数值预报系统GRAPES的科学设计与应用

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页数:383
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出版时间:2008-6
价格:58.00元
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isbn号码:9787030218599
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  • 气象
  • 数值预报
  • GRAPES
  • 气象学
  • 科学计算
  • 模式设计
  • 数据同化
  • 预报业务
  • 高性能计算
  • 大气科学
  • 数值模拟
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具体描述

《数值预报系统GRAPES的科学设计与应用》为国家“十五”科技攻关重点项目研究成果。全书详细叙述了数值天气预报系统的科学设计方案及其在实际数值预报业务与研究中的应用,内容包括资料变分同化系统、一体化模式动力框架、模式的物理过程、模式的并行计算的科学方案,以及所建立的区域中尺度与全球预报系统的结构和在国家级与区域级业务数值预报中心运行的结果,并将本系统移植与运行中的关键技术问题作为《数值预报系统GRAPES的科学设计与应用》的附录,供系统应用者参考。

《数值天气预报方法与技术》 一、 前言 天气预报是人类社会活动的重要基础,精确的天气预测能够显著降低自然灾害带来的损失,保障人民生命财产安全,促进经济社会可持续发展。随着科学技术的飞速进步,数值天气预报(Numerical Weather Prediction, NWP)已成为现代天气预报的核心技术。本书旨在系统阐述数值天气预报的基本原理、关键技术、模型构建以及在实际业务中的应用,为天气预报领域的科研人员、技术人员以及相关专业学生提供一份全面而深入的参考。 二、 数值天气预报的基本原理 1. 大气动力学基础: 介绍描述大气运动和演变的控制方程组,包括Navier-Stokes方程(动量方程)、连续性方程(质量守恒)、热力学方程(能量守恒)以及水汽方程(水汽守恒)。深入剖析这些方程的物理含义,解释它们如何表征大气的各种物理过程。 2. 数值化方法: 探讨将连续的偏微分方程转化为离散形式的数值方法。详细介绍有限差分法、有限体积法以及谱方法等在时间、空间上的离散化技术,并分析不同离散化方法在精度、稳定性和计算效率方面的优劣。 3. 地球物理流体动力学: 讲解地球曲率、科里奥利力、离心力等地球物理效应如何影响大气的运动,以及如何在数值模型中正确处理这些效应。 三、 数值天气预报的关键技术 1. 初始场分析与同化: 观测资料处理: 详细介绍常规气象观测(地面站、探空、雷达、卫星)以及非常规观测(飞机报、船舶报、GPS-IPW等)的资料特性、质量控制方法以及在模型中的应用。 资料同化技术: 深入阐述资料同化(Data Assimilation)的核心思想,即如何将实时观测资料与模型预报结果相结合,以生成最优的大气初始状态。重点介绍变分同化(3D-Var, 4D-Var)、卡尔曼滤波(Ensemble Kalman Filter, EnKF)等主流同化方法,分析其数学框架、优势和局限性,以及在实际业务中的应用策略。 2. 预报模型设计与构建: 模型框架: 介绍全球模型与区域模型的区别与联系,以及如何根据预报时效和分辨率选择合适的模型。 物理过程参数化: 详细讲解如何将中小尺度(无法直接解析)的物理过程(如辐射传输、边界层过程、云微物理过程、积云对流、地表过程等)通过参数化方案(Parameterization Schemes)引入模型。阐述不同参数化方案的设计思路、物理基础以及对预报结果的影响。 数值积分方案: 讨论时间积分方法的选择,如显式、隐式和半隐式方法,以及如何保证模型的稳定性和计算效率。 3. 集合预报技术: 集合预报原理: 阐述集合预报(Ensemble Forecasting)的核心思想,即通过生成多个预报,来表达预报的不确定性。介绍集合成员的生成方法,如初始场扰动(Perturbed Initial Conditions)和模型扰动(Perturbed Model Physics)。 集合产品与应用: 讲解如何从集合预报数据中提取概率预报、集合平均、集合离散度等信息,以及如何利用这些产品进行更可靠的天气预报和风险评估。 4. 后处理技术: 统计后处理: 介绍模型输出统计(MOS)、偏差订正(Bias Correction)等统计方法,用于订正模型预报的系统性偏差,提高预报精度。 格点产品生成与应用: 讲解如何将模型预报的原始格点数据转化为面向公众、农业、交通等不同用户需求的预报产品,如降水、温度、风等要素的预报图。 四、 数值天气预报的应用 1. 短期、中期、长期预报: 阐述数值预报在不同时间尺度预报中的应用,包括逐小时预报、三日预报、七日预报以及更长期的气候预测。 2. 灾害天气预警: 介绍数值预报在识别和预警台风、暴雨、干旱、寒潮、强对流天气等灾害性天气中的作用,以及如何通过精细化预报提升预警能力。 3. 行业应用: 探讨数值天气预报在航空、航海、农业、能源(风电、光伏)、城市规划、环境保护等领域的具体应用案例,展示其社会经济价值。 4. 与人工智能的融合: 展望数值天气预报与人工智能(AI)技术的结合,如利用AI进行模型加速、参数化方案优化、观测资料质量控制以及预报产品智能化生成等,共同提升天气预报的效率和准确性。 五、 结论与展望 本书对数值天气预报的科学设计与技术实现进行了全面的梳理。未来,随着观测技术的不断进步、计算能力的持续提升以及理论研究的深入,数值天气预报将朝着更高分辨率、更准确、更精细化的方向发展,为社会发展提供更强大的支撑。

