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相似文献
 共查询到19条相似文献,搜索用时 187 毫秒
1.
几种垂直跳点网格计算频散性的比较研究   总被引:9,自引:0,他引:9       下载免费PDF全文
为证明两种新的垂直跳点网格--LZ网格和LY网格的有效性,从频率、群速和出现错误群速的垂直尺度范围等方面与现有的几种垂直跳点网格和时间--垂直跳点网格进行了比较.结果表明:LZ网格计算频散性与目前使用的最广泛的并且计算频散性也是最佳的CP网格相当,而LY网格次之,从而为模式设计者选取垂直网格提供了又一种选择.  相似文献   

2.
为了研究垂直变量配置对静力适应过程的影响,本文从描写静力适应过程的方程组出发,分别在将所有变量置于整层上的非跳点N网格;将垂直速度和温度放置在整层,水平速度、气压和密度等变量放置在半层的Charney Phillips跳点网格(CP网格);将水平速度、气压和温度放置在整层,将垂直速度和密度放置在半层的Lorenz跳点网格(L网格);将密度变量放置在整层的Charney Phillips跳点网格(CP_N网格);将密度放置在整层的Lorenz跳点网格(L_N网格)上进行离散,垂直格距分1 km、0.5 km、0.2 km和0.01 km,研究了在这5种网格上产生的频率和垂直群速的相对误差。结果表明:(1)L_N网格和CP网格是完全等效的两种网格。(2)不论垂直格距为多少,CP网格和L网格的误差都是最小,N网格次之,CP_N网格的误差最大。(3)随着垂直格距的减少,在这几种网格上产生的误差都在减小。对于CP网格、L网格和N网格,在水平长波和垂直短波处产生的误差较大。而CP_N网格对水平波长变化不敏感,垂直波长越短,误差越大。(4)当垂直格距为0.01 km时,这几种网格都对水平波长的变化不敏感了,仅对垂直波长敏感。(5)CP网格、L_N网格和L网格在描写静力适应过程和斜压地转适应过程都是误差最小的垂直变量配置方案,因此在非静力完全可压缩深层大气数值预报模式中应优先选择这3种方案。  相似文献   

3.
三维变量配置对惯性重力波频散性模拟的影响   总被引:1,自引:2,他引:1       下载免费PDF全文
在线性斜压原始方程组的基础上,从频率和群速方面讨论了由水平网格 (C、Z网格) 和垂直网格 (L、CP、LZ、LY网格) 组合而成的几种三维网格 (C/L、C/CP、Z/LZ、Z/LY) 的计算频散性并分析了各种网格出现偏差的原因,结果表明三维网格C/CP (水平网格为C网格垂直网格为Charney-Phillips网格) 与Z/LZ(水平网格为Z网格垂直网格为LZ网格)计算频散性能较好。从而为原始方程大气模式选取三维网格提供指导。  相似文献   

4.
为了理论上研究非静力滞弹性模式中水平分辨率与垂直分辨率之间的搭配问题,以线性斜压滞弹性方程组为出发方程,导出解析的频散方程、水平群速方程和垂直群速方程,同时在最优三维网格C/CP下进行离散,也导出频散方程、水平群速方程和垂直群速方程,然后用图示的方法,比较了在不同的水平和垂直格距下模拟解析解所产生的误差。结果表明:当垂直格距和水平格距相当时,在C/CP网格上对惯性重力波的频率、水平群速和垂直群速都能较好地模拟,产生的相对误差均在5%以下。  相似文献   

5.
本文将B型跳点网格引入σ坐标系十一层原始方程模式,用得到的B型跳点网格模式与A原型非跳点网格模式对一江淮气旋天气过程作24时对比预报试验,初步结果表明:B型跳点网格模式的计算是稳定的,对地面气压系统和天气形势的预报较原模式都有一定的提高和改进。  相似文献   

