大氣物理數(shù)值模擬重點(diǎn)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)一、大氣物理數(shù)值模擬概述1.大氣物理數(shù)值模擬的定義a.大氣物理數(shù)值模擬是指利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)大氣物理現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和模擬的過程。b.通過數(shù)值模擬，可以研究大氣運(yùn)動(dòng)規(guī)律、天氣變化、氣候變化等問題。c.大氣物理數(shù)值模擬是大氣科學(xué)研究和天氣預(yù)報(bào)的重要手段。2.大氣物理數(shù)值模擬的發(fā)展歷程a.20世紀(jì)50年代，大氣物理數(shù)值模擬開始應(yīng)用于天氣預(yù)報(bào)領(lǐng)域。b.20世紀(jì)60年代，數(shù)值模擬技術(shù)逐漸成熟，應(yīng)用于氣候研究。c.21世紀(jì)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，大氣物理數(shù)值模擬取得了重大突破。3.大氣物理數(shù)值模擬的應(yīng)用領(lǐng)域a.天氣預(yù)報(bào)：通過數(shù)值模擬，預(yù)測未來一段時(shí)間內(nèi)的天氣變化。b.氣候變化研究：研究全球氣候變化對(duì)人類社會(huì)和自然環(huán)境的影響。c.環(huán)境保護(hù)：評(píng)估大氣污染對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境的影響。二、大氣物理數(shù)值模擬的基本原理1.大氣物理數(shù)值模擬的基本方程a.動(dòng)量方程：描述大氣運(yùn)動(dòng)中的動(dòng)量變化。b.能量方程：描述大氣運(yùn)動(dòng)中的能量變化。c.水汽方程：描述大氣中水汽的分布和變化。2.數(shù)值離散化方法a.空間離散化：將連續(xù)的大氣空間劃分為有限個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)。b.時(shí)間離散化：將連續(xù)的時(shí)間過程劃分為有限個(gè)時(shí)間步長。c.離散化方法的選擇：根據(jù)具體問題選擇合適的離散化方法。3.數(shù)值求解方法a.時(shí)間積分方法：如歐拉法、龍格庫塔法等。b.空間積分方法：如有限差分法、有限元法等。c.求解方法的穩(wěn)定性分析：確保數(shù)值模擬結(jié)果的可靠性。三、大氣物理數(shù)值模擬的關(guān)鍵技術(shù)1.高分辨率數(shù)值模擬技術(shù)a.提高分辨率，提高模擬精度。b.研究復(fù)雜地形、海陸分布對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)的影響。c.應(yīng)用于區(qū)域氣候和城市氣候研究。2.非靜力數(shù)值模擬技術(shù)a.考慮大氣運(yùn)動(dòng)中的非靜力效應(yīng)。b.提高模擬精度，適用于中尺度天氣系統(tǒng)研究。c.應(yīng)用于臺(tái)風(fēng)、暴雨等極端天氣事件研究。3.氣候系統(tǒng)模式a.綜合考慮大氣、海洋、陸地、冰雪等多種因素。b.長期模擬氣候變化趨勢。c.應(yīng)用于全球氣候變化研究。四、大氣物理數(shù)值模擬的發(fā)展趨勢1.高性能計(jì)算a.利用高性能計(jì)算機(jī)提高模擬精度和計(jì)算效率。b.應(yīng)用于復(fù)雜大氣現(xiàn)象的研究。c.推動(dòng)大氣物理數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展。2.多尺度模擬a.實(shí)現(xiàn)從全球尺度到區(qū)域尺度再到城市尺度的多尺度模擬。b.研究不同尺度大氣現(xiàn)象的相互作用。c.提高模擬的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。3.智能化模擬b.提高模擬效率和精度。c.應(yīng)用于天氣預(yù)報(bào)和氣候變化研究。1.張曉風(fēng)，李曉亮.大氣物理數(shù)值模擬[M].北京：氣象出版社，2010.2.王曉東，劉曉輝.大氣物理數(shù)值模擬