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拿到《数值预报系统GRAPES的科学设计与应用》这本书,我立刻被它所涵盖的广度和深度所吸引。作为一名对科学技术前沿保持高度敏感的读者,我一直在寻找能够深入了解国家级数值预报系统内部运作机制的优质读物。GRAPES,这个名字背后所代表的,是中国在气象科技领域不断突破的实力。我迫切希望这本书能够详细阐述GRAPES的“科学设计”理念。这不仅仅是关于数学公式和编程技巧,更是一种将复杂大气现象进行简化、抽象和量化的科学思维过程。我期待书中能够详细介绍GRAPES在物理过程模拟方面的细节,例如对云、降水、辐射、湍流等关键物理过程的参数化方案是如何设计的,以及这些方案是如何在计算模型中实现和优化的。同时,我也非常关注GRAPES在计算效率方面的策略。毕竟,数值预报需要处理海量数据和进行大量的并行计算,如何高效地利用计算资源是系统成功的关键。这本书能否揭示GRAPES在算法优化、并行计算、高效存储等方面所采用的技术手段?我非常期待。

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当我看到《数值预报系统GRAPES的科学设计与应用》这个书名时,我脑海中立刻浮现出无数关于天气演变奥秘的思考。作为一名对科学前沿孜孜不倦的探索者,我一直对数值预报系统在现代气象预报中的关键作用感到着迷。GRAPES,作为我国自主研发的重要数值预报系统,其背后的科学设计和实际应用,无疑是我想要深入了解的核心内容。我非常期待书中能够系统地介绍GRAPES的“科学设计”哲学。这不仅是关于具体的算法和数据处理流程,更是关于科学家们如何理解和模拟复杂的大气系统。我希望看到书中对GRAPES在数据同化、模式物理过程参数化、以及数值计算方法等方面的详细阐述,例如它如何有效地融合海量的观测数据,如何精确地模拟云、降水、辐射等关键物理过程,以及它在计算精度和效率上的权衡。同时,我也迫切希望了解GRAPES的“应用”情况。一个理论设计再精巧的系统,其最终价值在于实际应用的效果。我希望书中能够提供一些GRAPES在实际天气预报业务中的案例,展示它在短期、中期、乃至气候预测方面的性能,以及它如何为防灾减灾、经济社会发展提供科学支撑。

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《数值预报系统GRAPES的科学设计与应用》这个书名,无疑点燃了我对气象预报领域最新科技的探索热情。作为一名长期关注环境变化和气象科技发展的爱好者,我深知数值预报系统在现代气象服务中的核心地位。GRAPES,作为中国自主研发的先进数值预报系统,其科学设计和应用情况一直是我非常好奇的。我期待这本书能够为我揭示GRAPES的“心脏”——它内部精密的算法和模型结构。我希望书中能够详细介绍GRAPES在数据同化方面的先进技术,例如如何有效地融合观测数据,如何处理不确定性,以及如何构建高质量的初始场。这对于提高预报的准确性至关重要。另外,我也非常关注GRAPES的“应用”部分。预报模型的最终价值体现在其应用层面,我希望书中能够展示GRAPES在不同时间尺度(短期、中期、长期)和不同天气现象(降水、大风、台风等)上的预报能力,并提供具体的案例分析。我希望能够了解到GRAPES是如何服务于实际的天气预报业务,如何为防灾减灾、气候变化研究等领域提供决策支持。如果书中还能包含GRAPES的未来发展方向和技术趋势的展望,那就更完美了。

