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相似文献
 共查询到16条相似文献,搜索用时 625 毫秒
1.
对球面阴阳网格的转换关系、优缺点及边界数据插值交换方法的相关知识进行了较为详细介绍。同时对应用球面阴阳网格的3种数值计算方法进行了回顾总结,包括优化的Schwarz方法、CIP-CSLR平流数值计算方法、多离散矩有限体积法。针对优化的Schwarz方法,从浅水方程组的离散入手,讨论了其在求解球面椭圆型问题的优势;而对CIP-CSLR平流数值计算方法和多离散矩有限体积法,主要从如何在网格单元内构造插值函数的角度对其进行分析。最后对开发全球非静力阴阳网格模式进行展望。  相似文献   

2.
大气数值模式离散垂直动量方程时,一般而言气压梯度力和重力不易维持严格的静力平衡关系。为精确平衡数值离散的垂直气压梯度力和重力,基于高精度多矩约束有限体积方法引入完全平衡数值公式,即以满足静力平衡关系的热力学参考态对重力源项进行数值离散构造,发展了适用于非静力大气的完全平衡多矩约束有限体积方法。一维标准数值试验表明,完全平衡多矩约束有限体积方法能在较粗糙的计算网格点上保持静力平衡参考态的数值计算误差在计算机的单精度(10-6)和双精度(10-14)水平,在具有小量级扰动的初始条件下,完全平衡多矩约束有限体积方法能较好地模拟扰动的传播,二维非静力热泡试验进一步验证了完全平衡多矩约束有限体积方法对非静力大气运动的模拟能力。数值试验结果验证了所发展方法的完全平衡属性和适用性,这为非静力大气模式发展提供了良好参考价值。  相似文献   

3.
刘洁  彭新东 《大气科学》2017,41(5):1076-1086
阴阳网格上的质量守恒算法对于阴阳网格在全球模式构建和应用具有重要意义,是模式长期稳定积分和保证计算效果的重要性能指标。本研究在已有的质量均匀分布假定下阴阳网格守恒强迫算法的基础上,构建网格内质量的双线性分布和边界通量线性分布的质量守恒强迫算法,以提高阴阳网格平流计算的精度和模式积分的稳定性。运用CIP-CSLR平流方案对通量形式平流方程数值求解,分别通过"余弦钟"平流试验、正弦波试验和变形流试验对质量双线性分布、边界通量线性分布的新方案与质量和通量均匀分布的原方案进行了对比,标准化误差和标量场分布均表明新方案可有效提高阴阳网格守恒算法的计算效果,且计算负担没有明显增加,具有较好的实用价值。  相似文献   

4.
李江浩  彭新东 《气象学报》2013,71(4):709-718
通过多种理想试验对正定、保形守恒型有理函数插值半拉格朗日平流方案分别在平面直角坐标以及阴阳网格球面坐标中进行了计算性能分析,并采用多种误差模对守恒型有理函数插值半拉格朗日平流方案的网格收敛性进行评估。结果表明,采用分段有理函数插值的守恒型半拉格朗日平流方案可以有效消除不连续分布处的数值振荡、保证正定性,物理场平滑分布时维持1-2阶收敛速度;而在不连续点或大梯度区域以及应用分维技术的多维算法都会通过有理函数的降阶特性,影响平流计算的收敛阶数,并且,在球面坐标中受球面曲率的影响,守恒型有理函数插值半拉格朗日平流算法的网格收敛速度有所降低。  相似文献   

5.
阴阳网格上质量守恒计算性能分析   总被引:3,自引:1,他引:2  
李江浩  彭新东 《大气科学》2013,37(4):852-862
质量守恒数值计算是球面准均匀阴阳网格构造全球大气环流模式的重要条件,也是提高阴阳网格应用质量的重要技术手段。本文针对通量形式平流方程,在球面坐标上采用多种理想数值试验对阴阳网格上的三种守恒计算方案和边界插值非守恒计算方案进行了比较检验。发现,质量守恒方案不仅对全球数值积分重要,还影响数值计算精度,满足局地守恒条件的全球强迫守恒方法可以获得较高的精度;网格内质量均匀分布的阴阳网格边界通量一致性守恒强迫计算方案,实现了在不增加计算误差条件下保证局地和全球守恒的目的,且具有很小的计算负担,可以作为阴阳网格上全球质量强迫守恒的有效计算方案;而网格质量的线性分布可以有效提高阴阳网格的数值积分计算精度,但在一定程度上会增加计算负担。  相似文献   

