一阶弹性波交错网格时间高阶差分格式及稳定性分析

弹性波模拟或逆时偏移时,对空间偏导数采用高阶差分格式可提高计算精度,但这种算法的稳定性条件过于严格,要求差分离散的时间步长必须足够小以确保算法稳定。在常规空间高阶差分格式的基础上,将速度(应力)对时间的高阶导数转化为不同精度的应力(速度)对空间的差分,得到了一种新的基于交错网格的时间高阶、空间高阶差分格式。通过对交错网格时间高阶差分格式稳定性的分析,认为该算法的稳定性条件较常规算法宽松,在弹性波场的求解过程中可以采用更大的时间步长。     

3500 m全液压岩心钻机动力头结构设计

在简要阐述了动力头设计的作用及其设计应当满足的条件和动力头设计的一般过程的基础上,介绍了3500 m全液压岩心钻机动力头的设计过程和设计方案,并总结了该动力头的性能特点。     

海洋飞沫对热带气旋影响的数值试验

将最新版的Andreas海洋飞沫通量参数化方案与中尺度大气模式MM5V3耦合,对0514号热带气旋Nabi进行数值模拟,探讨海洋飞沫蒸发对热带气旋发展和演变的影响.模拟结果表明,考虑海洋飞沫的作用后,热带气旋范围内(气旋中心附近600 km左右范围内)的潜热和感热通量明显增强,尤其是潜热通量,最大值可提高35%～80%,潜热通量的大值区对应热带气旋眼墙处的最大风速区.无论是否考虑海洋飞沫作用,模式均能较好地模拟出热带气旋Nabi的移动路径,但考虑飞沫作用后,由于飞沫对海气界面通量交换的贡献,使得模拟热带气旋中心的最低海平面气压降低,最大风速增强,暖心结构更加明显.     

ENSEMBLE PREDICTION EXPERIMENTS OF TYPHOON TRACK BASED ON THE STOCHASTIC TOTAL TENDENCY PERTURBATION

The GRAPES-TCM is used to make ensemble prediction experiments for typhoon track. Three kinds of ensemble schemes are designed for the experiments. A total of 109 experiments are made for the nine typhoons in 2011 and the integral time is 72 h. The experiment results are shown as follows. In the three ensemble schemes, on the whole, scheme 1 has the best track prediction. Its average absolute track error and overall deviations of typhoon moving speed and moving direction are all the smallest in the three schemes. For both scheme 1 and scheme 2, they are all smaller than those of their control predictions. Both of their ensemble predictions show superiority to their deterministic predictions. Overall, compared with the observations, the typhoon moving directions of the three schemes mainly skew to the right, and in the late integration they mainly tend to be relatively slow. In the three schemes, the track dispersion of scheme 1 is the largest and that of scheme 3 the smallest. In scheme 1 it is much larger than in schemes 2 and 3. The difference of dispersion between scheme 2 and scheme 3 is small. The track dispersions of the three schemes are all much smaller than their rational dispersions. Compared with the eight domestic and overseas operational numerical weather prediction (NWP) models, scheme 1 has better predictions than the other seven operational models except ECMWF NWP model. Scheme 1 has the value of operational application.     

双三次数值模式与理想Lamb波、龙卷扰动对比模拟分析

通过"双三次曲面拟合—时间步长积分—双三次曲面拟合……",实现成为一种双三次曲面拟合新算法数值模式。它对模式大气作非线性(空间二阶可导)描述,是用数值分析(三次样条/双三次曲面)与计算方法近似求解大气运动非线性偏微分方程组。用Z坐标系高分辨率双三次数值模式,采用原始大气运动方程组和采用欧拉时间积分方案,设置理想扰动,对大气声波Lamb波做数值模拟;采用大气不可压假定,除去声波,对大气重力波龙卷扰动做数值模拟。对比模拟发现:理想Lamb波以声速在水平方向传播,扰动能量频散快,仅能在原地持续数秒钟;理想龙卷扰动则在原地可持续约1 min,且波动内圈(外圈)自下至上始终处于风场辐合(辐散)状态,具冷心结构和气压驻波特征,可因水汽进入扰动与借助凝结潜热释放而得到发展。     