6.
非跳点网格在模式动力—物理过程的耦合方面具有独特的优势,但是由于二阶精度差分方案下非跳点网格频散误差较大而很少被使用于数值天气预报模式。随着近年来数值模式计算精度的不断提高,非跳点网格在频散关系方面的计算误差是否会发生变化还有待研究。本文在高阶精度差分格式下通过浅水波方程对跳点网格和非跳点网格的频散关系进行理论分析和数值试验,主要得到以下结论:(1)在低波数区跳点网格的频散关系基本不随计算精度的提高而变化,但是非跳点网格下的频散关系则随着计算精度的提高而更加接近真实解。在四阶精度下,非跳点网格的频散关系已经非常接近跳点网格。(2)差分精度提高以后,在高波数区非跳点网格仍然存在频率极大值,而且极值中心随着计算精度的提高而逐渐向更高波数区移动。跳点网格在计算精度提高以后高波数区的频率仍然随波数单调增加,且更接近真实解。(3)在高阶精度非跳点网格模拟试验的基础上,结合高阶扩散项对高频短波进行滤除,可以得到与二阶精度跳点网格相接近的模拟结果。总之,在高阶精度有限差分方案下利用非跳点网格构造模式动力框架是一种比较可行的做法。  相似文献   

7.
水平网格计算频散性的研究   总被引:11,自引:3,他引:11       下载免费PDF全文
从线性浅水方程组出发, 在Arakawa A—E网格、Z网格和Eliassen网格上, 分可分辨和不可分辨两种情况, 从频率和群速方面讨论了这7种网格的计算频散性, 并指出了每种网格出现错误群速的水平尺度范围。结果表明:在可分辨的情况下, Z、C和Eliassen网格较其它网格效果好; 在不可分辨的情况下, B网格较其它网格效果好。  相似文献   

8.
气候和天气数值预测本质上都需建立在离散空间的基础上,并要求有高精度的空间离散化计算方案。然而,解析性微分算子和离散性差分算子的差异却是造成数值计算的原始误差源。作根据约束性代价函数原理提出了能够使得截断误差最小化的中心差分优化算子。从最优化角度看,该算子本质上是以一种简单但却相当创新的方式尝试应用变分连续同化(VCA)技术来最小化大气模式中的空间截断误差。此外,该优化差分算子的设计不依赖于网格结构,即可应用在绝大多数Arakawa网格上,诸如非跳点网格(Arakawa-A)以及常规跳点网格(Arakawa-B,Arakawa-C,Arakawa-D)。但为了对优化差分算子精确性进行严格测定,该算子的基准试验结果是通过在截断误差最易被激发出来的非跳点网格上进行严格理论和实际数值模拟测试得到的。两的结果都表明该优化差分算子截断误差造成的数字噪音能被减小到最小量。  相似文献   

9.
刘鹏  钱永甫 《高原气象》2008,27(2):231-238
通过构建C网格的p-σ九层区域气候模式的差分方案,将C型跳点网格引入p-σ九层区域气候模式.通过对东亚地区1月和7月气候平均场及2003年夏季降水进行数值模拟,检验了C型跳点网格对p-σ九层区域气候模式模拟性能的影响.数值试验结果表明,C型跳点网格的p-σ九层区域气候模式对东亚区域气候的模拟能力有一定的提高,其中包括对流层低层风场和气温场的模拟都有了一定程度的改进,对风场的改进尤为明显.由于风场得到了改进,进而对降水的模拟能力也有所提高,为区域气候模式的进一步发展奠定了基础.  相似文献   

