数值模式中的回溯时间积分格式

在对微分方程初值问题的数值计算中 ,当采用前向或后向差分格式时有两个时间层次 ,而当用中央差分格式时则有 3个时间层次 .由于把预报问题提为初值问题 ,因此只有一个初始场的信息被利用 .本文从扩展信息源的角度出发 ,对微分方程的时间积分提出了一种新格式——回溯时间积分格式 ,并对在大气、海洋、水文等常用的平流方程进行了实例计算 .制约动力系统的微分方程可以写为 : u/ t=F ( u,t) ( 1 )其中 ,u为状态变量 ,F为除局地变化项外的所有项 ,称为源函数 ,设时间间隔为△ t,式 ( 1 )的时间中央差格式为 :u( t △ t) =u( t-△ t) 2△ t…     

植被内水平风速脉动特征

利用QDF型热线微风仪在农田植被内进行了水平风速脉动的观测。初步认为,植被内水平风速脉动具有比裸地湍流度大、脉动强度小、短周期振动强、湍流积分尺度小的特征,且随时间变化平稳,其时间结构函数基本符合“2/3”幂律(τ≤16秒)。     

植被内水平风速脉动特征

利用QDF型热线微风仪在农田植被内进行了水平风速脉动的观测。初步认为,植被内水平风速脉动具有比裸地湍流度大、脉动强度小、短周期振动强、湍流积分尺度小的特征,且随时间变化平稳,其时间结构函数基本符合“2/3”幂律(τ≤16秒)。     

小麦田水平风速的湍流统计特征

本文采用湍流统计理论,分析小麦田内外水平风速脉动特征。观测资料由分设在麦田内外两测点的四个不同高度取得。结果表明,麦田植被内水平风速脉动特征近似地符合局地各向同性湍流理论,即当τ不大时(τ<20秒),时间结构函数遵从“2/3幂律”;在高频区,一维无量纲谱符合“-5/3幂律”;小麦(抽穗期)植被内风速脉动具有比裸地湍流度大、湍流强度小、欧拉空间尺度小的特征。此外,引入线性系统观点,以单输入线性系统模式讨论了麦田内水平风速脉动的响应特性。     

m-Laplacian型拟线性抛物方程解的整体存在性

证明了如下抛物方程解的整体存在性和梯度估计ut-d iv{σ(|u(t)|2)u(t)} g(t,x,u,u)=0,Ω×[0,∞)。初边值条件为u(x,0)=u0∈W1,0 p0(Ω),u(x,t)Ω=0,0≤t< ∞。其中:Ω是RN的有界区域,σ(|u(t)|2)是形如σ(|u(t)|2)=|u|m的函数,m>0,且g(t,x,u,u)是非线性扰动,形如ts|x|μuα|u|β 1。在假设Ω的平均曲率为非负,且‖u0‖p0,p0≥max{2N(β-m),2αN,2}较小的情况下,可以推导出‖u‖∞的估计,并得出广义解是整体存在的。     

地区小天气图的分型和应用

根据“地区小天气图”的流场分型,结合△P_(24)、△e_(24)、△T_(24)的变化情况,可以寻找预报指标或建立预报模式,作为日常中、短期预报的工具。如“小天气图”上出现“西北风流场、+△P_(24)”——天气将转晴、并可维持2—3天以上;“对口风流场、-△P_(24)、+△e_(24)”——当天将有降水,在夏季有较大的雷阵雨;春秋季节“偏东风流场、△P_(24)由正转负、+△e_(24)”——1—2天后天气转阴雨;四、五月份“西南风流场、+△T_(24)、-△e_(24)”——一般2—3天内天气晴好。“小天气图”     

天气学散度公式的一种证明方法

天气学上,空气速度场犷=矿(M,t)二“(x,夕,z,t)j’ +。(x,夕,:,t)了+切(x,少,z,t)灭是一个非定常场,它的散度尸·矿=止坦-十一鱼二十』望一 axJ夕az表示即时散度,并且有ld占犷j犷dt“厂·矿诊厂一tJ一刁这里犷表示空气块(即空气质点)的体积,这就是天气学散度公式。因此天气学上定义空气速度场的散度是:空气块在单位时间里单位体积的体积改变量。 在数学上,一般研究的是定常场,设矢量场为诬=万(M)=尸(x,y,z)了+Q(x,y,z)玄+R(x,夕,z)百则场中一点M处的散度定义为时刻开始,萨不再随时间改变的话,那么萝,(M,,卜”表示单位时间里穿出闭曲面“…     

