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相似文献
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1.
斜压原始方程半隐式全能量守恒格式的构造问题长期没有解决。本研究在成功地构造实现其全能量完全守恒的半隐式方案基础上,进行了此守恒方案与欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的σ-坐标原始方程全球谱模式半隐式方案间的实际资料对比实验。实验表明,850hPa平均预报高度场RMS误差在积分一周以后得到明显改进,到第30天其预报误差降低达到了50%,进一步的对比实验表明,对流层中部和下部的月预报平均高度场RMS误差也显降低,而且一些明显的系统性误差也得到大幅度改进。更加详细的分析显示,这些收益的很大一部分是从超长波成分的改进中得到的。这说明,通过构造守恒性时间差分方案消除了响应的计算性系统误差源汇,进而能够使模式气候漂移得到显改进,而这种误差源汇存在于传统的,现仍被普遍采用的斜压原始方程天气气候模式中。  相似文献   

2.
物理守恒保真计算与理想斜压不稳定波模拟的改进   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
钟琦  钟青 《高原气象》2010,29(5):1119-1125
斜压不稳定是大气波动动力学最重要的机制之一,离散数值方案对斜压不稳定发展的描述能力是模式评估的重要内容和模式改进的重要依据。利用斜压原始方程全球谱模式,进行了Jablonowski-Williamson斜压不稳定理想试验,对传统计算方案和物理守恒律保真两方案进行了模拟结果比较,发现通过保持时间离散过程中的全能量守恒,物理守恒律保真方案能够有效地改进传统方案中斜压扰动发生时间延迟的问题,并且在同等条件下增大斜压扰动的发展强度。对涡动动能收支的分析表明,斜压扰动发生时间和发展强度的改进与能量转换的特征有直接联系;在传统方案的基础上,物理守恒律保真方案由于在时间离散中保持了整体物理守恒性质,能量转换率(尤其是斜压转换率)得到显著增强,从而增大斜压扰动的强度,消息改善与中尺度相关的梯度特征等。  相似文献   

3.
有效的正压原始方程拟能守恒保真(拟)谱模式   总被引:4,自引:0,他引:4  
钟青 《大气科学》1995,19(4):445-454
本工作遵循保真计算原理与方法,对正压原始方程气象传统全球(拟)谱模式方案进行改造,构造了正压原始方程拟能完全守恒(拟)谱模式新型保真计算方案,解决了正压原始方程的(非线性)计算稳定性问题和拟能守恒整体性质保持问题,改进了相应正压原始方程气象传统全球(拟)谱模式方案的计算效能。新型保真方案的数值实验表明,计算实践中,新方案在解决拟能守恒问题的同时,可解决(非线性)计算稳定问题,并在一定条件下可解决非线性计算收敛性问题。进一步的比较数值实验还表明,计算实践中,新型保真计算方案在提高相应气象传统方案的计算精度、  相似文献   

4.
数值预报模式动力框架发展的若干问题综述   总被引:14,自引:3,他引:11  
作者就大气数值模式动力框架发展的几个问题做了回顾和展望.关于模式地形的处理,讨论了"地形追随"(terrain-following)坐标和"台阶地形"(step-mountain)η坐标的优点、问题和对策.关于物理量守恒格式的构造,回顾了从"瞬时"守恒到隐式、显示和半隐式完全(包括时间离散)守恒格式的发展和近况,介绍了加速非线性全隐式问题迭代收敛的途径.还讨论了半拉格朗日守恒格式的构造问题.最后,对目前广泛使用的全球谱模式,讨论了其长处、局限和发展前景,并简单介绍了谱元方法.  相似文献   

5.
再论发展方程差分格式的构造和应用   总被引:32,自引:8,他引:32  
季仲贞  王斌 《大气科学》1991,15(2):1-10
【摘 要】本文把一大类大气、海洋方程归结为一种发展方程,具体构造了若干定时间步长的显式完全平方守恒差分格式。并证明在一定条件下,这类格式也具有能量守恒、“广义能量”守恒和“平均尺度”守恒的特性,它表明这类格式具有较好的计算稳定性和省时性。文中还探讨了显式平方守恒格式与隐式平方守恒格式之间的密切联系。最后给出了令人满意的用四波的R-H波作数值检验的结果。  相似文献   

