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在程锐等（2018）中,我们完成了非静力AREM（Advanced Regional Eta-coordinate Model）模式动力框架设计。本文将通过理想和实例试验检验其模拟能力。设计理想试验并通过与国际成熟的中尺度非静力框架比较,直接检验非静力AREM三维动力框架在细致分辨率（约1 km）下的模拟性能。可以看出,非静力AREM与ARPS（Advanced Regional Prediction System）、WRF（Weather Research and Forecasting Model）模拟出类似的积云对流结构及演变特征,从而基本确证了本文发展的非静力框架的正确性。结合原静力平衡模式的初始化和物理参数化过程,形成非静力AREM模式系统。台风实例模拟表明,粗分辨率下静力、非静力AREM模式性能接近;但在高分辨率下,非静力明显优于静力模式。我们还开展了批量降水试验检验,对非静力AREM模式性能进行了进一步的验证。 相似文献
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大气数值模式离散垂直动量方程时,一般而言气压梯度力和重力不易维持严格的静力平衡关系。为精确平衡数值离散的垂直气压梯度力和重力,基于高精度多矩约束有限体积方法引入完全平衡数值公式,即以满足静力平衡关系的热力学参考态对重力源项进行数值离散构造,发展了适用于非静力大气的完全平衡多矩约束有限体积方法。一维标准数值试验表明,完全平衡多矩约束有限体积方法能在较粗糙的计算网格点上保持静力平衡参考态的数值计算误差在计算机的单精度（10-6）和双精度（10-14）水平,在具有小量级扰动的初始条件下,完全平衡多矩约束有限体积方法能较好地模拟扰动的传播,二维非静力热泡试验进一步验证了完全平衡多矩约束有限体积方法对非静力大气运动的模拟能力。数值试验结果验证了所发展方法的完全平衡属性和适用性,这为非静力大气模式发展提供了良好参考价值。 相似文献
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GRAPES非静力数值预报模式的三维变分资料同化系统的发展 总被引：21，自引：3，他引：18
为了减少分析变量与模式状态变量之间的插值误差,改善业务预报模式的初值质量,在GRAPES等压面三维变分资料同化系统的基础上,研究发展了针对GRAPES区域模式的非静力模式变量三维变分资料同化系统(GRAPES m3DVAR).该资料同化系统的垂直坐标及其分析变量的水平分布格式、垂直跳点方案与GRAPES预报模式保持完全一致.由于垂直坐标的变化和非静力关系,m3DVAR分析系统中设计了求解动力学约束方程的新方案.通过有效的高精度数学方案,避免了地形追随坐标下平衡方程的非线性项造成的复杂计算,有效解决了非静力平衡条件下求解平衡方程中非线性项的切线性方程和伴随方程引起的困难.重新构造各种观测算子,并考虑了质量场和风场之间的平衡约束关系、背景误差协方差结构,实现对探空、地面资料、船舶报等常规观测的同化.理想单点试验和实际资料的多变量资料同化分析结果表明,非静力模式变量三维变分资料同化系统能够正确地描写多变量之间的相互作用以及物理约束关系,分析结果合理,能够有效减少原等压面三维变分资料同化系统的分析与模式变量之间需要相互插值、变换产生的误差,在一定程度上提高了分析场质量,对预报模式的初值具有一定改善. 相似文献
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潘建夫 《南京气象学院学报》1987,(2)
本文设计了一个用于中尺度研究的非静力平暂数值模式。在垂直运动方程中考虑非静力项后,为了减小由气压梯度力和重力计算浮力时的误差,模式引进了浮力方程。文中对中尺度环流系统的生成和维持作了一系列对比试验以考察该模式模拟中尺度过程的能力,结果发现,模式能反映中尺度系统生成和维持的一些特征。同时发现,对于较复杂的中尺度运动,初始扰动的发展与扰动本身的动力学和热力学结构有关。而大气稳定度分布对中尺度环流系统的维持起重要作用。通过试验还发现,积分过程中的计算稳定性对初始条件是敏感的。 相似文献
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非静力平衡模式的中尺度非均匀初始场试验和锋面模拟 总被引：3，自引：0，他引：3
用非静力平衡二维中β－γ尺度大气模式,选取１９８７年欧洲的一次冷锋过程为个例,以法国的静力平衡模式的模拟结果为初始场,选用５ｋｍ,２５ｋｍ,４５ｋｍ３种水平格距进行了水平范围为２０００ｋｍ的模拟,结果表明：（１）中尺度非静力平衡模式应用非均匀初始场,而不加人为的初始扰动是可行的;（２）扰动量的初始场中π′的精度要求很高,应严格符合静力平衡条件,否则就会产生严重误差,甚至在一个时步内改变垂直速度;（３）５ｋｍ,２５ｋｍ,４５ｋｍ３种格距的对比模拟表明,５ｋｍ格距的非静力平衡模式能模拟出锋面上的多个中β尺度对流,且垂直速度场分布与实际最接近,而后两种格距只能模拟出锋面上的大范围上升区,不能细致地描述锋面对流结构。 相似文献
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海岸边界层的非静力模式 总被引：1，自引：0，他引：1
建立了一个３级非静力边界层模式,并采用一种新的非局地反梯度闭合方案在杭州附近复杂地形区进行了数值模拟。通过与实测资料和静力条件下的模拟结果的比较,进一步分析了非局地闭合下非静力３级边界层模式的效能。结果表明,该模式比静力模式更能合理地模拟海岩边界层的风温场和湍流场,且模拟结果与实测更接近。 相似文献
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静力平衡模式在中尺度大气模拟中的适用性问题 总被引：1，自引：0，他引：1
静力平衡模式是目前数值天气预报的主要模式。近年来随着模式分辨率的提高,非静力平衡模式在中国的研制和ＭＭ５等模式的引进,从理论研究和应用的角度看,有必要对这两种模式在中尺度大气模拟中的适用性问题作细致的分析研究。本文从理论上分析了静力平衡假定下重力波频率模拟的误差,指出其相对误差随Δｘ增大成平方的减少。当Δｘ≥２０ｋｍ时,相对误差小于４％,当Δｘ≤１０ｋｍ时,相对误差可能大于１６％。和一般顾名思义的概念不同,静力模式计算的重力波频率被夸大,计算的垂直加速度也由于略去惯性项而夸大。推导的准静力平衡模式,对静力平衡模式作了惯性项订正,个例试验也肯定了上述结果。 相似文献
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《湖北气象》2016,(6)
