具体描述
《现代数值预报业务》介绍了我国业务数值预报的技术能力、业务体系和预报水平，内容包括数值预报技术的发展历史与所面临的重大科学技术问题，资料同化、数值模式、集合预报的主要理论和技术方法，天气与气候数值预报、集体概率预报、专业(专项)数值系统的业务发展水平与系统，数值预报的检验评价、产品解释应用方法，以及高性能计算机等数值预报支撑技术的水平与业务状况。
气象学前沿：大气动力学与气候模拟 本书聚焦于现代气象学和气候科学领域最核心的理论基础与前沿技术，旨在为对大气运动规律、长期气候变化以及数值预测方法有深入研究兴趣的读者提供一个全面、深入的知识体系。全书内容紧密围绕大气动力学基本方程的推导、复杂大气环流系统的解析、以及地球系统模式的构建与应用展开。 第一部分：大气动力学基础与非线性系统理论 本书首先系统回顾了经典流体力学在气象学中的应用，特别是欧拉方程和纳维-斯托克斯方程在地球大尺度运动背景下的简化与修正。详细阐述了科里奥利力、地转平衡、梯度风平衡等概念的物理内涵及其在边界层和自由大气中的适用性。 深入探讨了热力学第一定律和第二定律在湿空气过程中的应用，重点分析了湿绝热过程、凝结加热的辐射效应，并引入了潜在涡度（PV）理论作为诊断和预报中尺度对流系统与天气系统（如阻塞高压、极涡）演变的关键工具。 特别辟出一章讨论非线性动力学在气象学中的体现，包括Rossby波的色散关系、斜压不稳定理论（对锋面和气旋的生成机制提供动力学解释），以及混沌理论在长期天气预报不确定性中的地位。通过对原始方程组的数学特性分析，揭示了数值求解中必须面对的时间尺度分离问题和惯性重力波的显式处理。 第二部分：中尺度气象学与边界层物理 本部分将视角聚焦于影响局地天气和人类活动更为直接的中尺度过程。详细介绍了重力波、惯性重力波的激发机制及其对天气系统的垂直耦合作用。 边界层部分深入剖析了大气边界层（PBL）的结构、湍流混合过程及其对地表能量平衡的反馈。涵盖了相似理论（Monin-Obukhov相似理论）的推导与应用，对稳定层、中性层和对流层内的湍流输送进行了量化描述。同时，讨论了地形对气流的影响，包括山脉抬升、下沉气流、峡谷风和局地环流（如海陆风）的动力学机制。 重点分析了对流触发机制，从热力学不稳定（CAPE、CIN）到动力学抬升（辐合线、干对流等），并详细描述了雷暴的生命史、组织化结构（如飑线、超级单体）的形成和维持的物理基础。 第三部分：地球系统模式构建与数值方法基础 本部分转向现代气象研究的核心工具——地球系统模式（ESM）的构建原理与方法。 首先，系统介绍了数值模式的框架结构，包括动力框架（如Arakawa C网格、Staggered C网格）、物理参数化方案的必要性以及它们在解决次网格过程中的作用。在数值求解方面，详细阐述了时间积分方案，重点比较了显式、隐式及半隐式方法的特点，特别是如何处理音波和重力波的稳定性约束。 专门章节讨论了同化技术在初始化预报场中的关键作用。涵盖了数据同化理论的演进，从早期的最优插值（OI）到现代的四维变分同化（4D-Var）和集合卡尔曼滤波（EnKF）方法。通过具体的数学框架，展示了如何有效地融合观测信息来约束大气初始状态。 最后，本书探讨了气候模拟的特定要求。讨论了气候漂移、模式偏差的来源，以及不同时间尺度的模拟策略（如季节预测、年代际变化）。重点分析了海洋、冰雪圈、陆面过程与大气模式的耦合机制，阐述了当前地球系统模式在模拟全球碳循环、气溶胶输送和生物地球化学反馈中的前沿进展与挑战。本书强调，理解这些组件间的复杂交互是进行可靠长期气候预测的基础。
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