6.
变步长显式完全平方守恒差分格式   总被引:8,自引:0,他引:8  
王斌  季仲贞 《气象学报》1995,53(3):299-305
综合隐式完全平方守恒差分格式和显式瞬时平方守恒差分格式的优点,针对一类非线性发展方程构造了一种通过自动调节时间步长来保持平方守恒性的显式差分格式。它基于加小耗散的思想,但又与小耗散法有所不同。本文取的耗散项不是一般的人工耗散,而是取能够弥补由于时间离散所产生的截断误差的所谓(时间)协调耗散。因此,该格式具有较高的时间精度。在数值试验中,该类格式可取得满意的效果。  相似文献   

7.
半隐式半拉格朗日平方守恒计算格式的构造   总被引:6,自引:5,他引:6  
陈嘉滨  季仲贞 《大气科学》2004,28(4):527-535
在显式半拉格朗日完全平方守恒格式基础上, 构造出半隐式半拉格朗日完全平方守恒计算格式, 它继承了显式半拉格朗日完全平方守恒格式的优点, 并突破计算不稳定柯朗条件对时间步长的约束, 使时间步长大为增长.此外, 还给出这种新的计算格式在一维原始方程上的应用.  相似文献   

8.
赵滨  张博  钟青 《气象科学》2010,30(1):8-14
蛙跳(leapfrog)时间差分格式采用Asselin-Robert时间滤波方案去除计算解能够降低原始方程组的时间差分格式的计算精度,采用二阶Adams-Bashforth格式构造的欧拉前差方案可弥补蛙跳格式的不足,即:在不存在计算解的条件下去除滤波的影响,更大程度的保持方程组的计算准确性。本文基于NCAR CAM3.0(Community Atmosphere Model 3.0)完善的软件平台,将原模式的三时间层蛙跳时间差分方案修改为两时间层二阶Adams-Bashforth时间差分格式,对与重力波有关项使用中央差隐式处理,以此构建半隐式大气环流谱模式。利用动力检验的方法探讨模式对垂直分辨率的敏感性,从而寻找模式在较小计算代价下提高计算效果的可能。通过斜压波实验发现,提高垂直分辨率使模式具有更强的斜压波模拟能力,其模拟效果甚至已经与提高水平分辨率的效果相当,可以作为一种弥补模式运算效率不足的可行方案。  相似文献   

9.
长时效的正压原始方程能量完全守恒(拟)谱模式   总被引:4,自引:1,他引:3  
钟青 《气象学报》1994,52(4):385-396
遵循误差反演补偿新计算原理,对正压原始方程传统气象全球拟谱模式方案进行了改造,构造了正压原始方程能量完全守恒全球拟增模式新计算方案,解决了正压原始方程的(非线性)计算稳定性问题和能量守恒整体性质保持问题,改进了相应正压原始方程传统气象全球拟谱模式方案的计算效能。新方案的数值试验表明:在计算实践上,新方案在解决能量守恒问题的同时,可解决(非线性)计算稳定性问题,并在一定条件下可解决非线性计算收敛性问题。进一步的比较数值试验还表明:在计算实践上,新方案具有在提高相应传统气象方案的计算精度,减少其计算量的同时,延长其计算时效,解决其中一类特定“气候漂移”问题方面的效用。本工作原理也适用于斜压原始方程情形。  相似文献   

10.
三次样条函数(样条格式)为二阶可导非线性格式,但样条格式线性部分是二阶导数中央差。本文在简谐波真解条件下,推导证明二阶导数中央差比一阶导数中央差的空间截断误差以及相速和群速误差均减少一倍。借鉴谱模式动力框架核心思想,高斯网格二维谱变换半隐式-半拉格朗日积分方案,研究准均匀经纬网格样条格式变换显式-准拉格朗日积分方案。引入原始大气运动方程,推导样条格式二阶时空离散准拉格朗日预报方程通式,得出静力守恒气压、气温预报方程,在经纬网格基础上,设计两种基本准均匀经纬网格,通过对压、温、湿、风及广义牛顿力(加速度)场做"经纬网格-准均匀经纬网格"三次样条函数变换,求得"水平双三次曲面+垂直三次样条"拟合上游点三次运动路径,用"匀加速"变率预报风场,进而求得一个时间步长平均"静力平流"三维位移散度场,并用它预报气压场增压和气温场绝热增温,从而实现全球静力质量守恒经纬网格三次样条函数变换显式-准拉格朗日积分方案,经初步积分试验,证明上述动力框架是可行的。  相似文献   

