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几乎一切天气现象都与大气运动息息相关。大气运动遵循一定的流体力学和热力学规律,在数学上表示为所谓大气运动控制方程组。数值天气预报是采用数值方法求解这组控制方程,从而预报出未来的天气要素场。 相似文献
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一、引言对于认识大气行为和预报天气变化及气候趋势的经济和社会的重要性,这里已无需强调。目前,在朝着L.F.Richardson(1922)提出的“人类梦想”的境界已经取得稳步进展的时候,对我们的前景和存在问题作一系统的评述,看来是有益的。预报地球大气的行为是对科学家们一种真正的挑战。大气运动是受一组可以表示成流体力学和热力学方程的物理定律支配的。仅从这个角度来看,预报大气行为要比预报某种经济体系更可行一些,因为经济 相似文献
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一、引言 动力气象学是大气科学的一个分支,它应用流体力学方程组及有关物理定律研究大气运动和天气演变的规律。它不同于一般流体力学,首先,由于地球在不断自转,地转偏向力(又称科里奥利力)对于大尺度大气运动有着重要的影响。在一般情况下,水平气 相似文献
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从大气运动原始方程和欧拉算符出发,用泰勒级数展开,给出二阶时空微商余项预报方程。进而讨论用三次插值函数——双三次曲面拟合求上游点的准拉格朗日时间积分方案与相应的二阶时空余差数值模式——“双三次模式”。则双三次模式是通过实现各个大气物理量场的二阶可导,从而可对预报方程做空间非线性(“三次”)时间离散积分,成为“双三次曲面拟合——时间步积分——双三次曲面拟合——……”一种新算法数值模式。讨论双三次数值模式的数学基础:三次插值函数及其数值分析极性定律用于数值模式。指出:双三次模式和谱模式都具有数学“收敛性”;而Coons双三次曲面具有对变量场拟合二阶可导“最优性”;和Hermite双三次曲面片具有对网格变量场二阶可导运算“等价性”。又指出:有限差分模式的中央差近似斜率和曲率,分别是三次样条斜率和曲率作“三点平滑”。双三次模式适合采用原始大气运动方程,适合采用准拉格朗日时间积分方案,并给出一个理想全球模拟个例。因大气运动本质上是非线性的,理论上可按变量场双三次曲面曲率判断,以采用符合物理诠释的局域或单点平滑,以保持模式时间积分稳定性。且未来容易实现全球多重/时变套网格双三次数值模式。 相似文献
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从欧拉算符出发,用泰勒级数展开,给出二阶时空微商余项预报方程,进而讨论一种数值分析新算法———双三次曲面拟合(插值)的准拉格朗日时间积分方案与数值模式。它是将大气运动描述成为非线性的三次运动,即是通过对原始大气运动方程中包括标量、矢量的压、温、湿、风、以及旋转地球上广义牛顿力加速度场和散度场等,做双三次曲面拟合,实现对各个大气运动变量场的二阶可导,即限定气块上游点在各个不同双三次曲面(片)、具有斜率、曲率和挠率的非线性三次变量场上活动,从而可对各个大气运动方程做时间离散积分,即为双三次曲面拟合—时间步积分—双三次曲面拟合……,实现成为一种新动力框架数值模式。由于双三次曲面具有数学定律收敛性和二阶可导最优性,故选用双三次曲面插值求算二阶余差上游点,具有充分必要的数学理由:它包含了大气运动变量场之斜率、曲率和挠率。因此,埃尔米特双三次曲面片具有对网格变量场二阶可导运算等价性、及其数学收敛性与最佳曲率最优性,并且将准拉格朗日法与欧拉法,以及柯朗-弗里德里希斯-列维判据统一起来。容易实现全球网格变量场的双三次曲面拟合,和可按双三次曲面变量场的斜率、曲率或挠率判断,作变量场局域或单点平滑,以此保持三次模式的时间积分稳定... 相似文献
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动力气象学是一门根据流体力学与热力学的基本定律来研究在地球大气中所发生的各种运动的学科。因此,从流体力学与热力学的基本定律出发,建立适合于地球大气运动特点的方程组,这是动力气象学最基本的内容。 相似文献
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正压大气中尺度半平衡和准平衡动力学模式 总被引：3，自引：0，他引：3
应用描写正压大气运动的基本方程组，分析了中尺度大气运动的物理特征，指出非平衡强迫运动是引起中尺度重要天气演变的根本原因。中尺度动力学方程组是中尺度动力学理论研究的基础，因此，结合中尺度大气运动的基本特征，依据严格的尺度分析理论和摄动理论，简化基于流体力学和热力学的大气动力学方程组使之能够恰当地描述出中尺度运动的基本特征，对于中尺度动力学的发展是极为必要的。基于非线性平衡方程所得到的半平衡和准平衡动力学模式分别与半地转和准地转模式极为相似，它们可以较精确地描述中尺度大气运动的基本特征，因而，可作为中尺度动力学研究的理论基础。将准平衡动力学模式应用于中尺度涡旋系统的研究，结论表明中尺度平衡涡旋系统主要是受梯度风控制，其流场和气压场的发展演变则由一个演化方程来描写，获得了较为理想的结果。 相似文献
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利用自记忆模式试报我国汛期降水 总被引：4，自引：0，他引：4
