重力波特征线显式数值解法试验

利用CIP(Constrained Interpolation Profile)特征线半拉格朗日解法对平面一维和二维浅水波方程的重力波和普通经纬度网格下的球面浅水波模式进行了数值求解试验,给出了CIP特征线法的数值结果和对应大时间步长积分的对比。结果显示,一维CIP特征线法对重力波的位相、振幅和传播有很好的描述,对于不同时间步长都显示出计算稳定的特性。空间分离的二维特征线法是多维问题计算中简单有效的方法,在平面和球面二维问题的数值结果中都得到了CIP特征线法稳定的计算和良好的波动传播结果,在浅水波方程中可以克服半隐式算法在高分辨率时的大量运算,并有望成为处理重力波的替代算法。     

时空波谱分析方法和大气环流模式的应用

现在介绍作者在美国普林斯顿大学地球物理流体动力学研究室(Geophysical Fluid DynamicsLaboratory,Princeton University)所做的时空谱分析方法及它的应用。一、时空谱分析方法计算二维谱时,可用以下几种方法: A.计算资料的二维滞后相关,从这个二维傅里叶变换求二维功率谱(Leese and Epstein、1963;井泽龙夫,1972)。 B.直接计算资料的二维傅里叶系数求二维功率谱(高仕功,1968)。 C.计算资料的东西向一维傅里叶系数,以它的时间序列的时间交叉谱换算为时空交叉谱[林良一(Hayashi),1973]。 D.计算资料的东西向一维傅里叶系数,由它的时间序列的时间傅里叶系数求时空功率谱(Tsay,     

完全非内插半拉格朗日格式在一维 Burgers方程及二维浅水波方程上的应用

在作者过去提出的完全非内插半拉格朗日格式的基础上,针对半拉格朗日格式由于内插带来预报场人为的光滑性问题,进一步发展了这种计算格式,证明了此格式的计算稳定性。为检验这种新的计算格式的性能,在一维和二维问题上进行了应用。在一维问题中采用了一维无粘Burgers方程（方程中有突变点）;二维问题采用了浅水波方程,同时将这些计算结果与Ritchie方案及欧拉方案或一般半拉格朗日内插方案的计算结果进行了比较,发现新格式消除了内插和预报场的人为光滑,并且计算精度有一定程度的提高,这为以后将此格式推广到全球谱模式打下了基础。     

两种在有限区域内进行2-维谱展开的方法

提出了两种在有限区域内进行2-维谱展开的方法。其中一个适用于直角坐标，一个适用于球面坐标。还对用这两种方法解Helmholtz方程的问题进行了讨论。     

应用于双向套网格模式的一种变格距差分解法

本文提出了一种用于双向套网格模式的变格距差分计算方案。该方案在不同格距的网格区采用不同精度的差分格式，它自然地连接粗细网格，避免了一般套网格方案在粗细网格相重合点上进行的重复计算。用解析法和数值试验证明了:它与其它一些变格距差分格式相比，对短波的穿透能力有明显改进，虚假的反射也较小。应用该方案建立了正压原始方程双向套网格模式，并采用空间分解和时间分解计算方法。这不仅使二维问题转化为二个一维问题，而且二维套网格也可简化为一维均匀网格和一维套网格两部分，从而使计算和程序简化。用理想场为初值所做的一系列数值试验表明，该模式中的波可以自由进出粗细网格区，计算稳定。最后，还用该模式做了台风路径预报试验，给出了一些试验结果。     

适于数值天气预报的分解平流格式

研究证明,在一定条件下,有限多维Taylor展式算符可以化为几个一维算符的积。利用这个结果,可以使二维插值分解为两个一维插值,从而,显著节省计算量。还给出了多维的,任意精度的,空间分解的平流方程的差分格式,并对格式的计算稳定性,物理性质进行了讨论。结果指出,在一维或二维的情况,这种格式的计算稳定性判据是对于二维,它比一般判据对时间的要求宽。还指出,在三维的情况,对一定的d,当Δt=d/max|V|时,ΔR必须满足才能保证计算稳定。在一般所给数据情况下,须Δp大于30mb。     

沃尔什变换及其在降水场展开和分析中的应用

本文将二维沃尔什变换应用于长江中下游地区6、7两个月的月降水场的展开和分析,给出了沃尔什变换的典型场及其对应系数的天气学意义,导出了度量展开质量的相对指标R~2及拟合均方差SD的公式,讨论了沃尔什变换的收敛性及与时间无关的性质,并与车贝雪夫多项式展开作了比较,然后根据几个主要的沃尔什变换系数分析降水场,最后选用16个系数对降水场进行拟合。     

富里叶——车贝雪夫多项式在中期预报中的应用

利用富里叶-车贝雪夫多项式,对1987年11月下旬发生在青藏高原及邻近地区的一次强寒潮天气过程进行500hPa和100hPa逐日高度场展开,以此揭示出寒潮天气过程发生前后大型环流中期变化特征.     

