《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。
　　《数值预报系统GRAPES的科学设计与应用》主要读者对象为在地球科学领域从事天气、气候、海洋等数值模式、资料同化与数值模拟研究的科学工作者，气象业务部门从事天气预报业务与技术开发的科技人员，计算机科学领域从事并行运算方法研究与技术开发的科技人员，以及高等院校相关学科领域的教师与研究生。

　　第1章  GRAPES资料变分同化系统的科学设计与试验
　　1.1  引言
　　数值预报是数学物理中的一个典型的初值问题，模式积分的初值是根据初始时刻的气象观测资料通过特定的资料同化方案而形成的，因此资料同化在数值预报中占有特殊重要的地位。我国数值预报长期面临大片地区资料空缺，这是我国数值预报精度偏低的主要原因之一。国际上这一困难在近十年中因大量卫星遥感资料在数值预报中的定量应用而基本得以克服。全球与区域同化预报系统（global／regional assimilation and prediction system，GRAPES）的资料同化部分的主要发展目标就是通过建立对卫星观测资料的同化能力，提高我国数值预报初值质量。而卫星遥感资料在数值预报中的定量应用，不仅依赖于遥感技术的发展，也与20世纪90年代起资料变分同化技术的应用有密切关系。这一新的同化方法使与大气模式的基本状态变量呈现复杂的非线性关系的遥感观测资料，如卫星上获取的大气放射的不同频率的辐射强度数据的直接同化成为可能。发展GRAPES资料同化系统可以有不同的技术选择，但由于解决遥感资料的同化是发展新的同化与预报系统的最重要的目标之一，因此GRAPES的新同化系统采用变分方案。本章1.2节给出三维变分同化系统（GRAPES 3D—Var）框架的理论设计与理想试验的结果；1.3节给出变分同化系统中各类观测算子，重点是卫星观测的大气辐射率的同化；1.4节是关于背景场误差的统计与模型；1.5节是在非静力模式同化中一些特殊问题的解决方案，这是由于GRAPES预报模式是非静力而产生的；1.6节是同化一预报循环方案的设计；1.7节是与台风相关的特殊技术问题；1.8节是试验实例的分析；在1.9节讨论三维变分同化系统向四维变分同化系统（GRAPES 4D—Var）的扩展。这部分工作的技术开发已经基本完成，但由于本书的内容都是针对目前的已经业务应用的系统，所以只在本章其他内容的后面作简单的讨论。最后，在1.10节对目前存在的问题与进一步的工作做了简要的讨论。

序
前言
第1章　GRAPES资料变分同化系统的科学设计与试验
1.1 引言
1.2 三维变分同化系统框架的理论设计与理想试验
1.3 同化系统中的观测算子
1.4 背景误差的统计与模型
1.5 非静力模式变量同化
1.6 同化-预报循环方案的设计
1.7 台风相关的特殊技术问题
1.8 三维变分初步试验结果分析
1.9 四维变分同化系统的发展与试验
1.10 小结
参考文献
本章附录　全球三维变分谱滤波算子的向量和矩阵表示

第2章　GRAPES模式动力框架理论设计与试验
2.1 引言
2.2 基本方程组
2.3 时间离散方案
2.4 空间离散方案
2.5 离散化的模式方程组
2.6 边界条件的设置
2.7 有限区域模式的理想场试验
参考文献
本章附录　赫姆霍兹方程的GCR解法

第3章　模式的物理过程
3.1 引言
3.2 云和降水过程
3.3 辐射过程
3.4 边界层过程
3.5 陆面过程
3.6 地形重力波
3.7 物理过程程序结构设计及相互关系
3.8 物理过程的优选试验
3.9 本章小结
参考文献

第4章　软件体系结构和并行处理
4.1 引言
4.2 软件体系结构
4.3 程序模块化编程规范
4.4 模式并行处理
参考文献

第5章　中尺度数值预报系统GRAPES＿Meso
5.1 GRAPES＿Meso系统构成
5.2 GRAPES＿Meso实际资料试验
5.3 结束语
参考文献

第6章　全球数值预报系统GRAPES-Global
6.1 引言
6.2 全球资料同化系统及试验
6.3 GRAPES全球动力模式框架与理想试验
6.4 GRAPES全球模式试验系统
6.5 总结与讨论
参考文献

第7章　基于GRAPES的数值预报业务
7.1 引言
7.2 中国区域降水预报系统
7.3 台风数值预报系统GRAPES＿ TCM
7.4 华南／热带气象数值预报系统GRAPES＿TMM
7.5 业务运行小结
7.6 在其他方面的应用

第8章　总结与展望
8.1 GRAPES系统梗概
8.2 GRAPES反映了我国数值预报科学水平的提高
8.3 GRAPES的进一步发展
8.4 数值预报未来发展展望

附录
附录A GRAPES使用指南
附录B GRAPES3 维变分程序结构
附录C GRAPES模式程序结构
附录D GRAPES的解释应用
附录E GRAPES结果到MICAPS的转换程序