不同方案下散度误差的讨论

本文用误差传递公式讨论了三种方案下散度的诊断误差和误差放大率。指出由于格距和方位角量得误差的存在，即使在赤道附近和气流点式源汇中心处，正方形网格的散度误差也总大于经纬度网格；而在三角形网格中误差的影响因子最多，散度计算值最不稳定。     

不同方案下散度误差的讨论

本文用误差传递公式讨论了三种方案下散度的诊断误差和误差放大率。指出由于格距和方位角量得误差的存在，即使在赤道附近和气流点式源汇中心处，正方形网格的散度误差也总大于经纬度网格；而在三角形网格中误差的影响因子最多，散度计算值最不稳定。     

一个计算球面不规则多边形内平均涡度、散度的方案

到目前为止,气象上已出现许多种计算涡度、散度的方案。如三点法(三角形法)、有限差分法(网格法、又称u、v分量法)、有限元插值法、面积膨胀率法、球面上的三角形法、以及在三角形法上通过地球投影发展而成的计算大范围散度、涡度的方案。纵观这些方案,有两个问题没有很好地解决。一是球面上任意多边形内涡度、散度的计算,二是测站间风矢的连续性假设。除文献[4]外,上述方案都是在平面上计算涡、散度,有的方案计算周界长度或网格距时,虽然计算的也是地表弧长,但最终结果都是在球面拓展为平面的情况下得到的,这样做会给计算精度带来影响。文献[4]虽在球面上计     

标准层流场和涡、散度场的客观分析程序

本文介绍用面积加权平均法客观分析各标准层流场以及涡、散度场的程序,内容包括网格经纬度、水平风速在网格座标中的分量以及涡、散度场和铅直速度场的计算。举例说明在有台风情形时的实际分析结果。     

计算任意三角形平均涡度和散度的一种新方案

一、引言 目前,计算任意三角形平均涡度、散度大多沿用Bellamy提出的方案。这种方案计算比较麻烦,而且还存在漏算、重算单位时间后部分三角形面积的问题,因而影响计算结果的精确度。我们继承这种方法的思路,通过矢量代数运算,设计出一种新方案,提高了计算精确度,而且计算步骤简单,不易出错。     

三角形法计算涡度和散度的一种改进方案

从涡度和散度的定义出发,导出了一种三角形法计算涡度和散度的改进方案,与以往的方法相比,更方便且计算精度更高。     

计算任意多边形平均涡度、散度的一种方案

一、引言 计算任意三角形平均涡度、散度的方法,可以推广到对任意多边形平均涡度、散度的计算上。这样可以较方便地讨论某些区域性天气过程或分析那些难以用三角形拟合的天气系统的发生发展问题。 本文给出计算任意多边形平均涡度、散度的计算公式,并以进入南海近海发展起来的8113号台风为实例作了计算。计算结果表明,这种方案是可行的。在天气过程影响之前,若能对进入上游区域的天气系统,用这种方法计算其运动学量,无疑将得到一些比较有牧师意义的信息。     

阴阳网格上质量守恒计算性能分析

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。     

一种渐变网格方案及其与嵌套网格方案的比较

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。     

一个直接用观测资料计算大范围散度、涡度和垂直速度的方案

提出了一个直接用观测资料,便于用电子计算机计算大范围散度、涡度和垂直速度的方案。还提出了计算某些物理量的梯度、平流和通量的方法。对于在垂直方向不均匀分层的计算,垂直边界条件个数和连续方程不协调的问题,以及在地形起伏的山地如何计算垂直速度等问题,也作了初步讨论。最后,用一次华南大范围降水的例子进行了计算,结果和预报员经验还比较一致。     

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。     

阴阳网格守恒算法的设计和改进

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。     

动力气候学中客观计算散度场和涡度场的一种新方案

1 在动力气候学中,为了研究气候形成和变化的机制,经常需要计算某种水平向量场的散度或涡度。 一般情况下,动力气候学中的向量场总是在离散点上而不是在连续面上给定的。这些离散点可能是有规则分布的网格点,也可能是不规则分布的观测点。无论如何,在一个二维空间的每一个离散点上总有四个数量信息,两个代表该点的坐标(例如经度、纬     

关于“计算任意三角形平均涡度和散度的一种新方案”一文若干问题的答复

《气象》1984年11期刊登“计算任意三角形平均涡度和散度的一种新方案”一文以来,陆续地收到询问有关细节的来信,现简复如下: 1.该方案的BASIC语言程序有两套。一是对同一时次某个区域范围内若干个三角形同时进行计算的,结果输出除各三角形的平均涡度、散度、垂     

梅雨暴雨的涡度平衡与积云对流

应用天气尺度运动,讨论梅雨期间暴雨区内的涡度平衡。在对流层下层有一个涡度的积累,对流层上层有涡度的亏损。积云对流在涡度平衡中起重要作用。给出了一个基于一维定常积云模式的对流涡度参数化方案,并和天气尺度运动的计算结果作了比较。     