江西省4～6月季度雨量趋势分布预报

采用二维车比雪夫多项式展开了江西省4～6月24站季度雨量场,并以前期海温、海平面气压和500hPa高度为因子,预报前4项展开系数,再反演为4～6月季度雨量场。3种预报因子预报的符号评分结果显示,SST和SLP预报效果尚好且较500hPa稳定,也表明了单一因子预报可能的不稳定性。     

非矩形网格上的车贝雪夫展开

本文指出:在任意不规则的非矩形二维网格上,若采用两步展开的做法,即首先逐行展开,再按列展开就可以对在该网格上给定的函数实现二维车贝雪夫多项式展开。这一推广在实用上有很大的意义。     

“风云二号“气象卫星测距原理简介及副站设备故障个例分析

1测距原理简介 1997年6月10我国成功发射了自行研制的第一颗地球同步气象卫星-风云二号(FY-2),17上午定点于105°E赤道上空.卫星采用3点测距定轨技术,即根据3个不在同一直线上的地面站(中心站:北京测距主站,副站一:广州测距副站/澳大利亚副站互为备份,副站二:乌鲁木齐测距副站),以站址为圆心,分别以各站至卫星的距离为半径,在空中画一半圆球面,3个这样的球面在空中交于一点,该点就是所求卫星的位置.知道了3个站的精确位置,精确测量出3个站各自到卫星的距离,以三角算法可以计算出卫星在空间的精确位置.     

利用静止卫星云图进行二维傅里叶相位导风试验

根据二维傅里叶相位分析原理,对1 min间隔的IR云图进行由云推导风的反演。利用模块高度频数直方图把云分为高、中、低云。对连续三幅IR云图进行二维傅里叶相位导风计算,得到两个反演风场,对两个风场相同位置上的风矢进行逐点比较,剔除风向或风速差别较大的风矢,再对处理后的风场进行高度调整法的质量控制,把不合理的风矢剔除或调整到合理的高度层,得到连续性较好的风场。     

球面定常行星波的几种传播路径

近年来,Hoskins用Longuet-Hisgins首先提出的大圆理论,和球面上二维Rossby波的能量频散来解释由资料分析得到的遥相关和模式得到的遥响应,取得了重要进展。但是大圆理论是在基流角速度为常数时得到的,而在球面上讨论真实的基流难以得到解析解。本文依据Fermat原理,利用变分法,直接求得球面上普遍的射线方程,从物理上直观地导得大圆理论,对球面上常见的几种基流型式,也求得其解析解。并且应用了“平均变分原理”直接导得波作用守恒方程。     

应用高维动力系统在相空间中的轨迹特征描写非线性相互作用的数值试验研究

本文按最简单的一维平流方程,对平流项的非线性效应作了研究。文中将变量U按付里叶级数展开,取低阶谱各项代入平流方程后,导出了n=2,3,4等高维动力系统。而后,利用系统中相点在相空间中的轨迹特征描述了因非线性相互作用所引起的各模态之间随时间的变化。从而对各模态间可能产生的增长、衰减和反馈效应作了具体的说明。文中,还通过数值试验,对各系统平衡态的稳定性作了讨论。     

西太平洋副热带高压脊线位置季节变化的实况分析和理论模拟

副高特征量的长期预报问题历来为我国气象工作者所关注。以往就此作了大量的研究工作。通常,副高脊线位置是直接从天气图上读得的,这不便于进行数值分析和理论模拟。为此将500 hPa高度场按二维傅氏级数展开来确定西太平洋副高脊线位置。为了使理论模式不过于复杂而且便于将波谱资料分析结果和理论模拟结果进行比较,对波谱资料分析时所取的项数和理论模式中所取项数相对应。设500 hPa高度场可表示为     

用混合多项式展开气象要素场的方法及其应用

混合多项式展开方法是用切比雪夫(Чебышев)多项式与三角函数乘积的级数展开一个纬带区域上气象要素场的方法。它兼有富里埃(Fourier)级数展开、切比雪夫多项式展开和球函数展开的一些优点。本文用混合多项式展开高度场,讨论了展开的精度,并介绍了这种方法在研究大气环流方面的一些应用。     

西太平洋副高活动区域环流特征的客观分析

本文根据西太平洋副高季节性位移特点,在不固定区域采用二维车贝雪夫多项式展开,客观地分解1951-1985年逐月500hPa高度距平场。应用分解结果讨论与副高脊线第一次北跳迟早有关的环流特征,给出了预报方程,并简单分析了预报着眼点。     

对流层中高层的锋生过程

1.引言在本文中,我们仔细研究了高空锋生的基本问题:i)模式中几何因素(例如β-平面和球面)对模拟锋生有多大程度影响,ii)高空锋生是否基本上是一个二维过程,iii)在高空锋区的发展中,是否有正反馈机制起作用.我们的研究方案采用三维原始方程模式,对不稳定斜压波生命史进行模拟,然后详细分析其结果.     

北半球500 hPa位势高度场时空频谱特征分析

利用1979～2004年NCEP2再分析资料,对逐日的北半球(20°N～90°N) 500 hPa的位势高度进行二维傅里叶的谱展开,并分析了不同波数下的谱展开系数的频域特征.对全年序列分析的结果表明:当纬向波数k和经向波数l均为0时,其谱展开系数表现为显著的低频(10～30天)变化特征;当经向波数l=0时,其谱展开系数...     

气象卫星云图统计特性的研究

本文研究了气象卫星云图的灰度分布、信息熵、冗余度、二维傅里叶谱、一维及二维自相关函数以及卫星云图在差分域中的一些统计特征。结果表明,卫星云图的一维自相关函数不满足负指数单调下降的规律,不能用一阶平稳马尔科夫过程描述;云图的灰度分布具有一定的空间相关性,其空间频谱主要集中在空间频率较低的区域,差分图象的相关性明显减弱,但仍具有一定的冗余度,因此可以通过选择适当的方法对差分图象进行压缩编码而不丢失图象的信息。