不同陆面方案对降水模拟的影响

基于区域气候模式RegCM4.0(Regional Climate Model 4.0),分别选取BATS(Biosphere Atmosphere Transfer Scheme)和CLM(Community Land Model)陆面方案,对2001-2005年中国的气候状况进行模拟,并将模拟结果与CRU(Climatic Research Unit)及GPCP(Global Precipitation Climatology Project)降水资料进行对比,研究不同陆面方案对降水模拟的影响。结果表明:在两种陆面方案下,区域气候模式均较合理地模拟出了中国降水的空间分布、时间变化;模拟降水对陆面方案敏感,RegCM_BATS总体上表现为正偏差,在东北区域的模拟偏差较大;RegCM_CLM表现为负偏差,在长江以南区域的模拟偏差较大;模拟结果的偏差在夏季较大,冬季较小;两模式模拟结果间的差异在空间上由东南向西北减少;两模式均较准确地模拟了不同强度降水出现频率的分布形势,总体上RegCM_CLM模拟低强度降水偏多;高强度降水偏少,而RegCM_BATS模拟低强度降水偏少,高强度降水偏多;不同陆面方案对地表蒸发量以及地表潜热通量模拟的差异是导致模拟降水差异的主要原因,夏季地表蒸发对降水的影响较冬季更强;水汽平流输送对两模式模拟降水差异的影响较小。     

三角形网格下求解二维浅水方程的和谐Godunov格式

为保证计算格式的和谐性,通过特殊的底坡源项处理技术,在三角形网格上建立了求解二维浅水流动方程的具有空间二阶精度的Godunov格式。应用准确Riemann解求解法向数值通量,用改正的干底Riemann解处理动边界问题。经典型算例和钱塘江河口涌潮计算验证,表明模型健全,分辨率高,具有较大的推广应用价值。     

黄河“八七”分水方案的适应性评价与提升策略

黄河"八七"分水方案是流域水资源管理的重要依据。颁布30余年来,黄河流域自然环境、经济社会等发生了显著变化,亟需科学认识分水方案对环境变化扰动的适应性。运用动力系统原理构建分水方案适应性的动力微分方程和综合评价模型,从敏感性、稳定性、抗力和恢复力4个方面建立包含20个指标的适应性评价指标体系,定量评价1999年以来分水方案的适应性,并采用HP（Hodrick-Prescott）滤波识别适应性变化趋势。结果表明:分水方案对环境变化的适应性良好,19年中63.2%的年份适应性值大于1;适应性先升后降,2005年达到峰值,之后逐渐降低,2014年起适应性值小于1,表现为不适应。分析影响分水方案适应性的主要因素,提出分水方案调整策略,为支撑流域水资源管理提供方向参考。     

中国洪水预报系统设计建设研究

分析了我国洪水预报系统的现状,阐述了中国洪水预报系统的建设的必要性、目标及开发原则,介绍了中国洪水预报系统的软硬件环境、预报模型和方法、预报方案、模型率定、实时作业预报、实用模块、系统管理7部分的设计建设。     

感潮河网二维水流-输运耦合数学模型

感潮河网水流不仅受径流、潮汐动力的双重影响,还常受水闸调度等人类活动的影响,水动力条件极为复杂。针对水闸调度影响下感潮河网复杂水动力及其伴随物质输移扩散模拟,提出了考虑水闸调度并集成输运对流项的水流-输运通量耦合求解器,建立了基于非结构网格Godunov格式的二维水流-输运耦合数学模型。采用具有时空二阶精度的MUSCL-Hancock预测-校正格式,结合变量重构限制器技术,在保证计算精度的同时避免了数值振荡。运用斜底三角单元网格表达水闸线状地形,并通过地形调整模拟了水闸启闭过程。算例研究表明,该模型计算精度高,可有效模拟水闸调度影响下感潮河网水流运动及污染物输运过程,具有较好的推广应用价值。