采用样条格式二阶时空离散预报方程与显式-准拉格朗日积分方案,建立非静力全可压数值模式动力框架,对气压、气温(位温)、风及广义牛顿力(加速度)场做三次样条函数拟合,实现各个变量场二阶可导,并且按牛顿运动定律,显式迭代插值求上游点"三次运动"路径(三维位移)与预报变量值,同时求得一个时间步长三维位移的平均散度场,并以此绝热变率预报压、温场。其中,通过对静力方程做三次样条拟合,可从非静力气压场分离出(满足静力方程)时变的静压场,从而无须引入大气参考廓线,并因此准确(二阶精度)计算出垂直气压梯度力与位移。密度流试验表明,上述非静力全可压动力框架能够模拟出高度非线性的密度流,初步验证样条格式做"三次"数值模式动力框架的一致性和精确性,同时分析了与密度流试验benchmark参考解相比较存在差别的原因。 相似文献
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为了深入理解非静力近似下的波-湍相互作用问题,本研究在σ坐标的海洋环境研究和预报模型(MERF)中引入常用的Mellor-Yamada两方程湍混合参数化方案(MY2.5),评估垂向湍混合对小尺度背风波传播过程的影响.瞬时状态场的模拟结果表明,无论是否为非静力近似条件,上述湍参数化方案的引入都会减弱背风波传播的模拟效果.从时间平均场的试验结果来看,垂向湍混合过程会显著减小非静力近似和静力近似之间的差异.此外,能量收支分析的诊断结果表明,MY2.5方案会显著抑制陆坡地形下的背风波传播过程,进而将更多的潮能转化到不可逆的湍混合过程中. 相似文献
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An Impact Study of the Vertical Coordinate on a Non-hydrostatic Mesoscale High-Resolution Model 
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下载免费PDF全文 With the high-speed development of high-powered computer techniques, it is possible that a high-resolution and multi-scale unified numerical model is applied to the operational weather prediction. Some techniques about mesoscale non-hydrostatic numerical weather prediction are addressed, and the impact of the vertical coordinate system is one of them. Based on WRF (Weather Research and Forecasting) model, the influence of vertical coordinates on the non-hydrostatic mesoscale high-resolution model is compared. The results show that the error of various coordinates in lower levels is almost same when we use the geometry height (z) and the pressure (p) to set up a terrain-following coordinate; but the error of the height terrain-following coordinate in higher levels is smaller than that of the pressure terrain-following coordinate. The higher the resolution is, the bigger the error will be. The results of the high-resolution simulation exhibited that the trend of the difference in the two coordinates existed. In addition, the correlative coefficient and standard error are also analysed by the comparison between the forecast fields and the corresponding analysis fields. 相似文献
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A new global model with a non-hydrostatic (NH) dynamical core is developed. It employs the spectral element method (SEM) in the horizontal discretization and the finite difference method (FDM) in the vertical discretization. The solver includes a time-split third-order Runge-Kutta (RK3) time-integration technique. Pursuing the quasi-uniform and pole singularity-free spherical geometry, a cubed-sphere grid is employed. To assess the performance of the developed dynamical solver, the results from a number of idealized benchmark tests for hydrostatic and non-hydrostatic flows are presented and compared. The results indicate that the non-hydrostatic dynamical solver is able to produce solutions with good accuracy and consistency comparable to reference solutions. Further evaluation of the model with a full-physics package demonstrates its capability in reproducing heavy rainfall over the Korean Peninsula, which confirms that coupling of the dynamical solver and full-physics package is robust. 相似文献
