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大气环流模式降水的模拟对水汽方程差分方案的敏感性试验 总被引：4，自引：0，他引：4
分别采用3种应用比较广泛的水汽方程差分方案:多维正定平流传输方案(MPDATA)、通量修正传输方案(FCT)和两步保形平流方案(TSPAS),对大气物理所9层大气环流模式(IAP 9L AGCM)的降水模拟作敏感性试验,分析比较3种方案下模式降水气候平均场的差异,从而揭示模式降水对水汽方程差分方案的敏感性.试验结果显示,不同的水汽方程差分方案对大气环流模式降水的气候模拟有较大影响,并由此从3种差分方案中为IAP 9L AGCM寻找出一种较好的水汽计算方案. 相似文献
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本文在Smolarkiewicz(1983)方案的基础上,提出了一种新的正定平流方案。它是无条件计算稳定的,形式简单、物理意义清楚且阻尼小,能够很容易地应用到多维模式中。文中通过一简单的平流试验,与其它几种有名的正定平流方案进行了比较;最后将这种方案应用到国家气象中心细网格有限区域业务预报模式水汽预报方程中,避免了原水汽计算方案产生严重负水汽的问题,并对24h降水预报场进行分析。 相似文献
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PRM标量平流方案在GRAPES全球预报系统中的应用 总被引：4，自引：0，他引：4
如何更好地模拟水物质的分布,对于数值天气预报效果的改进,特别是对于更好地模拟降水过程,具有重要的意义。半拉格朗日模式中的标量平流计算要求做到高精度、守恒、正定和保形,但GRAPES_GFS (Global-Regional Assimilation and PrEdiction System, Global Forecast System) 中采用的QMSL(Quasi-Monotone Semi-Lagrangian)平流方案在水汽的强梯度、不连续区域计算精度较低,且不能做到严格守恒。本研究借鉴计算流体力学领域的研究进展,将一个基于分段有理函数的物质平流方案PRM(Piecewise Rational Method)引入GRAPES_GFS中,按照通量形式求解水汽方程,并对极区进行了混合等技术处理。通过一系列理想试验对两种平流方案进行了对比,证明了PRM方案精度较高,特别是在水汽梯度大的区域优势明显,频散、耗散误差较小,守恒、保形性也要好于QMSL方案。通过对GRAPES_GFS中批量预报试验效果的检验,验证了PRM方案可以有效地改进模式对水物质分布的模拟,提高了降水的预报效果,对模式综合预报性能的提升也有明显作用。 相似文献
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改进的MM4模式暴雨实例对比试验 总被引：1，自引：0，他引：1
本文利用改进了水汽输送方案的中尺度模式ＭＭ４对三次暴雨过程作了试验。这三次过程包括两次长江中下游特大暴雨和一次华并暴雨。把三次暴雨过程的降水实况和采用不同水汽输送方案所得到的模拟降水结果进行了对比，并主要分析了“８２．６”湖北特大暴雨过程。 相似文献
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本文用正压原始方程模式考察了分离显式积分方案的稳定性和精确性。把模式方程组分为平流方程组和适应方程组。积分周期分离为两个主要部分。第一部分,显式积分平流方程组;第二部分,显式积分适应方程组。试验结果表明,分离显式积分方案比显式积分方案稳定。用这种方案制作有限区域正压原始方程模式24小时预报所需要的计算时间是显式方案的二分之一。 相似文献
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温度初值确定之合理性与气压梯度力项的计算 总被引：1，自引：0，他引：1
本文讨论数值试验中两个基本问题:温度初值确定和气压梯度力的计算。首先比较几种利用静力方程差分解求温度初值方案所引起的误差,提出一种把等压面高度场插值与静力方程微分解结合起来求取等σ面温度初值的方法,结果表明用这种方法确定的温度初值及其水平分布和垂直递减率接近实测值。文章又讨论山脉地区气压梯度力计算问题,表明气压梯度力的计算精度不仅与计算方案有关,而且与温度初值有很大的关系。利用本文提出的方案得到的温度初值来计算气压梯度力,误差达到比较满意的精度。 相似文献
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中国南海台风模式是基于GRAPES的热带中尺度模式,采用半隐半拉格朗日时间差分方案,借助Helmholtz方程进行隐式求解,然后计算物理过程,并把各物理量反馈到动力预报场,实现动力过程与物理过程耦合。为了探讨耦合方案对预报精度的影响,在原方案的基础上,设计了新的技术方案,主要包括两项技术改进。其一是考虑温度、水汽的物理反馈对气压场影响,将间接导出的气压反馈值返回动力场;其二是在第一项技术改进的基础上,将物理反馈值作为模式Helmholtz方程的右端项参与隐式求解,物理反馈在动力约束条件下实现与动力过程耦合。针对新方案对台风路径预报的影响开展个例和批量试验研究。个例试验研究表明,新方案明显地提高了台风预报水平,特别是提高了移动速度的预报准确率;2013年批量试验结果分析,如文中给出的台风路径预报、等压要素预报准确率对比分析,说明新技术方案整体提高模式预报精度。 相似文献
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利用中尺度模式ＭＭ４，研究了中尺度模式的暴雨模拟对于不同不汽输送方案的敏感性。采用５种平流差分格式来计算水汽的水平输送，用该模式对３次暴雨过程作了数值试验。并把不同方案的降水模拟结果与实况进行了对比。结果表明，中尺度模式的暴雨模拟对水汽输送方案十分敏感，正定高精度的Ｐｒａｔｈｅｒ格式的模拟结果最接近实况。 相似文献
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WRF微物理方案对四川一次强降水模拟的影响 总被引：1，自引：0，他引：1