11.
In this paper,two formulation theorems of time-difference fidelity schemes for generalquadratic and cubic physical conservation laws are respectively constructed and proved,with earliermajor conserving time-discretized schemes given as special cases.These two theorems can providenew mathematical basis for solving basic formulation problems of more types of conservative time-discrete fidelity schemes,and even for formulating conservative temporal-spatial discrete fidelityschemes by combining existing instantly conserving space-discretized schemes.Besides.the twotheorems can also solve two large categories of problems about linear and nonlinear computationalinstability.The traditional global spectral-vertical finite-difference semi-implicit model for baroclinicprimitive equations is currently used in many countries in the world for operational weatherforecast and numerical simulations of general circulation.The present work,however,based onTheorem 2 formulated in this paper,develops and realizes a high-order total energy conservingsemi-implicit time-difference fidelity scheme for global spectral-vertical finite-difference model ofbaroclinic primitive equations.Prior to this,such a basic formulation problem remains unsolved forlong,whether in terms of theory or practice.The total energy conserving semi-implicit schemeformulated here is applicable to real data long-term numerical integration.The experiment of thirteen FGGE data 30-day numerical integration indicates that the newtype of total energy conserving semi-implicit fidelity scheme can surely modify the systematicdeviation of energy and mass conserving of the traditional scheme.It should be particularly notedthat,under the experiment conditions of the present work,the systematic errors induced by theviolation of physical laws of conservation in the time-discretized process regarding the traditionalscheme designs(called type Z errors for short)can contribute up to one-third of the totalsystematic root-mean-square(RMS)error at the end of second week of the integration and exceedone half of the total amount four weeks afterwards.In contrast,by realizing a total energyconserving semi-implicit fidelity scheme and thereby eliminating corresponding type Z errors,roughly an average of one-fourth of the RMS errors in the traditional forecast cases can be reducedat the end of second week of the integration,and averagely more than one-third reduced at integraltime of four weeks afterwards.In addition,experiment results also reveal that,in a sense,theeffects of type Z errors are no less great than that of the real topographic forcing of the model.The prospects of the new type of total energy conserving fidelity schemes are very encouraging.  相似文献   

12.
In this paper,two formulation theorems of time-difference fidelity schemes for general quadratic and cubic physical conservation laws are respectively constructed and proved,with earlier major conserving time-discretized schemes given as special cases.These two theorems can provide new mathematical basis for solving basic formulation problems of more types of conservative time-discrete fidelity schemes,and even for formulating conservative temporal-spatial discrete fidelity schemes by combining existing instantly conserving space-discretized schemes.Besides.the two theorems can also solve two large categories of problems about linear and nonlinear computational instability.The traditional global spectral-vertical finite-difference semi-implicit model for baroclinic primitive equations is currently used in many countries in the world for operational weather forecast and numerical simulations of general circulation.The present work,however,based on Theorem 2 formulated in this paper,develops and realizes a high-order total energy conserving semi-implicit time-difference fidelity scheme for global spectral-vertical finite-difference model of baroclinic primitive equations.Prior to this,such a basic formulation problem remains unsolved for long,whether in terms of theory or practice.The total energy conserving semi-implicit scheme formulated here is applicable to real data long-term numerical integration.The experiment of thirteen FGGE data 30-day numerical integration indicates that the new type of total energy conserving semi-implicit fidelity scheme can surely modify the systematic deviation of energy and mass conserving of the traditional scheme.It should be particularly noted that,under the experiment conditions of the present work,the systematic errors induced by the violation of physical laws of conservation in the time-discretized process regarding the traditional scheme designs(called type Z errors for short) can contribute up to one-third of the total systematic root-mean-square(RMS) error at the end of second week of the integration and exceed one half of the total amount four weeks afterwards.In contrast,by realizing a total energy conserving semi-implicit fidelity scheme and thereby eliminating corresponding type Z errors,roughly an average of one-fourth of the RMS errors in the traditional forecast cases can be reduced at the end of second week of the integration,and averagely more than one-third reduced at integral time of four weeks afterwards.In addition,experiment results also reveal that,in a sense,the effects of type Z errors are no less great than that of the real topographic forcing of the model.The prospects of the new type of total energy conserving fidelity schemes are very encouraging.  相似文献   

13.
Summary Rotational energy spectra are examined in experiments with two energy and enstrophy conserving schemes defined on the semi-staggered grid. One of the schemes conserved enstrophy as defined on an equivalent staggered grid, and the other conserved enstrophy as defined on the semi-staggered grid.As predicted by the theory (Janji, 1984), the rotational energy corresponding to the scheme conserving enstrophy as defined on an equivalent staggered grid decreases faster with increasing intensity of the wave number vector than that of the scheme conserving enstrophy as defined on the semistaggered grid. Moreover, the spectrum obtained with the scheme conserving the equivalent staggered grid enstrophy resembles the observed atmospheric spectra in a large part of the admissible wave number range.With 2 Figures  相似文献   