山东内陆和半岛雷暴大风的环境物理量特征

应用探空资料对2009—2016年4—9月山东省205次雷暴大风天气过程的12个大气环境物理量参数进行统计分析,研究各月山东内陆和半岛地区雷暴大风物理量参数的月平均和阈值。结果表明,(1)T_(850-500)、CAPE和K指数在内陆高于半岛,T_(850-500)在4—6月明显高于7—9月,K指数和CAPE值在7—8月最高。(2)在4—6月T_(850-500)≥26℃的比率50.0%～75.8%;在内陆6—8月、半岛8月CAPE≥500 J/kg的比率为50%～76.1%;在内陆4—5月、半岛5—6月DCAPE≥500 J/kg的比率为52.4%～57.1%;在7—8月K指数≥30℃的比率为58.3%～88.9%。(3)5—9月θ_(se700-850)月平均值-1℃;7—8月SI的月平均值1℃、LI的月平均值0℃。(4)内陆4—5月、半岛4月和7—8月风暴强度指数≥250的比率在70%以上。内陆6—8月、半岛7—9月强天气威胁指数≥150的比率在75%以上。(5)内陆5—8月、半岛4—5月大风指数17 m/s的比率在75%以上。(6)内陆4—5月、半岛4—6月和8—9月500 h Pa风速≥12 m/s的比率在84.0%以上,850 h Pa以偏南风为主,风速较小。     

森林近地层大气湍流特性观测分析

利用长白山森林生态系统定位研究站观测资料,及2003年8月和9月涡旋相关资料,分析和比较了该地区近地层包括风速、风向、大气稳定度在内的平均场特征,以及湍流强度、无量纲化风脉动方差相似性和地表通量变化特征。结果表明:(1)8月和9月稳定度都基本集中在0附近;(2)风速2 m·s-1的环境中,湍流发展最为旺盛,随着风速的增大湍流强度先迅速减小,当风速增大到3 m·s-1后,湍流强度偏离0值变大了一些,再继续增大到一定风速大小以后,湍流强度基本不随风速变化;(3)无量纲化三维风脉动方差符合Monin-Obukhov相似理论的"1/3"定律,其最佳通用相似函数在稳定和不稳定条件下都可以拟合得到;(4)地表通量均表现出明显的日变化特征,8月以潜热为主,感热较小;9月仍以潜热为主,但是相比8月明显偏小,感热变化不大。     

风电场理论与实际出力的比较研究——以甘肃酒泉桥东第一风电场为例

以甘肃省桥东第一风电场为例,针对风电机与大气流场之间的相互作用,研究了单台风电机和整个风电场的理论出力与实际出力特征。结果表明:(1)单台风电机的实际出力与理论出力之比平均为0. 7,而风电场的风资源利用率平均值约为50%;(2)在该风电场中风电机尾流效应造成风速下降62. 4%;(3)风电场中风电机的实际出力空间分布特征与风速的分布特征基本一致,从上游到下游依次减小,同时呈现中心小两侧大的特征。     

中国大气中的水汽平均输送

大气中水汽平均输送的计算公式如下:式中g为重力加速度,q为某气压层上的平均比湿,p_0和p_10分别为地表和100毫巴等压面上的大气压,V为给定时间内该地区的平均风速。若设U是纬向风速,v是经向风速,则: 大气中水汽的纬向输送为 大气中水汽经向输送为 本文利用了全国10O余个探空站(1961—1970)10年的平均资料,计算了如下一些量: 1.我国上空850毫巴、700毫巴、500毫巴高度上每月和全年的水汽输送; 2.每月和全年水汽的纬向输送; 3.每月和全年水汽的经向输送; 4.整层大气中每月和全年的水汽总输送量和输送方向。     