10.
由于中尺度模式中采用不同的三维变量配置,必将产生不同的预报和模拟效果.怎样的三维变量分布,才能产生最佳的模拟效果呢?一直没有人从事这方面的研究.为此,在线性非静力滞弹性方程组的基础上,从频率、水平群速和垂直群速方面将中尺度模式中常见的四种三维网格的计算频散性与解析解的情况进行了对比,主要采用图示比较的方法.结果表明:总的来看三维网格C/CP计算频散性能最好,Z/LZ和Z/LY网格次之,C/L网格最差.因此设计非静力斜压模式时,应尽量采用C/CP网格.但C/CP网格对水平波长较短的波,误差相对要大些.如果模拟的波动水平尺度较小时,为减少误差,水平格距要减小.另外C/CP网格主要用在有限差分模式中;要考虑谱模式中的变量配置时,应把C/CP网格和Z/LZ网格或Z/LY网格结合起来使用.  相似文献   

11.
The rationale and numerical technique of embedding an oceanic bulk mixed-layer model with a multi-level primitive equation model is presented. In addition to the usual prognostic variables that exist in a multi-level primitive equation model, the embedded model predicts the depth of the well-mixed layer as well as the jumps in temperature and velocity that occur at the base of that layer. The depth of the mixed layer need not coincide with any of the fixed-model levels used in the primitive equations calculations.In addition to advective changes, the mixed layer can deepen by entrainment and it can reform at a shallower depth in the absence of entrainment. When the mixed layer reforms at a shallower depth, the vertical profile of temperature below the new, shallower mixed layer is adjusted to fit the fixed-level structure used in the primitive equations calculations using a method which conserves heat, momentum and potential energy. Finally, a dynamic stability condition, which includes a consideration of both the vertical current shear and the vertical temperature gradient, is introduced in place of the traditional ‘convective adjustment’.A two-dimensional version of the model is used to test the embedded model formulations and to study the response of the ocean to a stationary axisymmetric hurricane. The model results indicate a strong interdependence between vertical turbulent mixing and advection of heat.  相似文献   

12.
Abstract

An analysis of the vertical structure equation of sigma coordinate primitive equation models is given that brings together and extends the work of several authors. We derive the vertical structure equation, and obtain its solution for a two‐parameter family of vertical structure profiles that includes those of previous studies. For this family, it is shown that in the limiting case of an unbounded atmosphere the spectrum becomes partially continuous, rather than entirely discrete as in the bounded case. A criterion is obtained for the validity of the linearization used to derive the vertical structure equations, and it turns out that this criterion is satisfied by all but one of the previous studies. Asymptotic expansions are derived and used to explain two observations of Wiin‐Nielsen (1971a), viz. why the equivalent depths of the internal modes are relatively insensitive to the precise choice of lower boundary condition, and why one choice in particular leads to the elimination of the external mode; these asymptotic expansions also yield surprisingly accurate numerical values for the equivalent depths. Finally, the projection of atmospheric data onto modes found by direct numerical approximation of the vertical structure equation is shown, particularly for the least grave modes, to be very sensitive to resolution; consequently care must be exercised when interpreting the results of data projection studies that use this approach.  相似文献   

13.
A two-dimensional primitive equation model has been used to describe the changes of the fields of horizontal wind, temperature and vertical eddy exchange coefficient and the development and evolution of urban heat island circulation for the thermal and dynamical effects of urbanlization, while the air flows over a city in the nighttime. Because the turbulence and average fluid are in a condition of unbalance to each other, the turbulent energy varies with time. So the equations are closed by introducing the equation of the variable rate of turbulent energy in the model. We are able to obtain the distribution and change of the turbulent energy over the urban area in this way. Finally we examine the effect of urbanization by using the differences of the actual ground pollutant concentration and the vertical distribution of concentration emitted by an elevated pollutant source.In order to verify this model, the profiles of horizontal velocity and temperature that are predicted by this model are compared with observed data for Changzhou city.  相似文献   