云物理过程是中尺度数值模式中最重要的非绝热加热物理过程之一,成云降雨过程发生以后通过感热、潜热和动量输送等反馈作用影响大尺度环流,并在决定大气温度、湿度场的垂直结构中起着关键作用,也是人们最为关心的降水预报的关键所在.因此在中尺度数值天气预报模式当中,更加准确的描述云物理过程将能够很大程度上提高模式预报降水能力.本文利用WRF模式,对2010年7月14 ～ 18日四川一次强降水过程进行了3组数值模拟实验,每组实验采用了不同的微物理参数化方案.方案的选取上主要采用了WRF模式3.0版本后加入的几种新方案,包括(1)WDM6方案(2)New Thompson方案(3)SBU-YLIN方案,在其他参数设置均相同的情况下,首先详细分析了在整个降水过程的各个阶段,3种方案下模式模拟结果与实况的差异,以及3种方案结果之间的差异.认为在降水初期,WDM6方案的模拟结果对比实况来看盆地东部降水中心偏南,而New Thompson方案和SBU-YLin方案模拟的雅安地区降水中心强度和范围都过大,但对于盆地东部的降水中心模拟较好,New Thompson方案对广元地区的降水模拟较实况偏弱.总体看来,New Thompson方案和SBU-YLin效果相当,WDM6略差.在大范围降水产生的时期,3种方案模拟的效果与实况都非常接近,只是各方案对乐山宜宾一线雨带的模拟都有不同程度的加强,使得这一线成了整个区域的最强的中心,其中SBU-YLin方案加强最大,New Thompson方案次之,而实际过程中这一时期最强中心还是在川东北一带.WDM6方案模拟降水强度与实况最为接近,但中心偏东.其中7月16日18时～17日06时是各方案模拟效果最好的一个时段.3种方案给出的的模拟结果相差并不大,较难得出哪种方案的结果最好的结论,但可以初步看出,对于本次降水量级的模拟来讲,WDM6方案模拟降水的量级较好,较少出现模拟过强的现象,而SBU-YLin方案通常模拟的降水中心强度都要大过实际;从降水落区上来看,SBU-YLin方案的表现较好,WDM6方案则有一定偏差.在这两方面New Thompson方案都介于以上两方案之间.最后初步分析了各方案模拟所得的水相参量,主要包括水汽、云水、云冰、雨、雪和霰粒子的混合比,认为造成各方案之间降水差异的原因,主要是各方案处理云水粒子的差别造成. 相似文献
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Improvement of the semi-Lagrangian advection scheme in the GRAPES model: Theoretical analysis and idealized tests 总被引：2，自引：0，他引：2
ABSTRACT The Global/Regional Assimilation and PrEdiction System （GRAPES） is the newgeneration numerical weather predic- tion （NWP） system developed by the China Meteorological Administration. It is a fully compressible non-hydrostatical global/regional unified model that uses a traditional semi-Lagrangian advection scheme with cubic Lagrangian interpola tion （referred to as the SL_CL scheme）. The SL_CL scheme has been used in many operational NWP models, but there are still some deficiencies, such as the damping effects due to the interpolation and the relatively low accuracy. Based on Reich＇s semi-Lagrangian advection scheme （referred to as the R2007 scheme）, the Re_R2007 scheme that uses the low- and high-order B-spline function for interpolation at the departure point, is developed in this paper. One- and two-dimensional idealized tests in the rectangular coordinate system with uniform grid cells were conducted to compare the Re..R2007 scheme and the SL_CL scheme. The numerical results showed that： （1） the damping effects were remarkably reduced with the Re_R2007 scheme; and （2） the normalized errors of the Re_R2007 scheme were about 7.5 and 3 times smaller than those of the SL_CL scheme in one- and two-dimensional tests, respectively, indicating the higher accuracy of the Re..R2007 scheme. Furthermore, two solid-body rotation tests were conducted in the latitude-longitude spherical coordinate system with non uniform grid cells, which also verified the Re_R2007 scheme＇s advantages. Finally, in comparison with other global advection schemes, the Re_R2007 scheme was competitive in terms of accuracy and flow independence. An encouraging possibility for the application of the Re_R2007 scheme to the GRAPES model is provided. 相似文献
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Brian N. Bailey 《Boundary-Layer Meteorology》2017,162(1):43-70