江苏沿海近地层强风风切变指数特征研究

利用江苏沿海5座测风塔长序列(连续42个月)、高时间分辨率(10 min一次)的梯度风、气温、气压等观测资料,分析不同地区、不同高度层的风切变指数变化规律,并筛选出对江苏产生较大影响的7次台风和17次寒潮天气过程,分析强风条件下的风切变指数变化特征。结果表明:(1)风切变指数随环境在0. 15～0. 26之间变化,风机有效风速段和15 m·s-1特征风速段的风切变指数分别平均为0. 20和0. 19,不同高度层之间风切变指数随高度增加而减少,随风速增大呈对数关系减少。(2)台风影响时垂直混合运动强烈,风切变指数变小,平均为0. 19。台风中心经过时的风切变指数和风速具有M型变化形态,最低为0. 05,加上风向剧变,易对风机叶片产生破坏。(3)寒潮影响时的风切变指数平均为0. 22,小于同期平均。风速倒置现象明显,在50～100 m之间风切变指数为负值的出现概率超过8%,50 m高度处容易出现近地层的最大风速层。     

T_42中期数值预报和T_21 6-10天延伸预报的统计检验

本文采用数值预报标准化统计检验方法,对1992年3-4月T_(42)500hPa72~b-120~b高度预报场以及在T_(42)资料的基础上,运用T_(21)模式制作的6-10天延伸预报500hPa高度场进行了检验,结果表明,T_(42)模式的精度虽然与欧洲中心的模式精度相比有一段距离,但T_(42)的预报能力业已达到较高水平;T_(21)模式第10天预报的趋势相关系数还可达0.6以上,即对中期预报具有可参考价值.     

台风的内力指向何方?

一般都认为台风的内力在北半球都是指向北方,这种看法值得讨论。台风的内力主要是因为台风环流内部各点柯氏力的分布不均而引起的。柯氏力F=2Vωsinφ,其中V是风速,ω是地球自转角速度,φ是纬度。从上式可看出台风环流内部各点F的大小与各点所在的纬度φ及风速V~*有关,若单从φ这个因素来看,由于台风环流北侧各点的φ_N大于处在南侧各点的φ_s,所以F_N>F_s~(**)(见图一a)F_N-F_s=△F,这个净增力△F是指向北方的(符号为正)这就是我们通常所说的台风内力是指向北方的道理。但是,如果我们再考虑V的因素,情况就不竟然完全如此了,甚至常常出现相反的情况,如V_s>V_N时(见图一b),当大到足够量时,也就是V的作     

论大气环流的季节划分和季节突变 Ⅰ:概念和方法

本工作系列讨论大气环流的季节划分和季节突变问题.本文是第一篇,提出普适的概念、理论和方法,使大气环流和其他气候场的季节划分和季节突变定义建立在客观定量的基础之上.首先用两个场的相关系数R作为其相似性度量,也可以用归范化的两个场之差的根方值d作为差异性的度量.当存在着冬、夏季的典型场F_n和F_s时,取任何时刻t函数F与F~*≡(F_w+F_s)/2之差F~'作为变量场,则其与F~'_w≡F_w-F~*的相关系数R_w(t)及标准根方差d_w(t)可以作为F与其冬季典型的相似性或差异性度量.R_w与d_w~2之间有一定关系,一般只研究R_w即可.(1)可以定义冬季对应于1≥R_w(t)>0.5,夏季为-1≤R_w(t)<-0.5,过渡季节为-0.5相似文献   

3个全球模式对近地层风场预报能力的对比检验

为了使检验的预报风速具有可比性,首先利用WRF模式对3种常用全球环流预报场(ECMWF、GFS、T639)在中国区域进行4个典型月的10 km水平分辨率的降尺度计算,再利用中国400座测风塔同期观测资料对24 h内70 m高度的风速预报性能进行了对比检验。结果表明:(1)从4个典型月的全风速检验情况来看,ECMWF预报效果略好于GFS,T639稍差,但三者做简单的集合平均可获得最优的预报结果;(2)3种全球预报场降尺度后的预报风速误差平面分布比较相似,整体来看,内蒙古、东北和沿海部分区域误差较小,内陆地区误差较大,尤其在高原和内陆复杂地形下预报效果不佳;(3)从预报风速在4个风速区间的平均检验情况来看,在(0,3]m·s-1和(3,15]m·s-1区间内,ECMWF的TS评分略好一些,在(15,25]m·s-1区间GFS的TS评分最高,在25 m·s-1以上ECMWF具有明显优势;(4)在(3,15]m·s-1区间,3种全球环流预报场的风速预报误差平均在35%左右,ECMWF略好于GFS,GFS略好于T639;(5)从各测风塔点位最优预报效果的全球场统计情况来看,在(3,15]m·s-1区间内,有55.5%的点是ECMWF效果最优,24.8%是GFS最优,19.7%是T639最优。     

