為描寫不同類型的大氣運動而建立的閉合方程組。實際大氣各種運動的複雜性，既表現為運動形式和物理過程的多樣性和複雜性，又表現為描寫運動方程組的求解的複雜性。一種好的大氣模式既要反映某種大氣運動的特色和本質，又不能使數學處理過於複雜。因此，大氣模式的建立和實現是非常重要的。
基本介紹
- 中文名：大氣模式
- 類別：模式
- 對象：大氣
- 特點：描述性
簡介,分類,平衡模式,原始方程模式,準地轉模式,
簡介
描述模式大氣的閉合方程組。它能夠由氣象要素場的初始狀態確定其未來的狀態。大氣模式是在不失去大氣主要特徵的情況下，將非常複雜的實際大氣理想化和簡化後的數學模型。實際大氣的複雜性，既表現為從分子的個別雜亂運動到遍及整個大氣圈的大範圍的有規則運動，也表現為物理過程的複雜性和多樣性。對於研究大氣大尺度運動的短期變化來說，在數值預報發展的早期，有一種簡化方法，即允許把大氣視為絕熱的、無粘性的乾燥空氣。後來，數值預報中考慮的模式大氣，已從這種簡單的模式發展為較複雜的非絕熱大氣模式了。
大氣模式
大氣模式分類
大氣模式按運動類型可分為大尺度運動模式、中小尺度運動模式等；按不同用途可分為數值天氣預報模式、大氣環流模式、氣候模式等；按在鉛直方向的特徵可分為正壓模式（即一層模式）和斜壓模式（如多層模式）；按物理過程的不同可分為準地轉模式、準水平無輻散模式（即平衡模式）、原始方程模式和非靜力模式等；按數值天氣預報的水平範圍可分為有限區域模式、半球模式和全球模式等；按計算方法的不同可分為差分模式、譜模式等。
平衡模式
平衡模式假設靜力平衡成立，風壓場之間滿足平衡方程：
其中ψ為流函式。地轉關係是平衡方程的一個特例。平衡模式中除包含平衡方程外，尚有渦度方程、熱流量方程和連續方程。平衡模式比準地轉模式複雜，它的實際效果比理論上預期的小。由於它和準地轉模式都濾去了聲波和重力波，平衡模式和準地轉模式又稱過濾模式。
原始方程模式
靜力平衡下的原始的流體力學和熱力學方程組為原始方程模式（見大氣動力方程）。其中，濾去了鉛直聲波，仍保留重力波。模式對初值、邊值、計算方法等較敏感。成功的關鍵在於仔細的處理初值，以得到協調的場。通常要濾掉初始場的重力波，或保留高頻波中的低頻部分，對於以後產生的重力波，則要在計算方案中加以抑制。實踐表明，原始方程模式的預報準確率比過濾模式有明顯提高。主要原因是原始方程模式中考慮了天氣發展的因子，如地轉偏差、鉛直速度等，比過濾模式考慮得更加完全，並考慮了風場和氣壓場之間適應的機制（見大氣地轉適應）。由於過濾模式受到準無輻散假定的限制，因此所求出的鉛直速度總是比原始方程模式的小。此外，用原始方程模式處理各種物理過程，也比用過濾模式更簡單、更直接。
大氣模式可按不同用途分為數值預報模式和大氣環流模式等；按大氣運動鉛直方向的特徵又可取一個層次的正壓模式（見正壓大氣），或多層次的斜壓模式（見斜壓大氣）等；按預報的水平範圍不同可分為全球模式和有限區域模式等；按計算方法不同可分為差分模式和譜模式等（見數值天氣預報常用計算方法）。
準地轉模式
準地轉模式是假設靜力平衡和地轉平衡（見大氣運動的平衡狀態）總成立，即使遭到破壞也能立即恢復的模式。 在這種模式中， 若不考慮摩擦和非絕熱加熱的作用，用氣壓P 作鉛直坐標， 則大氣運動可以用如下的渦度方程和熱流量方程來描寫：
這裡，是P 坐標系中的鉛直速度；f為科里奧利參數，fo為某參考緯度上的f；為靜力穩定度參數；θ為位溫;φ是位勢高度；，為拉普拉斯算符；，為雅可比算符,其中A、B 指任意物理量。準地轉模式濾去了聲波和重力波，並使預報問題歸結為解一個預報φ場的微分方程：
此式十分簡單，它使數值預報在機器容量和速度都較小的情況下得以實現。準地轉模式能比較成功地預報大氣運動的一些重要現象，在中高緯度地區效果更好。此模式除了不適用於低緯度地區外，預報結果還有明顯的系統性偏差，如所預報的低壓往往偏弱而高壓偏強等。
