版本2.0；静止卫星导出湿度场的同化试验；开始设计4D-Var框架。动力模式方面：完成有限区域绝热动力模式的理想场和一维、二维数值试验，提供赫姆霍兹离散方程的串行计算软件，完成切线性和伴随模式的实施方案，初步完成变格距等面积网格构造方案的编程。完成有限区域绝热动力模式的三维数值试验，提供第一版本的绝热动力模式，调试全球绝热动力模式，完成赫姆霍兹离散方程的并行计算软件制作，调

15、试切线性和伴随模式的技术方案，进行变格距等面积网格构造方案的数值试验。完善有限区域绝热动力模式的数值试验，调试通过全球绝热动力模式，调试通过并提供切线性和伴随模式的初始版本软件，将变格距等面积网格构造方案与全球绝热动力模式连接进行数值试验。物理过程方面：对所开发的物理过程模块进行数值试验，验证其准确性，并与新的模式框架进行联调试验，不断修改物理参数，以取得好的预报效果。同时收集各类物理参数化方案所需的气候场和参数资料。建立包含WRF模式全部物理过程的标准化物理过程软件包，并不断对其进行改进。在对适用于全球中期数值预报的物理参数化方案进行优选和优化，重点研究开发ECMWF_T213的全部物理过程

16、，每一物理过程初步开发出一套方案的标准化模块，同时收集各类物理参数化方案所需的气候场和参数资料。支持系统方面：完成T213L31后处理资料转换成模式初始资料的程序编制，完成主要地表物理场的生成；完成FORTRAN77的COMMON块的分析程序编制。完成模式标准后处理常规物理场的处理与输出，完成以图形方式实现模式区域选择、参数选择、流程控制等程序的编制。完成模式输出的图形动画显示。完成FORTRAN77向FORTRAN90的自动转换；以图形化方式实现数值预报流程控制、参数选择、作业控制。 （徐国强）项目管理课题分解及专题合同签定情况表课题序号专题名称专题承担单位合同签定情况名称负责人01课题三维

17、变分同化框架的建立气科院庄世宇四维变分同化框架的建立气科院朱国富极轨卫星资料（ATOVS）的同化气科院张华、吴雪宝静止卫星资料（导出产品）的同化卫星中心许健民雷达资料的同化试验上海李永平02课题多尺度通用半拉格朗日动力模式系统的研制及应用气科院陈德辉、杨学胜非静力欧拉动力模式框架的研究大气所钟青数值预报模式的诊断与检验方案研究开发气科院杨学胜、闫之辉异模式的匹配、嵌套技术的研究开发气科院张红亮、胡江林多尺度通用模式并行计算技术研究气科院金之雁、伍湘君半隐式半拉格朗日模式算法的研究国防科技大学宋君强等面积网格构造及守恒性研究大气所王斌03课题云微物理和积云对流参数化方案及其伴随模块开发研究气科院徐国强长波和短波辐射方案及其伴随模块开发研究气科院沈元芳边界层过程方案及其伴随模块开发研究大气所宇如聪次网格地形和湍流扩散参数化及其伴随模块开发研究南京大学气象系张耀存陆面过程方案及其伴随