6.
PRM标量平流方案在GRAPES全球预报系统中的应用   总被引:4,自引:0,他引:4  
如何更好地模拟水物质的分布,对于数值天气预报效果的改进,特别是对于更好地模拟降水过程,具有重要的意义。半拉格朗日模式中的标量平流计算要求做到高精度、守恒、正定和保形,但GRAPES_GFS (Global-Regional Assimilation and PrEdiction System, Global Forecast System) 中采用的QMSL(Quasi-Monotone Semi-Lagrangian)平流方案在水汽的强梯度、不连续区域计算精度较低,且不能做到严格守恒。本研究借鉴计算流体力学领域的研究进展,将一个基于分段有理函数的物质平流方案PRM(Piecewise Rational Method)引入GRAPES_GFS中,按照通量形式求解水汽方程,并对极区进行了混合等技术处理。通过一系列理想试验对两种平流方案进行了对比,证明了PRM方案精度较高,特别是在水汽梯度大的区域优势明显,频散、耗散误差较小,守恒、保形性也要好于QMSL方案。通过对GRAPES_GFS中批量预报试验效果的检验,验证了PRM方案可以有效地改进模式对水物质分布的模拟,提高了降水的预报效果,对模式综合预报性能的提升也有明显作用。  相似文献   

7.
游性恬 《大气科学》1996,20(4):473-481
本文给出了一种渐变网格及其相应的数值积分方案,并利用线性平流方程,分别采用该渐变网格、不等距网格和3种嵌套网格共5种方案进行数值试验。结果表明,在套网格方案中,采用精度较高且截断误差相近的不同格式进行嵌套计算误差较小;而变网格(包括渐变网格和不等距网格)方案既能简化积分过程,又能避免反射波,从而明显地提高了计算精度。  相似文献   

8.
谢邵成 《气象学报》1991,49(1):11-20
本文在Smolarkiewicz(1983)方案的基础上,提出了一种新的正定平流方案。它是无条件计算稳定的,形式简单、物理意义清楚且阻尼小,能够很容易地应用到多维模式中。文中通过一简单的平流试验,与其它几种有名的正定平流方案进行了比较;最后将这种方案应用到国家气象中心细网格有限区域业务预报模式水汽预报方程中,避免了原水汽计算方案产生严重负水汽的问题,并对24h降水预报场进行分析。  相似文献   

9.
分别采用3种应用比较广泛的水汽方程差分方案:多维正定平流传输方案(MPDATA)、通量修正传输方案(FCT)和两步保形平流方案(TSPAS),对大气物理所9层大气环流模式(IAP 9L AGCM)的降水模拟作敏感性试验,分析比较3种方案下模式降水气候平均场的差异,从而揭示模式降水对水汽方程差分方案的敏感性.试验结果显示,不同的水汽方程差分方案对大气环流模式降水的气候模拟有较大影响,并由此从3种差分方案中为IAP 9L AGCM寻找出一种较好的水汽计算方案.  相似文献   

10.
艾细根  刘宇迪 《气象》2015,41(6):707-707
为了模拟球面平流传输过程,本文基于球面阴阳重叠网格设计了一种两时间层半拉格朗日平流方案.该方案在球面坐标下采用新型的LE水平跳点网格,同时针对阴阳网格重叠区,采用了不同插值方法进行比较分析,且进行了相关的理想数值试验对方案设计效果进行评估.数值试验表明方案设计是成功的,阴阳网格重叠区平流对插值方案比较敏感;半拉格朗日方案能较好地模拟球面刚体平流和变形涡旋的结构、位置及演变过程,并具有较好的数值稳定性和较高的数值精度.  相似文献   

11.
A positivity-preserving conservative semi-Lagrangian transport model by multi-moment finite volume method has been developed on the cubed-sphere grid. Two kinds of moments(i.e., point values(PV moment) at cell interfaces and volume integrated average(VIA moment) value) are defined within a single cell. The PV moment is updated by a conventional semi-Lagrangian method, while the VIA moment is cast by the flux form formulation to assure the exact numerical conservation. Different from the spatial approximation used in the CSL2(conservative semi-Lagrangian scheme with second order polynomial function) scheme, a monotonic rational function which can effectively remove non-physical oscillations is reconstructed within a single cell by the PV moments and VIA moment. To achieve exactly positive-definite preserving, two kinds of corrections are made on the original conservative semi-Lagrangian with rational function(CSLR)scheme. The resulting scheme is inherently conservative, non-negative, and allows a Courant number larger than one.Moreover, the spatial reconstruction can be performed within a single cell, which is very efficient and economical for practical implementation. In addition, a dimension-splitting approach coupled with multi-moment finite volume scheme is adopted on cubed-sphere geometry, which benefitsthe implementation of the 1 D CSLR solver with large Courant number.The proposed model is evaluated by several widely used benchmark tests on cubed-sphere geometry. Numerical results show that the proposed transport model can effectively remove nonphysical oscillations and preserve the numerical nonnegativity, and it has the potential to transport the tracers accurately in a real atmospheric model.  相似文献   