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当我看到《数值预报系统GRAPES的科学设计与应用》这个书名时,脑海中立刻浮现出无数关于天气变化背后奥秘的思考。作为一名对气象科学有着浓厚兴趣的普通读者,我一直渴望能有一本书,能够系统地、深入地解答我心中的疑惑。GRAPES,这个听起来就充满科技感的词汇,预示着这本书将带领我走进数值预报的深层世界。我希望这本书能够以一种循序渐进的方式,从最基本的大气物理学原理入手,逐步构建起数值预报模型的核心框架。我尤其关注的是书中对于“科学设计”的解读。一个成功的数值预报系统,绝非简单的代码堆砌,而是科学理论、数学方法和计算技术的完美融合。我期待书中能够详尽阐述GRAPES在设计过程中所遵循的科学原则,例如如何有效地模拟大气运动方程组,如何处理各种尺度上的物理过程,以及如何保证模型的稳定性和准确性。我希望能够了解到GRAPES在数值离散化、时间积分、边界条件处理等方面的具体技术细节,这些都是影响预报精度的关键环节。同时,我也希望书中能够穿插一些GRAPES在发展过程中所遇到的科学挑战以及研究人员如何克服这些挑战的故事,这不仅能增加阅读的趣味性,也能让我更深刻地理解数值预报研究的艰辛与伟大。

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《数值预报系统GRAPES的科学设计与应用》这个书名,仿佛是一扇通往气象科学奥秘的大门,让我充满了探究的欲望。作为一名对地球科学和信息技术交叉领域充满好奇的读者,我一直对天气预报背后的“黑科技”感到着迷。GRAPES,作为我国自主研发的先进数值预报系统,其背后的科学设计理念和实际应用成效,是我一直非常想深入了解的。我尤其关注书中对GRAPES“科学设计”的阐述。这意味着我希望能看到关于模型框架、动力框架、物理过程参数化、以及数值方案等方面的详细介绍。我期待书中能够解释,GRAPES在构建一套能够准确描述大气运动和演变的数学模型时,是如何考虑各种尺度、各种物理过程的相互作用的。例如,它如何处理不同尺度的天气系统,如何模拟海气相互作用,如何考虑地形的影响等等。这些都是科学设计中的关键挑战。同时,我也非常想了解GRAPES的“应用”方面。它如何被集成到实际的业务预报流程中?它在提高预报精度、延长预报时效、以及应对极端天气事件方面,取得了哪些显著的成就?书中是否能提供一些实际案例,说明GRAPES的预报产品是如何被应用到防灾减灾、农业生产、航空航海等各个领域的?

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《数值预报系统GRAPES的科学设计与应用》——光是书名就足以激起我探索的欲望。作为一名对现代科学技术充满好奇,尤其是对能够影响我们日常生活方方面面的气象科技领域抱有浓厚兴趣的读者,我一直对数值预报系统的幕后运作感到好奇。GRAPES,作为一个国家级的数值预报系统,我相信这本书一定会带给我许多全新的认知。我尤其期待书中能够深入浅出地阐述GRAPES的“科学设计”过程。这不仅仅是技术细节的堆砌,更重要的是它背后所蕴含的科学思想和工程智慧。我希望能够了解到GRAPES是如何处理大气方程组的,如何进行数值离散化的,以及如何通过各种物理过程的参数化方案来逼近真实的物理过程。我特别感兴趣的是GRAPES在处理非线性问题和混沌特性方面的策略,毕竟大气系统本身就极其复杂。同时,我也非常关注这本书的“应用”部分。预报模型最终是为了服务于社会,我希望书中能够展示GRAPES是如何被实际应用于天气预报业务的,例如它在制作台风路径预报、强降雨预警、短时天气预报等方面的具体应用,并希望能看到一些成功的案例分析,让我直观地感受到GRAPES的价值。

