（2）模式动力框架存在较大局地误差。GRAPES模式动力框架采用成熟的半隐式-半拉格朗日差分基本理论方案，但在具体业务应用时，仍有许多细节问题需要加以完善、改进，需要重点解决复杂地形下的拉格朗日轨迹的精确计算、拉格朗日差分方案的质量守恒性与稳定性、动力过程与物理过程的协调性等问题。
（3）模式物理过程的研究不够深入。物理过程的深层次问题随着模式的发展变得更加重要，需要进一步结合有关观测资料，发展切实可行的诊断方法，弥补这方面的不足。同时，具有中国地理特征、天气气候特点的物理过程参数化方案尚属欠缺或空白，需要通过组织一系列中国区域的针对性观测试验，开展深入研究。
2.业务应用软硬件支撑能力有待提高
数值预报支持系统的支撑能力和应用拓展能力有待完善和加强。随着数值预报业务的深入发展和全面展开，计算机硬件资源严重不足，图形图像软件、GRAPES系统版本管理、诊断分析工具等也不适应复杂、庞大的业务数值预报系统的开发和稳定、可靠、有效运行的需求。
二、指导思想与发展目标
（一）指导思想
以《
国务院关于加快气象事业发展的若干意见》为指导，围绕提高天气预报准确率的核心要求，建立和完善有利于数值预报研发和业务运行体制机制，持续发展以GRAPES模式为核心的我国数值天气预报模式体系，发展符合东亚区域天气气候特征的模式物理过程等模式关键技术和资料同化技术，努力实现GRAPES模式系统成为我国天气业务中的主要数值预报模式系统。
（二）发展目标
1.总体目标
完成以GRAPES系统为核心的新一代业务数值预报体系建设，建立四维变分同化和水平分辨率25公里的全球中期数值预报业务系统以及全球台风数值预报业务系统、全球集合预报业务系统；建立全国5公里分辨率的中尺度数值预报业务系统和区域2公里分辨率三维变分同化/云分析的快速分析预报系统。
2.具体目标
至2015年，将达到以下具体目标：
（1）全球数值天气预报系统：提高全球模式动力框架计算精度和稳定性，优化改进物理过程参数化方案；实现全球三维变分同化业务运行，全球四维变分同化准业务运行；卫星遥感资料占所同化观测资料总量的80%以上；模式水平分辨率达到25公里，垂直分层70层，模式层顶扩展至整个平流层（至50-60公里），北半球可用预报天数达到7.5天以上。
（2）区域数值天气预报系统：整体提高区域模式在东亚地区的预报性能，重点提高针对我国的降水预报能力；实现区域四维变分同化和2公里分辨率三维变分同化/云分析的快速分析预报系统业务运行；实现多普勒天气雷达、卫星、自动气象站等高时空分辨率的局地稠密资料的同化业务应用；全国区域模式水平分辨率达到5公里，垂直分层40层，模式顶高达40公里；全国区域的降水预报TS评分明显提高，其结果对业务预报有重要参考价值。
（3）台风数值预报系统：研制新的台风数值预报初始化技术，改进GRAPES模式系统台风涡旋初值质量；改进GRAPES模式系统物理过程，提高GRAPES对台风强度及降水预报能力；开展GRAPES台风路径集合预报系统扰动方法研究；优化海洋模式，改进海气耦合模式系统耦合技术，实现海气耦合模式在业务中应用。
（4）集合数值预报系统：建立基于奇异向量初值扰动的水平分辨率达50km、30个样本的GRAPES全球集合预报研究系统，并实现试验运行；建立基于奇异向量初值扰动和模式物理扰动的水平分辨率为15km左右、样本数不少于30个的GRAPES区域集合预报系统。
（5）业务应用系统：建立包括常规要素检验、空间检验方法和面向目标的检验方法的GRAPES模式检验分析系统；开展GRAPES模式实时天气学跟踪检验；建立完善的GRAPES产品后处理系统，开发MICAPS格式的产品。
（6）软件开发支撑保障系统：建立业务同化和预报监视信息系统，建立较完整的数值天气预报业务支持系统及软件技术工具，实现完善的版本管理制度。
三、主要任务
围绕本规划确定的发展目标，以提高数值模式预报准确率、业务应用能力和精细化预报为核心，未来5年我国数值天气预报系统发展的主要任务如下：
（一）数值预报业务系统
1.全球模式
重点研究解决GRAPES全球模式动力框架的计算精度和守恒性问题，以及由于使用经纬度坐标产生的高纬度极区格点过渡密集带来的计算问题、物理过程的优化和协调性问题等。
（1）动力框架
①现状及主要问题分析
GRAPES模式动力框架差分方案的精度有待提高。现有版本采用先推导微分方程，再对推导出的微分表达式直接差分，因此对时间积分方程中各计算项之间的平衡考虑不周，特别是对地形项的差分方案考虑存在不妥之处，导致模式在大地形附近计算误差较大。GRAPES现有版本对模式的守恒性考虑不足。模式时间积分中采用的半隐式半拉格朗日方案是非守恒方案，没有保证质量守恒、水物质守恒和位温守恒，这些问题可能会对模式预报性能产生影响。模式的垂直坐标从底层到高层均为地形高度坐标，坐标的设计导致模式在对流层高层计算误差普遍偏大。模式在南北两极的处理过于简单，由于球面极坐标系格点在极区辐合，带来计算不稳定性，并引起计算精度下降等奇异性问题。
②重点任务
设计考虑地形影响的差分方案。设计包括地形影响项的新计算方案，采用对微分方程直接差分，再导出预报变量的时间积分方程的差分格式，同时通过重新设计各计算项的差分方案，在Helmholtz方程中每一点气压设计从原方案中的周围19点改为27点，以提高气压梯度力的计算精度。
改进和完善模式垂直坐标。模式中低层采用地形跟随而在模式高层使用几何高度作垂直坐标，改进模式动力框架高层的计算误差。
构造阴阳网格。改进GRAPES模式在南北两极区的预报效果；构造守恒格式的半隐式半拉格朗日计算方案。
③年度计划
2011年，实现考虑地形影响的差分方案，提高模式计算稳定性，新计算方案使地形项得到更合理的处理， 气压梯度力精度更高，同时实现GRAPES模式高度地形-高度混合坐标；2012年，GRAPES模式高度地形-高度混合坐标的批量测试，增加模式平流层过程，垂直方向上延伸至平流层；2013年，完成守恒格式的半隐式半拉格朗日计算方案；2014-2015年，完成GRAPES阴阳网格模式的开发。