When Lagrangian stochastic models for turbulent dispersion are applied to complex atmospheric flows, some type of ad hoc intervention is almost always necessary to eliminate unphysical behaviour in the numerical solution. Here we discuss numerical strategies for solving the non-linear Langevin-based particle velocity evolution equation that eliminate such unphysical behaviour in both Reynolds-averaged and large-eddy simulation applications. Extremely large or ‘rogue’ particle velocities are caused when the numerical integration scheme becomes unstable. Such instabilities can be eliminated by using a sufficiently small integration timestep, or in cases where the required timestep is unrealistically small, an unconditionally stable implicit integration scheme can be used. When the generalized anisotropic turbulence model is used, it is critical that the input velocity covariance tensor be realizable, otherwise unphysical behaviour can become problematic regardless of the integration scheme or size of the timestep. A method is presented to ensure realizability, and thus eliminate such behaviour. It was also found that the numerical accuracy of the integration scheme determined the degree to which the second law of thermodynamics or ‘well-mixed condition’ was satisfied. Perhaps more importantly, it also determined the degree to which modelled Eulerian particle velocity statistics matched the specified Eulerian distributions (which is the ultimate goal of the numerical solution). It is recommended that future models be verified by not only checking the well-mixed condition, but perhaps more importantly by checking that computed Eulerian statistics match the Eulerian statistics specified as inputs. 相似文献
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本文在十一层原始方程模式中引入Fritsch-Chappell一维云模式，对1982年5月12日江淮气旋上中尺度系统进行了模拟试验，分析表明:Fritsch-Chappell一维云模式对深厚积云的考虑细致合理，比郭晓岚积云参数化方案优越，它能模拟出中尺度系统的一些特征。通过数值计算发现:中尺度江淮气旋是对流层低层的天气系统，气压场上具有中尺度低压的某些特征；对流天气的出现，使得中尺度江淮气旋得到发展，但这种发展有一个变化过程，在对流发展加强时，对流引起的动量变化以及下沉气流造成的低层冷却作用，使其有一个暂时的减弱过程，当对流运动趋于减弱时，气旋才得以发展。 相似文献
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文章介绍了国家气象中心的台风路径数值预报模式（以下简称台风模式）,在不同物理过程参数化下的数值试验及其结果的诊断分析。对1992年第10号热带气旋和1996年第8号热带气旋个例的数值试验结果表明,该模式能较好地预报热带气旋移动路径和登陆地点,且考虑复杂物理过程的台风模式较简单过程的模式能更好地描述热带气旋中心附近高低层的热力状况。研究还发现,500或700 hPa湿位涡第一项MPV1负值中心的绝对值大小的变化可反映热带气旋的强弱;且850 hPa上升运动最大中心的位置对未来6～12 h热带气旋的移向有较好 相似文献
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尺度适应(scale-aware)的物理过程是现代数值预报发展的一种趋势,本文针对GRAPES_Meso(Global/Regional Assimilation and Prediction Enhanced System)模式没有考虑物理过程尺度适应的现状,首先在KFeta(Kain-Fritsch Eta)积云对流参数化方案中引进了尺度适应过程,对该方案的对流时间尺度、格点垂直速度以及夹卷率进行了基于尺度适应参数化的改进。为研究尺度适应KFeta方案与原KFeta方案对不同分辨率模式模拟结果的影响,选取了一次华南飑线过程进行数值模拟和影响分析。结果表明:在3 km、5 km、10 km、20 km水平分辨率的GRAPES_Meso模式中,尺度适应KFeta方案相比原方案,对降水强度及落区分布的模拟有一定的正效果,随着模式水平分辨率提高,次网格降水减少、格点降水增多、对流层中低层夹卷略有增强,对原来存在的对流层高层及低层偏冷的偏差有一定的改进,对流活跃区域的上升气流强度、云中水凝物含量更符合真实的天气系统演变。综合来看,改进后的方案更适用于高分辨率数值预报模式,该研究结果可以为尺度适应对流参数化方案的应用及数值模式强降水预报性能的优化提供有益的参考。 相似文献