超声波测风仪风速的不同算法误差分析

超声波测风仪与气象业务用风向标测风仪相比具有诸多优势,可为气象业务中风向风速观测急需解决的较多问题提供解决方案。为促成超声波风速仪尽早在气象部门业务应用,同时解决资料同化等问题,研究和选择适用于超声波测风仪的风速平均(平滑)算法显得极为重要。为此,从超声波测风仪测量原理出发,介绍了超声波测风仪获取数据的特点;利用台站获取的超声波测风仪风速的秒数据,采用不同时段、不同平均(平滑)方法,计算风速多种形式的平均值,通过统计、分析和比较,获得了标量和矢量不同算法下风速平均值的特性差异及其之间的误差,进一步验证了标量平均大于矢量平均的结论。通过对超声波测风仪的风速算法研究及其误差分析,对减小因算法带来的风速测量误差提供方法,同时探讨了超声波测风仪在气象业务使用的可能和方向。     

敦煌戈壁不同近地层大气稳定度下的感热交换系数

首先利用空气动力学法,计算分析了敦煌戈壁2000年9月—2001年9月的感热交换系数Ch的特征,计算得到Ch的年平均值为0.00203±0.00045。敦煌戈壁的Ch在近中性和中性条件下(-0.01<ζ<0.01,ζ为Monin-Obukhov大气稳定度参数)为常数,Chn≈0.0020;在稳定条件下(ζ≥0.01),Ch比较小,随地表风速的增大而增大,趋于Chn,它们之间存在的关系是:Ch=0.0012 0.0003ln(V);在不稳定条件下(ζ≤-0.01),Ch比较大,随地表风速的增大而减小,也趋于Chn,它们之间存在的关系是:Ch=0.0026-0.0002ln(V)。本文还利用地表温度、一层气温和一层风速近似计算了总体Richardson数Rb,判定大气的层结稳定度,再根据该稳定度来选择感热交换系数。     

论大气环流的季节划分和季节突变 I:概念和方法

本工作系列讨论大气环流的季节划分和季节突变问题.本文是第一篇,提出普适的概念、理论和方法,使大气环流和其他气候场的季节划分和季节突变定义建立在客观定量的基础之上.首先用两个场的相关系数R作为其相似性度量,也可以用归范化的两个场之差的根方值d作为差异性的度量.当存在着冬、夏季的典型场F_n和F_s时,取任何时刻t函数F与F~*≡(F_w+F_s)/2之差F~'作为变量场,则其与F~'_w≡F_w-F~*的相关系数R_w(t)及标准根方差d_w(t)可以作为F与其冬季典型的相似性或差异性度量.R_w与d_w~2之间有一定关系,一般只研究R_w即可.(1)可以定义冬季对应于1≥R_w(t)>0.5,夏季为-1≤R_w(t)<-0.5,过渡季节为-0.5相似文献   

1976—2017年内蒙古最大风速时空特征分析

利用内蒙古58个国家级气象站1976—2017年逐日最大风速资料,分析了逐日最大风速在全年时段及四季时段内的平均值和极大值的时空变化特征。结果表明:全区年平均最大风速为6.8m·s-1,四季平均最大风速分别为8.0(春)、6.4(夏)、6.4m·s-1(秋)和6.2m·s-1(冬),以春季最大、冬季最小。最大风速在各时段的平均值在空间分布上均存在两个高值区,分别位于阿拉善盟东北部—巴彦淖尔市西北部、包头市北部—乌兰察布市北部—锡林郭勒盟西北部;两个低值区,分别位于鄂尔多斯市东部—呼和浩特市中南部、呼伦贝尔市东北部;以及两个在冬—春时段出现的季节性高值区,分别位于兴安盟南部—通辽市北部、锡林郭勒盟偏南部—赤峰市西部。最大风速的极大值的时空分布特征与平均值的基本相似,仅春、秋季在空间分布上出现局部高值区。全区大部分测站逐日最大风速在全年时段和四季时段中的平均值和极大值都有减小的趋势,其中以春季的减弱倾向最为明显,对全年趋势演变的贡献最大。全区大部分测站最大风速的平均值和极大值在20世纪90年代以后出现明显的突变现象。