大氣運動數值試驗

對不同的大氣模式用電子計算機進行試驗，以揭示各種大氣運動發生、發展的物理成因和機制。例如用數值模擬的方法研究颱風等天氣系統的形成和大氣環流的演變等。這種試驗可以為提高天氣預報準確率提供參考依據。它是在數值天氣預報的基礎上發展起來的，其所用的模式和方法，和數值天氣預報中所用的模式相似。

概述

但它和模型實驗不同（見大氣運動模型實驗），既不受幾何相似和動力相似的限制，也不受實驗技術和工藝水平的限制，凡能用流體力學和熱力學方程組（見大氣動力方程）精確描述的大氣現象，都可以通過數值試驗進行模擬。這種試驗，可以控制不同的物理過程和外邊界條件，以了解它們對大氣環流和天氣系統的影響；可以進行氣候變化和氣候形成的研究；還可以探討一些尚不太了解的現象，如平流層臭氧對環流的作用等（見平流層和中層大氣環流）。儘管它是20世紀50年代後才發展起來的，然而卻已成為研究大氣環流和天氣演變過程的新途徑和有效方法，它是使大氣科學從定性的、描述性的學科發展成定量的試驗性學科的重要標誌。

大氣環流數值試驗

進行這種數值試驗時，必須建立一個包括影響大氣環流的重要物理因子如輻射、凝結加熱、地形、海-氣或地-氣熱量交換和邊界層的作用等在內的流體力學和熱力學方程組，簡稱大氣環流模式。對於次格線物理過程，則用參數化方法處理。為了簡便並了解大氣環流演變的全過程起見，通常用假想的場或氣候平均值作初始場，如設大氣是靜止的、等溫的等等。為了避免人為邊界條件的影響，計算範圍大多是全球的，至少也是半球的，因而大都採用球面坐標。這種試驗的積分時間一般比較長，對於計算的精度和穩定性的要求也比較高。

1956年，N.A.菲利普斯首次用兩層準地轉模式進行了大氣環流的數值試驗。隨後，這種方法便迅速發展起來,60年代以後,比較完善的試驗如美國國家海洋大氣局地球物理流體動力學實驗室(GFDL)的大氣環流模式，和美國國家大氣研究中心(NCAR)的模式等，均已取得一定的成功。但是，這些模式和數值天氣預報一樣，仍有許多不太完善的地方，其中最主要的是參數化問題，而這對大氣環流模擬的影響，又比對中期和短期數值天氣預報的影響為大。另外，對低緯度大氣動力學和邊界層動力學的考慮,也需要進一步改善。大氣環流數值試驗,已不僅局限於平均狀態的模擬，對環流的變化（季節變化和氣候變化等）的模擬，也有相當的成效。

其他數值試驗

除了大氣環流數值試驗外，其他如：颱風、強風暴（見雷暴）和龍捲等的發生和發展，地形對溫壓場和流場的作用，氣壓場和風場的調整（見大氣地轉適應）等的數值試驗，也取得了一定的效果。所用的試驗方法和在大氣環流中所用的相似，但由於運動尺度、所在緯度和下墊面等條件不同，其所考慮的物理因子也各不相同。例如，對於強風暴和龍捲，不能引用靜力方程；對於颱風，須著重考慮積雲對流引起的凝結潛熱的釋放等。已有的這些數值試驗表明，可以模擬出成熟的颱風的三維結構，如颱風眼、螺旋形雨帶、流出層的不對稱性和負絕對渦度區等；用模擬青藏高原的模型，還可以計算出西風急流在迎風面分支、背風面匯合、且北支急流較強等現象（見青藏高原氣象學）；對於小尺度系統，如小地形產生的背風波等，也得到了和實況近似的結果。

這些試驗可以使我們加深對大氣中各種尺度運動和天氣過程演變規律的認識，並促進數值天氣預報的發展。

參考書目

中國科學院大氣物理研究所編著：《近代氣象學若干問題的進展》，科學出版社，北京，1975。