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A new non-interpolating semi-Lagrangian scheme has been proposed, which can eliminate any interpolation, and consequently numerical smoothing of forecast fields. Here the new scheme is applied to KdV equation and its performance is assessed by comparing the numerical results with those produced by Ritchie’s scheme (1986). The comparison shows that the non-interpolating semi-Lagrangian scheme appears to have efficiency advantages. 相似文献
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William A. Gough 《大气与海洋》2013,51(4):495-511
Abstract Convective adjustment is examined in an ocean general circulation model which uses an isopycnal mixing parametrization. It is found that the use of an explicit convective adjustment scheme is not needed in a variety of equilibria and climate change scenario simulations. A numerical mechanism is proposed to explain this as well as the localized appearance of ‘negative’ diffusion. 相似文献
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In the traditional incremental analysis update(IAU) process, all analysis increments are treated as constant forcing in a model’s prognostic equations over a certain time window. This approach effectively reduces high-frequency oscillations introduced by data assimilation. However, as different scales of increments have unique evolutionary speeds and life histories in a numerical model, the traditional IAU scheme cannot fully meet the requirements of short-term forecasting for the damping of hig... 相似文献
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Direct Numerical Simulation of Turbulent Katabatic Slope Flows with an Immersed-Boundary Method 总被引：1，自引：1，他引：0
We investigate a Cartesian-mesh immersed-boundary formulation within an incompressible flow solver to simulate laminar and turbulent katabatic slope flows. As a proof-of-concept study, we consider four different immersed-boundary reconstruction schemes for imposing a Neumann-type boundary condition on the buoyancy field. Prandtl’s laminar solution is used to demonstrate the second-order accuracy of the numerical solutions globally. Direct numerical simulation of a turbulent katabatic flow is then performed to investigate the applicability of the proposed schemes in the turbulent regime by analyzing both first- and second-order statistics of turbulence. First-order statistics show that turbulent katabatic flow simulations are noticeably sensitive to the specifics of the immersed-boundary formulation. We find that reconstruction schemes that work well in the laminar regime may not perform as well when applied to a turbulent regime. Our proposed immersed-boundary reconstruction scheme agrees closely with the terrain-fitted reference solutions in both flow regimes. 相似文献