14.
基于螺旋度的中尺度平衡方程及非平衡流诊断方法   总被引:12,自引:5,他引:7  
高守亭  周菲凡 《大气科学》2006,30(5):854-862
在回顾大尺度准地转平衡理论、各种平衡方程、平衡模式及非平衡流诊断工具的基础上,对平衡方程、非平衡方程给出了具体的定义.并在此基础上,进一步考虑中尺度强对流天气系统的特征,指出中尺度也有平衡运动的存在.但是由于中尺度对流系统中强烈的辐散风效应以及不可忽略的垂直运动的作用,以散度方程为基础的各种近似平衡方程不足以描述中尺度强对流天气系统的平衡运动,进而提出了从能够同时考虑旋转、辐散及垂直运动作用的螺旋度方程出发,寻找中尺度的平衡方程.在所得的平衡方程基础上,给出了相应的平衡模式和非平衡方程.并进一步将非平衡方程分解,用来诊断非平衡过程的平衡破坏和平衡恢复两个阶段,同时将它们与水平螺旋度和垂直螺旋度联系起来.  相似文献   

15.
By means of vertical normal modes a regional nested multilevel primitive equation model can be reduced to sev-eral sets of shallow water equations characterized by various equivalent depths. Therefore, time integration of the model in spectral form can be performed in the manner similar to those used in the spectral nested shallow water equation model case.  相似文献   

16.
两层正压流体涡旋中螺旋波的不稳定   总被引:3,自引:2,他引:3       下载免费PDF全文
利用线性化的两层正压原始方程模型,对有水平和垂直切变基流的圆形涡旋中螺旋波的不稳定作了研究。结果表明,当基流失稳时,涡旋中不稳定扰动的厚度场、速度场在上、下两层都具有明显的螺旋结构,下层的螺旋结构要较上层复杂。基流垂直切变越大则越易失稳。失稳时上、下层扰动的配置接近反位相,故该螺旋波结构相应于斜压模。此时螺旋波上的扰动中心在切向是逆基流传播的,在径向则基本没有传播,而螺旋臂的整体运动缓慢。失稳的螺旋波其散度场要较涡度场明显,物理量的配置也大体符合重力惯性波的情况,故可认为其是重力惯性波的不稳定所致。本模型中该螺旋波的形态与实际热带气旋中的螺旋云(雨)带很相象。  相似文献   

17.
黄荣辉  严邦良 《大气科学》1993,17(3):257-267
本文用线性化全球原始方程谱模式来研究地形强迫行星波的垂直传播过程及演变特征.模式的积分结果表明:行星波的能量沿两支波导进行传播,在波从对流层向平流层传播中,极地波导起着主要作用.由于重力波破碎的阻尼作用,地形强迫的行星波无论它的波作用量或振幅都呈现振荡状态.  相似文献   

18.
夏季季风区气候的模拟特征   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
用一个由大气模式、土壤模式和水域模式三个子模式组成的模式模拟了夏季风区的气候特征。模拟得到的平均气候特征,如温度场、风场、降水和蒸发场均与实际观测场接近;模式模拟出季风区的地面气候特征,表明其与大气状态和下垫面性质关系密切;对加热场的模拟则表明,积云对流凝结潜热加热对总加热率的贡献最大.  相似文献   

19.
Nonhydrostatic effects in two-dimensional mesoscale sea breeze systems are investigated by numerical simulations. It is shown that nonhydrostatic effects are directly contributed by the vertical gradients of the vertical velocity variance as well as by the vertical accelerations. It is also shown that a K-type turbulence closure is not suitable in a nonhydrostatic primitive equation model, and a higher-order closure scheme should therefore be used. Results from hydrostatic and fully-nonhydrostatic models are compared for various surface and atmospheric background conditions, such as scale and strength of surface heating, geostrophic wind, stability, surface roughness contrast, Coriolis effect, etc. It is found that for strongly developed sea breeze cases, vertical gradients of vertical velocity variance contribute most to nonhydrostatic forcing in the lower layers, and that the resultant nonhydrostatic pressure gradient acts against the hydrostatic pressure gradient, so that nonhydrostatic simulations produce weaker systems than hydrostatic ones. For weak sea breeze systems, the difference between the two models tends to be small.  相似文献   

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