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（2）物理过程
①现状及主要问题分析
现有版本存在的问题包括：在东亚地区模式前三天的预报技巧下降太快；模式层顶有比较明显的冷偏差；副高预报偏弱；地面温度系统性偏暖，尤其是非洲北部和格陵兰地区；东亚地区900hPa以下温度偏暖，而850hPa附近又偏冷；华南夏季降水偏多，赤道西太平洋降水明显偏弱；云量分布不够合理，辐射收支存在较大偏差；个别台风生成初期环流较弱甚至没有反映，位置误差较大。产生这些问题的可能原因包括：现有物理过程方案来源于不同模式，方案引进以后没有针对各方案的特点进行系统、详细的诊断和细致合理的调试。地面温度系统性偏暖可能与陆面方案对土壤温度和湿度初值均采用气候平均值的处理有关，方案本身对陆面过程和云辐射相互作用的描述不完善也可能是其中的原因。副高偏弱，华南降水偏多，赤道西太平洋降水明显偏弱可能与目前的对流参数化方案不够活跃有关。降水的预报问题与目前全球GRAPES模式的水物质不守恒也有一定的关系，但物理过程参数化的贡献要更大一些。 东亚地区900hPa以下温度偏暖，而850hPa附近又偏冷可能与浅对流和边界层方案的不完善有关。云量分布不够合理、辐射收支存在较大偏差的原因与水凝物含量结合相对湿度诊断云量的方法存在局限性、现有微物理方案的缺陷造成水凝物的预报不完善、水汽和水凝物的正定和守恒性仍需改进有关。边界过程和对流与云的产生也密切相关，需要系统地诊断是否存在这方面的原因。台风预报的问题除了主要与海洋上资料稀少有关外，对流参数化、边界层参数化以及微物理过程对台风过程的描述存在缺陷也是其中的原因。
②重点任务
改进云、降水方案。开展云微物理和对流参数化方案的优化，以及网格尺度和次网格尺度相互作用的研究；改进云降水方案中的主要云物理过程和积云对流方案中的对流触发机制，提高水汽和水凝物的正定和守恒性。
改善辐射收支和能量平衡。在对模式详细诊断的基础上，通过改进次网格尺度云的非均匀性对辐射的影响，引进最新气溶胶资料，改进表面反照率参数化方案，减少辐射收支误差，改善能量平衡。
优化下垫面初值和资料。采用模式6小时预报的背景场与大气分析资料驱动离线的陆面模式获得的土壤温度和湿度的气候值加权平均的初始化方案；引进更新植被、积雪等下垫面资料。
优化物理过程之间相互作用和物理过程与动力框架之间的协调性。通过改进物理过程，合理改进陆面-边界层相互作用、边界层-对流相互作用的描述。研究模式动力框架的垂直分层和模式层顶及最低层高度的设置、变量的分布对物理过程参数化的影响。
③年度计划
2011年，针对各物理过程进行全面系统的诊断方法研究，并利用常规和各种卫星资料，对现有版本进行深入诊断；在此基础上，改进次网格尺度云的非均匀性对辐射的影响和对流参数化方案的对流触发机制以及对流与边界层的相互作用；初步建立陆面初始化方案，进行双参数显式云降水方案批量预报试验，进一步改进降水预报效果。
2012年，在提高垂直分辨率的基础上，实现平流层物理过程的引入；改进与台风强度预报相关的边界层、云和降水等物理过程；云量预报由用水凝物含量结合相对湿度诊断云量的方法， 改进为由动力预报方程预报；改进格点尺度云液水和云冰水预报偏少的“补偿”方法 （主要是针对辐射计算）；实现利用最新气溶胶资料改进表面反照率参数化方案。
2013年，优化次网格积云对流和边界层过程对网格尺度云预报的影响；优化陆面-边界层相互作用、边界层-对流相互作用，并使其与GRAPES全球模式的动力框架相协调；改进陆面过程参数化及初值，减少模式对欧亚大陆区域地表水文参数、热状况参数的模拟偏差；全面完成GRAPES全球模式的升级并进行长时间连续预报试验。
2014-2015年，开展云宏微观特征的预报试验研究，改进云降水方案；评估云方案中主要云物理过程对辐射的影响，为辐射方案提供更合理的云参数预报。开展包含大气的垂直特性、低云的特点、云层特性、对流层逆温、非均匀下垫面的陆面和边界层过程应用研究；结合城市化的信息，引入更详细的微物理过程，减少冰相微物理过程的不确定性。
2.区域模式
（1）现状及主要问题分析
新版GRAPES_MESO （V3.0）自2010年4月业务运行以来，提高了模式的总降雨预报技巧，但也暴露出了一些新的问题，首先是系统运行不稳定，出现计算溢出，造成运行中断；预报偏差太大（高原地形陡峭的东侧降雨量偏大更为明显），模式预报降雨量偏强；进一步分析发现，模式格点尺度降雨过小，模式预报总降雨量主要来自次网格对流降雨的贡献，而且在地理分布上次网格对流降雨在中高纬度地区仍然很强；现有的全国区域三维变分同化系统仍然是非连续的同化分析系统；初始水物质三维结构场不够合理；随着模式分辨率进一步提高，模式地形将更为陡峭，在陡峭地形追随坐标面上的拉格朗日轨迹的精确计算需要进一步改进等。
（2）重点任务
发展全国范围5公里分辨率的精细尺度数值预报模式，重点对模式动力框架的计算精度、稳定性和合理性，以及模式物理过程的协调性与精细化做进一步的研发。需要解决的关键技术包括：模式动力框架的计算稳定性提高与中尺度陡峭地形的处理方法，以及模式标量（水物质、位温）平流的高精度计算；地形、植被分布、土壤特性等高分辨率下垫面的更新应用及精细下垫面非均匀性的预报影响；陆面、边界层过程的精细化应用；结合野外观测试验或其他遥感观测资料的分析，诊断降水物理参数化方案的误差来源，改进模式水物质循环平衡、云模式与降水微物理过程参数化；分析改进高原地形引起的降水偏大的问题；改进小尺度地形动力作用的参数化；模式多重嵌套技术和可移动嵌套技术的开发；模式初始水物质分布场的改进与系统连续循环同化预报；发展以天气雷达和地面自动站资料为主体，包含多种遥感观测资料的中尺度资料同化技术与业务同化系统，改进模式预报的初始场。
以稳定运行的5km模式为基础，研究分析物理过程的整体合理性、物理过程与动力过程的协调关系、模式初值形成、特别是四维变分同化系统的连接和雷达资料的同化应用等，优化提高模式对强天气过程的预报能力。建立可移动小区域（分辨率达2km）的快速分析预报系统（RAFS），并实现业务运行，提供时间间隔小于3小时的预报输出产品以及高时-空分辨率的丰富的中尺度分析产品。
（3）年度计划
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