全球大气静力谱模式是目前世界上各主要数值预报模式研发中心所关注的热点问题,一方面,全球大气静力谱模式对于全球大尺度环流的预报准确性较高,另一方面,也是开发新一代全球大气非静力谱模式的前提和基础。全球大气静力谱模式动力框架是进行该模式开发的核心问题之一,它包括模式大气方程组、空间离散方法、时间差分方案等多个动力学或数值问题。半隐式时间差分方案由于具有较好的稳定性和较大的时间积分步长,所以在全球的数值模式中得到广泛应用,但是半隐式时间差分方案的稳定性一直是半隐式时间差分方案研究的关键问题,对其潜在的不稳定性进行改进,可以提升模式预报的精确性,讨论增加时间积分步长的可能性。因此,稳定性分析是全球大气谱模式中半隐式时间差分方案设计的关键一环,对数值预报模式动力框架设计具有重要参考意义。半隐式时间差分方案是指对模式方程组中线性项使用隐式格式,对非线性残余项使用显式格式的时间差分方案。在应用半隐式方案之前,需要对模式方程组进行线性化,将线性项和非线性残余项分离,线性化是通过围绕一个理想参考大气状态进行的。在对方程组进行线性化之后应用半隐式时间差分方案,可以得到关于模式预报变量的Helmholtz方程,进而可以进行模式积分和求解。由于隐式格式是无条件稳定且显式格式是条件稳定的,所以半隐式格式存在不稳定的可能,根据半隐式方案的设计思路可知,该不稳定性取决于非线性残余项的显式格式设计部分,而参考温度是参考大气的重要参数。对半隐式时间差分方案,以谐波分析法为基础的时间差分方案稳定性分析结果表明,其稳定性与模式预报变量、显式差分算子设计、水平和垂直分辨率、参考温度和时间积分步长等因素有关。参考温度是影响半隐式时间差分方案稳定性的重要因子。本文以随高度垂直变化并且数值高于实际大气的温度参数替代目前模式中使用的恒温大气温度参数作为模式方程组线性化时使用的参考温度,对使用半隐式时间差分方案的全球大气静力谱模式GSM T511进行了改进。实验结果表明:改进模式和原模式对短期和中期的全球大尺度环流位置和强度以及温度场的预报都比较精确,效果相当,但是改进模式对中期预报高纬度环流和高空温度场预报效果较原模式有一定改善,对于200h Pa以下高度场预报精度有明显加强,在预报结果数值稳定性上,纠正了原模式在中期预报中总能量的发散趋势,尤其在时间步长增大时具有更好的稳定性。