自适应网格技术在数值模式中的应用研究 II.二维问题

用一个具有解析解的二维动力锋生成过程算例,对比自适应网格方案和固定网格方案的优劣,结果表明:同等误差要求下,固定网格方案的网格点数为自适应网格方案的3倍。从时间演化上看,自适应网格对温带气旋的预报,在同等误差要求下,可比固定网格的预报延长10小时以上。文章对加权系数选取及对解的影响进行了分析,从几个切面的计算结果展示了自适应网格对网格的优良安排并能抓住锋面特征结构。文章分析了光滑性、正交性对结果的影响。结果表明:网格的光滑性影响有一个优化值;在网格适当安排情况下,要适度考虑正交性。     

诊断量无信度时的资料误差限和诊断场无信度区的鉴别

本文用误差传递公式讨论了涡度攻度计算过程中的误差放大现象，指出放大因子的构造形式由差分方案决定，而放大因子的数值大小由流场的风向结构和风速结构决定。放大率随流场结构的变化而在很大范围内变化，致命部分区域诊断结果无信度，本文提出了散度涡度诊断结果无信度时的风场误差限概念，并相应建立了对诊断场作信度鉴别的方法。     

基于网格计算的MM5系统在青藏高原地区的应用

论述了网格计算技术及其在气象领域的应用,指出网格的最终目标是资源共享和协同工作。在简述青藏高原地区中尺度数值模式系统建设的基础上,从模式背景、MM5应用系统建设的关键问题及技术路线、科研开发与业务化方案设计、模式的动力和物理方案及预报产品等方面介绍了青藏高原基于网格计算的MM5应用系统,并给出该系统在2006年业务试运行的检验结果,在此基础上总结了基于网格计算的应用系统在资源共享方面的效果。聚合主要高性能计算机系统的计算能力,构建一个国家级气象高性能计算机管理与应用网络平台,实现多集群系统的网格化全局管理和资源共享,不仅使参加网格计算项目的各个网格用户通过浏览器随时随地、安全、方便地访问网格上的计算、存储、数据和程序资源以及享受网格提供的各种服务,而且使研究开发人员不受计算机平台与地域的限制,即可选取所关心的预报区域、预报时效、时间步长、物理过程参数化方案等对数值模式本地化,同时解决了经济条件相对落后地区计算资源不足的问题,为高原地区气象部门探索研究资源共享的管理制度和运行机制创造了条件。     

基于网格计算的MM5系统在青藏高原地区的应用

论述了网格计算技术及其在气象领域的应用,指出网格的最终目标是资源共享和协同工作.在简述青藏高原地区中尺度数值模式系统建设的基础上,从模式背景、MM5应用系统建设的关键问题及技术路线、科研开发与业务化方案设计、模式的动力和物理方案及预报产品等方面介绍了青藏高原基于网格计算的MM5应用系统,并给出该系统在2006年业务试运行的检验结果,在此基础上总结了基于网格计算的应用系统在资源共享方面的效果.聚合主要高性能计算机系统的计算能力,构建一个国家级气象高性能计算机管理与应用网络平台,实现多集群系统的网格化全局管理和资源共享,不仅使参加网格计算项目的各个网格用户通过浏览器随时随地、安全、方便地访问网格上的计算、存储、数据和程序资源以及享受网格提供的各种服务,而且使研究开发人员不受计算机平台与地域的限制,即可选取所关心的预报区域、预报时效、时间步长、物理过程参数化方案等对数值模式本地化,同时解决了经济条件相对落后地区计算资源不足的问题,为高原地区气象部门探索研究资源共享的管理制度和运行机制创造了条件.     

不同扰动方法集合离散度演变的异同性暨地形扰动初探

基于北京“7.21”特大暴雨个例,设计了一种考虑地形不确定性对降水影响的集合预报方案,在对该方案进行初步评估的基础上,重点通过计算相关系数、扰动总能量和尺度分解,对包括地形扰动方案在内的4种集合预报方案（初值、多物理、地形、初值-多物理混合）中离散度演变的异同性进行了分析。结果表明：（1）考虑模式地形不确定性的扰动方案,在不影响集合平均降水预报质量的基础上,对集合降水预报的离散度和概率预报略有正贡献。（2）离散度空间结构的演变与天气形势的演变密切相关。不同扰动方案产生的离散度在初始时刻的空间分布各不相同,但随模式向前积分其离散度的相似度快速增大,其中0-6 h内增长速度最快,离散度场之间的相关系数可以超过0.6。混合方案与单一扰动方案相比,对离散度空间结构的贡献不大。（3）虽然不同方案的离散度空间结构相似,但其幅度却存在明显的差异,如地形扰动方案的离散度幅度明显小于初值扰动和物理过程扰动方案。混合方案可以增加原单一扰动方案的离散度振幅,但这种增加在高层明显,而在近地面层并不明显,因而增加降水和其他近地面大气变量的离散度要比增加上层大气变量的离散度更困难。（4）尺度分离的结果表明,随着空间尺度的增大和积分时间的延长,不同扰动方法产生的离散度结构会逐渐变得相似,但在积分早期（<12 h）和较小的空间尺度（<448 km）上离散度结构的差异仍明显,并且在较小的空间尺度（<448 km）上,不同扰动方法产生的离散度幅度有明显的差异。所以对于小空间尺度系统或甚短期预报,选择扰动方案比大尺度和较长期的预报更重要。以上研究可为集合预报如何合理采用不同扰动方案或不同方案的组合提供科学依据。