12.
An adaptive 2 D nonhydrostatic dynamical core is proposed by using the multi-moment constrained finite-volume(MCV) scheme and the Berger-Oliger adaptive mesh refinement(AMR) algorithm. The MCV scheme takes several pointwise values within each computational cell as the predicted variables to build high-order schemes based on single-cell reconstruction. Two types of moments, such as the volume-integrated average(VIA) and point value(PV), are defined as constraint conditions to derive the updating formulations of the unknowns, and the constraint condition on VIA guarantees the rigorous conservation of the proposed model. In this study, the MCV scheme is implemented on a height-based, terrainfollowing grid with variable resolution to solve the nonhydrostatic governing equations of atmospheric dynamics. The AMR grid of Berger-Oliger consists of several groups of blocks with different resolutions, where the MCV model developed on a fixed structured mesh can be used directly. Numerical formulations are designed to implement the coarsefine interpolation and the flux correction for properly exchanging the solution information among different blocks. Widely used benchmark tests are carried out to evaluate the proposed model. The numerical experiments on uniform and AMR grids indicate that the adaptive model has promising potential for improving computational efficiency without losing accuracy.  相似文献   

13.
A 3D compressible nonhydrostatic dynamic core based on a three-point multi-moment constrained finite-volume (MCV) method is developed by extending the previous 2D nonhydrostatic atmospheric dynamics to 3D on a terrain-following grid. The MCV algorithm defines two types of moments: the point-wise value (PV) and the volume-integrated average (VIA). The unknowns (PV values) are defined at the solution points within each cell and are updated through the time evolution formulations derived from the governing equations. Rigorous numerical conservation is ensured by a constraint on the VIA moment through the flux form formulation. The 3D atmospheric dynamic core reported in this paper is based on a three-point MCV method and has some advantages in comparison with other existing methods, such as uniform third-order accuracy, a compact stencil, and algorithmic simplicity. To check the performance of the 3D nonhydrostatic dynamic core, various benchmark test cases are performed. All the numerical results show that the present dynamic core is very competitive when compared to other existing advanced models, and thus lays the foundation for further developing global atmospheric models in the near future.  相似文献   

14.
高精度迎风偏斜格式的比较与分析   总被引:1,自引:0,他引:1  
冯涛  李建平 《大气科学》2007,31(2):245-253
利用一种具有任意阶精度的一般显式有限差分公式构造出高精度迎风偏斜格式,并利用 Fourier分析法评估了这些迎风偏斜格式的耗散误差与频散误差。结果表明,偶阶精度格式的数值相速度快于实际相速度,而奇阶精度格式的数值相速度慢于实际相速度。并且,偶阶精度格式的耗散误差与频散误差低于相邻的奇阶精度格式。为了检验这些格式的计算性能,在一维问题上进行了应用。首先,考虑恒定风场条件下的一维平流试验。主要选择两种不同的初始条件来评价数值格式的精度,这两种试验问题分别是高斯函数、方波函数。试验结果表明,随着数值格式精度的提高,数值格式的误差逐渐减小。而对于高于六阶精度的格式来说,改进的程度并不是很大。其次,应用各阶格式到具有两种不同初始条件的无粘Burgers方程。数值结果表明,随着数值格式阶数的增加,数值结果也得到了明显改进。而对于高于六阶精度的格式来说,进一步的变化并不明显。总之,在兼顾效率与精度条件下六阶迎风偏斜格式是最好的。  相似文献   

15.
高分辨区域输送模式中不同输送格式的对比试验   总被引:3,自引:0,他引:3  
本文对两种输送格式在理论试验的基础上,引入19层高分辨区域输送模式EM3,由中尺度模式(MM4)提供实例输送风场,积分至13、18、30、50、70小时,作分析和对比数值试验。采用的两种格式是:二阶动量矩守恒的Prather格式(以下简称为SOM)及通量订正的Smolar格式。数值试验结果表明,高精度的SOM格式使数值扩散减小一个量级, 使输送物质(SO#-[2])中心浓度比Smolar格式增大3~4倍, 采用SOM格式还明显改进了浓度中心水平平均运动轨迹的模拟精度,选择高精度的平流格式是改进模拟结果的重要途径。  相似文献   

16.
Summary Four numerical methods suitable for the calculation of transport are compared on a linear two-dimensional advection equation. It is found that a mass-compensation algorithm which removes negative values has also a beneficial effect on the accuracy of schemes which are of higher order but are not positive. It is shown by numerical experiments, that the upstream spline advection scheme combined with a mass compensation is prefereable for some applications rather than other high accurate positive schemes like the flux-corrected transport scheme.With 3 Figures  相似文献   

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