基于大气运动是一种不可逆过程的观点，引进了记忆过去时次资料的记忆函数。进一步阐明了大气运动的自记忆概念，导出了大气运动的自记忆性方程。基于自记忆原理，从大气热力学方程和水分平衡方程出发，建立了一个用于短期降水预报的数学模式。对6－8月我国汛期降水预测作了12年的回报试验，结果表明该模式的预测评分比目前的月预报有很大提高。 相似文献
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从湍流经典理论到大气湍流非平衡态热力学理论 总被引：2，自引：0，他引：2
湍流是日常生活中一种普遍的自然现象,也是经典物理学仍未完全解决的难题。湍流更是大气运动的最基本特征。本文系统地回顾了大气湍流经典理论发展简史,进一步详细介绍了大气湍流非平衡态热力学理论。大气湍流非平衡态热力学理论在熵平衡方程中引入动力过程,进而统一推导出大气湍流输送的Fourier定律、Flick定律和Newton定律,证明了Dufour效应、Soret效应、可逆动力过程与热力不可逆湍流输送过程之间的交叉耦合效应,以及湍流强度定理。这些定律和定理中得到了观测的事实验证,同时它们的唯象系数也由观测资料所确定。湍流强度定理揭示,湍流发展的宏观原因是速度和温度的剪切效应,Reynolds湍流和Rayleigh-Bénard湍流共存于大气湍流中。热力过程和动力过程间耦合效应现象的发现突破了传统湍流输送理论,即Fourier定律、Flick定律和Newton定律的观点——一个宏观量的输送通量等价于这个宏观量的梯度湍流输送通量。热力和动力过程间的耦合原理认为,一个宏观量的输送通量包括这个量的梯度湍流输送通量和速度耦合输送通量两部分。因此,能量和物质的垂直输送通量除了相应物理量梯度造成的湍流输送外,还应包括垂直速度耦合效应,即辐散或辐合运动造成的耦合效应。在一个很宽的尺度范围内,地表面的空间特征是非均匀的。下垫面非均匀性造成的对流运动将引起大气的辐散或辐合运动。这可能是导致地表能量收支不平衡的重要原因之一。垂直速度对垂直湍流输送的交叉耦合效应为非均匀下垫面大气边界层理论的发展,并为克服地表能量收支不平衡问题及非均匀下垫面大气边界层参数化遇到的困难提供了可能的线索。 相似文献
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有地形数值模式中坐标变换和气压梯度力计算问题的讨论 总被引：5，自引：2，他引：5
一、前言 大气动力学微分方程是通过把牛顿第二定律、质量守恒定律及能量守恒定律用于有限小空气微团,然后令微团体积趋于无限小时得到的,因此数值模式的大气动力学方程实际上经历了差分→微分(或再经过坐标变换)→差分这样三种形式的变换过程。在微分 相似文献
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大气层结不稳定能量的简便计算方法 总被引：1，自引：1，他引：1
本文运用大气能量学、大气热力学和大气动力学基本原理,提出了适用于载水气块在可逆湿绝热上升过程中,和非载水气块在假绝热上升过程中,大气层结不稳定能量的两个简便计算公式。 相似文献
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物理耗散技术及其在MM4中的应用 总被引：2，自引：0，他引：2
在传统的流体动力学框架下,数值天气预报问题往往被提为经典牛顿力学的确定论初值问题 。然而大气是多体系统,利用仅对三体以下的系统才能精确描述的理论来处理多体系统的运 动,会引起较大的误差和问题。为此,文中提出了一套在数值天气预报模式中引入“不可逆 热力学算子”的技术,按热力学第二定律的约束方式,来控制多体系统的演变方向,以提高 数值天气预报的精度。例如在ＭＭ４模式中引入不可逆热力学算子后,温度场、湿度场、高度 场及全风速场的平均相对均方根误差减小了约１３％,其中４８ ｈ预报的误差减小两成以上。鉴于文中提出的不可逆热力学算子引入技术是基于描述耗散性的物理定律,而非纯粹出于计算 上的考虑,故名为物理耗散技术。由于它所依据的物理原理对所有流体力学和大气数值模式 均适用,因此该项新技术在地球物理流体力学界将有广阔的应用前景。 相似文献
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涡度是流体力学中一个主要的概念。它在说明大气运动的性质方面,曾被发现了很多有用的事实。通常,在研究大范围大气运动的涡度时,我们所关心的是绝对涡度。倘若我们在绝对涡度中把局地科氏参数略去,这样可以得到相对涡度场。这对在处理对流层中部接近无辐散层的流场时,可以发现不少使我们感兴趣的,而且在实用和理论上都有价值的特征。就作者多年实践的结论是:对流层中部移动性气旋前进方向的半圆内,500毫巴图上相对涡度零线可作为最大上升运动和降水区域的指标(自然降水的发生尚有赖于空气中可提供的有用水汽量)。对 相似文献
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张学文 《沙漠与绿洲气象(新疆气象)》1996,19(5):7-12
根据物理学中非均匀的混合气体的理论，本文得出了一个水汽相对运动方程和一个比湿方程。前者显示自由大气中的水汽会由于比湿、气压、温度分布的空晨不均匀和受力不等而产生相对于干空气的运动。这个方程还可以说明大气中层状云多，锋面附近、低压区、台风区多雨和台风眼中无雨等现象。比湿方程可用于计算由上述相对运动导致的空气比湿的变化。而承认本文提出的物理模型也就要求对已有的大气水分环流和降水机制作重要修正。 相似文献