14.
地转风适应过程的数值试验研究   总被引:1,自引:0,他引:1  
陈秋士  卢咸池  王衡 《气象学报》1986,44(3):282-292
本文用C—网格模拟了地转风适应过程,给出了能量及位涡守恒关系和微分方程相一致的一种差分格式,并讨论了时间差分对重力惯性波频散特性的影响。为了保持计算稳定性,提出了一种改进的向前向后时间积分方法。通过实例计算,说明了有限区域各种边界条件对重力惯性波传播的影响。  相似文献   

15.
In this paper,a numerical simulation of the geostrophic adjustment process with C-grid network is illustrated.A difference scheme which has the energy and potential vorticity conserving relation consistent with the differential equations is given,and the effect of some time difference schemes on dispersion of the gravity-inertia wave is discussed.An improved forward-backward time integration scheme is proposed for keeping the computational stability.The effect of various boundary conditions for a finite region model On the gravity-inertia wave is shown by some calculated results.  相似文献   

16.
将三套显式云降水方案移植、耦合到国家气象中心业务有限区数值预报模式HLAFS中, 显式云降水方案包括双参数暖云方案、简化混合相云方案和双参数混合相云方案,明显地改进了原模式预报系统的湿物理过程,特别是对云降水过程的模拟能力.详细介绍了这三套云降水方案的物理过程,以及与动力框架的耦合.  相似文献   

17.
统计及数值模式客观预报已作为当今发布要素预报的重要参考依据,而制作客观预报的基础是初始资料及初始场的分析。气象场的客观分析方法有很多种,主要的有多项式插值法、遂次订正法、变分技术法、特征函数展开法,和统计插值法等。对于客观分析结果的一些特征近年来曾有过不少的研究。例如,对于美国国家气象中心的Hough函数业务客观分析(特征函数展开法的一种)的研究发  相似文献   

18.
物理过程参数化方案对中尺度暴雨数值模拟影响的研究   总被引:43,自引:5,他引:43  
陈静  薛纪善  颜宏 《气象学报》2003,61(2):203-218
利用中尺度非静力MM 5模式和中国 2 0 0 1年 8月的 4个暴雨个例 ,研究了非绝热物理过程对中国暴雨动力和热力场预报的影响 ,深入分析了对流参数化方案在中尺度暴雨预报中的作用 ,讨论了利用模式扰动方法开展中国暴雨集合预报的可行性。结果表明 ,在短期数值预报中 ,非绝热物理过程对高度场预报影响较小 ,但边界层方案和对流参数化方案对产生暴雨的 3个基本条件即水汽通量散度、垂直速度、不稳定层结的影响很明显。不同对流参数化方案所预报的中尺度热力、动力场离差的结构特征与所预报降水的离差特征相似 ,且主要是在模式积分初期迅速增加 ,其后即趋于稳定。对中国热力场较均匀的暴雨过程 ,可以通过扰动模式的边界层和对流参数化方案 ,构造集合预报模式  相似文献   

19.
当前对流参数化研究存在问题的讨论   总被引:2,自引:0,他引:2  
基于对流参数化的发展过程,讨论了当前对流参数化方案中存在的问题,着重分析了大尺度水汽辐合型和质量通量型方案的缺陷,同时对东亚季风区和我国的研究现状进行了分析,提出了通用对流参数化方案的设计思想和应该考虑的原则,具有重要的参考借鉴意义。  相似文献   

20.
利用美国中尺度数值模式WRF,选取两个局地(QNSE、MYJ)闭合和两个非局地(YSU、ACM2)闭合的边界层参数化方案对台风“莎莉嘉”(2016)进行了4组模拟试验,结果表明,不同边界层方案对台风路径影响较小,但对台风强度和结构有明显的影响,就本个例研究而言,非局地闭合边界层方案明显优于局地闭合边界层方案。台风强度的差异是热力和动力共同作用的影响。局地闭合方案模拟的地表焓通量、水汽通量和动量通量更大,台风偏强;局地闭合方案模拟的边界层高度更高、边界层顶的夹卷过程更强、垂直混合更强、台风暖心结构更强,从而台风也更强。台风强度的差异和台风结构的变化密切相关。   相似文献   

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