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T. Kato 《Meteorology and Atmospheric Physics》1997,63(1-2):39-51
Summary Quantitatively comparative experiments of moist convection using hydrostatic and non-hydrostatic models are reviewed and a further study is made of the suitability of the hydrostatic approximation for a high-resolution model when the grid size falls below 20 km. Idealized moist convection is treated, and then the torrential rain that occurred on 6 August 1993 in Kagoshima, southern Kyushu, Japan is simulated by each model. An explicit warm-rain process predicting cloud water and rainwater and the scheme of moist convective adjustment are individually or conjunctively employed in the model. The effect of hydrostatic water loading is also examined in detall.For the simulation of idealized convection, the hydrostatic simulation tends to overestimate and overexpand precipitation in comparison with the non-hydrostatic counterpart, and the drag effect of hydrostatic water loading is more significant for convective development than the non-hydrostatic effect. In the 20-km simulations, however, the hydrostatic simulation with hydrostatic water loading produces results that are comparable to the nonhydrostatic counterpart. For the simulation with real data, the comparative results well correspond to those of idealized convection. Furthermore, the 5 km hydrostatic simulation overestimates total precipitation more than that of dealized convection. On the basis of these results, when developing 1020 km numerical weather prediction (NWP) models, hydrostatic water loading should be evaluated in preference to adopting non-hydrostatic models, and a non-hydrostatic model with hydrostatic water loading is thought to be recommendable for a high-resolution NWP model.With 7 Figures 相似文献
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AREM及其对2003年汛期降水的模拟 总被引：35，自引：7，他引：35
文中回顾了一个能考虑陡峭复杂地形的有限区域 η坐标数值预报模式 (RegionalEta coordinateModel,简称REM )十几年来的发展和应用过程 ,列举了该模式系统在气象、水文、环境和军事保障等科研和业务单位的主要应用。同时介绍了在此基础上发展升级的暴雨数值预报模式 (AdvancedREM ,简称AREM )。由于 (A)REM抓住了中国区域的地形和天气特点 ,已成为模拟和预报中国天气和环境灾害的重要工具 ,在环境治理、抗洪抢险、防灾减灾以及军事气象保障中发挥了重要作用。通过分析新版本AREM对 2 0 0 3年夏季中国东部区域降水过程的模拟和预报结果 ,反映了AREM对中国东部区域降水的模拟和预报能力 ,再现了 2 0 0 3年夏季中国东部主要降水过程的雨量分布和演变特征。ARM对主要降水区域平均降水量的逐日预报与观测基本一致。它不仅对发生在淮河流域的较大范围的降水预报如此 ,而且对有些受地形强迫影响的局部强降水中心 ,预报结果也与观测基本一致。 相似文献
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Summary Generalized hydrostatic and geostrophic equations can be derived from the equations in the terrain-following framework. The generalized hydrostatic equation permits some non-hydrostatic motions (as obtained from a Cartesian framework) to remain when a non-zero slope exists. Correspondingly, the generalized geostrophic wind permits a horizontal divergent component (in addition to divergence caused by the change of Coriolis parameter with latitude) to occur when the slope angle is not zero.With 1 Figure 相似文献