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《数值预报系统GRAPES的科学设计与应用》——这个书名犹如一把钥匙,即将为我开启数值预报领域深邃而迷人的世界。作为一名对气象科学抱有浓厚兴趣,并希望深入了解现代气象预报核心技术的爱好者,我对GRAPES这个名称充满了期待,因为我知道它代表着我国自主研发的先进水平。我迫切希望这本书能够详尽地解读GRAPES的“科学设计”理念。这不仅仅是关于数学模型和算法,更是关于科学家们如何将复杂的大气物理过程抽象、简化,并转化为计算机能够理解和计算的语言。我希望能够了解到GRAPES在动力框架、物理过程参数化、以及数值方案选择上的科学考量,例如它如何平衡计算精度与效率,如何处理不同尺度的大气现象,以及如何应对数值模型的稳定性问题。同时,我也对GRAPES的“应用”部分寄予厚望。一个强大的数值预报系统,最终要体现在其预报产品的质量上。我希望书中能够展示GRAPES在各种天气现象预报上的实力,例如台风、暴雨、干旱等,并提供一些实际的预报案例分析,让我能够直观地感受到GRAPES对提高天气预报准确性和服务能力的贡献。

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这本书,从书名《数值预报系统GRAPES的科学设计与应用》来看,就已经让我充满了好奇。GRAPES,这个缩写本身就带着一种神秘感,让我联想到复杂的算法、精密的模型,以及背后庞大而精密的科学体系。我一直对气象预报的背后原理深感兴趣,但市面上能深入浅出讲解数值预报模型设计的书籍并不多。很多资料要么过于晦涩难懂,要么流于表面。这本书的出现,让我看到了填补这一空白的希望。我期待它能够系统地介绍GRAPES这个数值预报系统的整体架构,从最基础的物理方程组出发,到如何将其转化为计算机可执行的代码,再到整个系统的运行流程和数据处理机制。我特别想了解,GRAPES是如何进行大气状态的初始化,如何进行模式的垂直分层和水平分辨率的设置,以及各种物理过程(如辐射、云微物理、边界层过程等)是如何在模型中实现的。这些都是数值预报模型设计的核心内容,理解了它们,才能真正掌握数值预报的精髓。同时,我也希望能看到书中对GRAPES的“科学设计”部分的详细阐述。这不仅仅是技术的堆砌,更重要的是它背后所蕴含的科学思想和研究方法。例如,GRAPES在模型框架上有没有什么独特的创新?它是否借鉴了其他先进模型的设计理念?在模型参数化方案的选择和优化上,GRAPES是如何做的?这些问题都牵动着我对这本书的期待。

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这本书的题目《数值预报系统GRAPES的科学设计与应用》本身就传达了一种严谨而又充满实践意义的信号。作为一名一直以来对天气现象背后复杂的科学原理感到着迷的普通读者,我渴望找到一本能够系统性地解释数值预报系统是如何工作的书籍,而GRAPES这个名字,更是吸引着我,因为它代表着我国在该领域取得的重要进展。我非常期待书中能够详细地阐述GRAPES的“科学设计”方面。这不仅仅是告诉我们它有什么功能,更重要的是它为什么这样设计,以及这些设计背后的科学依据是什么。例如,GRAPES在模拟大气动力过程时,采用了哪些数值方案?它是如何处理边界条件的?在模拟物理过程方面,比如云的形成和降水,又是如何进行参数化的?这些都是我一直想深入了解的。另外,我同样关注“应用”部分。一个系统的科学设计,最终要体现在实际应用的效果上。我希望书中能够提供一些GRAPES在实际天气预报中的案例,例如它如何成功预测了某个重要的天气事件,或者在提高预报精度、延长预报时效方面取得了哪些突破。这些实际应用的故事,会让我对GRAPES的价值有更直观的认识。

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当我看到《数值预报系统GRAPES的科学设计与应用》这个书名时,我脑海中瞬间勾勒出了一幅壮丽的科学画卷。对于我这样一名对全球气象科技发展趋势高度关注的读者来说,GRAPES代表着中国在数值预报领域的重要成就,而这本书,则是我深入了解其内在机制的绝佳机会。我非常期待书中能够详细解读GRAPES的“科学设计”哲学。这不仅仅是关于模型的组成部分,更是关于设计者们如何以严谨的科学态度,去理解、去模拟、去预测复杂多变的大气系统。我希望能够深入了解GRAPES在数据同化方面的技术细节,比如它如何融合来自卫星、雷达、地面站等多种观测数据的,如何处理数据中的误差和不确定性,以及如何构建出能够精确反映当前大气真实状态的初始场。这对于预报的准确性至关重要。此外,我也迫切希望书中能够详细介绍GRAPES在模型验证和评估方面的经验。一个优秀的数值预报系统,需要经过严格的科学评估来证明其性能。我希望看到书中关于GRAPES与观测事实的对比分析,关于它在各项预报指标上的表现,以及它在与国际先进模型进行比较时的优势和不足。

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