高阶Runge-Kutta-Li算法对二维线性平流方程的计算检验     

王鹏飞  李建平  黄刚 《气候与环境研究》2019,24(4):417-429

利用高阶Li空间微分方案(Li, 2005),实现了时间积分为3～6阶Runge-Kutta-Li(RKL)格式的求解算法。二维线性平流方程的试验结果表明:在计算稳定的条件下,各阶算法的计算误差随时间的推移基本上是线性增加的。非转动背景场的平流算例中（高斯型的初值）,高阶RKL算法可以取得较好的计算效果。与3、4、5、6阶RK算法配合的Li空间差分方案有效阶数可以达到5、7、9、10阶。RK 算法的阶数为5（6）阶时,总误差控制在10-7（10-8）以内。随RK阶数增加Li微分的有效阶数有增加趋势,且总误差逐渐减小。定常转速的背景场算例中（偏心的高斯型初值）,当RK阶数为3时,最优空间差分阶数为10;相应的阶数为4、5、6时对应的空间最优阶为16,22,22,总计算误差可以控制在10-15～10-16。随着精度的提高,误差的绝对值减小很迅速,说明算法是非常有效的。对于圆锥型初值（定常转速的背景场）,4、5、6阶RK算法和3阶算法的效果差不多。高阶算法对此类具有导数不连续点的算例,效果不如高斯初始场好,结果不能保持正定,有些地方误差出现下冲和上翘。随着空间差分精度的提高,非正定的解数量和数值减小,误差的绝对值减小,说明了算法在一定程度上是有效的,但并不适合追求极高的算法阶数。这与谱方法中的导数不连续问题有些相似,误差的产生主要源于导数的不连续性,差分类方法仅能获得与导数连续性阶数相当的算法精度。各种算例中,采用恰当的边界条件是必要的,例如旋转背景场算例,比较适合使用无穷远边界条件,否则会出现计算不稳定或无法将计算误差控制到较小的范围内。  相似文献   

Crack Coalescence in Molded Gypsum and Carrara Marble: Part 1. Macroscopic Observations and Interpretation   总被引：8，自引：5，他引：3  

L. N. Y. Wong  H. H. Einstein 《Rock Mechanics and Rock Engineering》2009,42(3):475-511

Cracking and coalescence behavior has been studied experimentally with prismatic laboratory-molded gypsum and Carrara marble specimens containing two parallel pre-existing open flaws. This was done at both the macroscopic and the microscopic scales, and the results are presented in two separate papers. This paper (the first of two) summarizes the macroscopic experimental results and investigates the influence of the different flaw geometries and material, on the cracking processes. In the companion paper (also in this issue), most of the macroscopic deformation and cracking processes shown in this present paper will be related to the underlying microscopic changes. In the present study, a high speed video system was used, which allowed us to precisely observe the cracking mechanisms. Nine crack coalescence categories with different crack types and trajectories were identified. The flaw inclination angle (β), the ligament length (L), that is, intact rock length between the flaws, and the bridging angle (α), that is, the inclination of a line linking up the inner flaw tips, between two flaws, had different effects on the coalescence patterns. One of the pronounced differences observed between marble and gypsum during the compression loading test was the development of macroscopic white patches prior to the initiation of macroscopic cracks in marble, but not in gypsum. Comparing the cracking and coalescence behaviors in the two tested materials, tensile cracking generally occurred more often in marble than in gypsum for the same flaw pair geometries.

H. H. EinsteinEmail:

  相似文献   

基于提升小波的影像变换与匹配   总被引：7，自引：0，他引：7  

陈鹰  林怡 《测绘学报》2006,35(1):19-23

从第二代小波即小波提升方法出发,研究了一种反对称小波的影像变换算法、导出了其更新函数,并与线性提升算法进行了比较,结果表明,该算法不仅具有在位计算的特性,而且能够更好地突出影像边缘特征,为影像匹配提供了丰富的信息。在实时影像匹配中,同时采用了低频信息和高频分量,构成了多窗口匹配算法,试验证明,该算法能够提高匹配的效率和可靠性。  相似文献   

GRAPES模式中物理过程时间计算精度对降水预报的影响   总被引：1，自引：0，他引：1  

徐国强  陈德辉  张红亮 《大气科学》2010,34(5):875-881

对数值模式物理过程与动力框架耦合方案进行了分析, 在GRAPES模式中引进了ECMWF模式中的Wedi (1999) 耦合方案, 此方案考虑了两个时间层物理过程的影响, 即将上游点和到达点物理过程的影响同时反馈到动力框架中, 它是二阶时间精度的耦合方案, 比原一阶精度耦合方案更加合理和准确。利用GRAPES模式, 设计了Wedi耦合方案与原耦合方案的连续数值试验。试验结果表明, 在逐日降水预报中, Wedi耦合方案与原耦合方案降水预报的T评分 (Threat score) 互有高低, 但差别不大; 预报的降水量可能有较小的变化, 但不能使预报降水的等级出现本质的改变。但对其平均后的分析可知, 新引进的Wedi耦合方案对预报降水评分具有正的贡献。即新耦合方案完善和改进了GRAPES模式, 对提高模式的降水预报准确率具有正效果。  相似文献   

十一运会开幕式人工影响天气服务作业决策与实施流程设计     

龚佃利  李春虎  赵健  刘文  王俊  王庆  张洪生  樊明月 《气象科技》2010,38(Z1):51-55

介绍了"十一运会"开幕式期间天气背景和人工消(减)雨作业防线设计,分析了实施区域人工消(减)雨火箭、高炮过量催化作业对监测预报、空域保障、指令下达、发射操作、弹药供给等技术保障要求及对策,明确了人工影响天气应急服务关键时间节点的主要工作内容,介绍了作业决策、作业实施、跨区作业等流程的技术要点和任务要求。经过全运会开幕式前期作业试验和应急服务检验,各项技术流程设计符合人工消(减)雨作业技术要求。  相似文献   

二维均匀剪切湍流的湍涡闭合方案   总被引：1，自引：0，他引：1  

赵建华  张强 《干旱气象》2010,28(1):8-19

通过仔细分析Thorpe与Woods等对湍流的典型实验,得到如下结论:(1)提出了湍流的太极模型;(2)指出了湍流串级的内容包括2个内容,一是湍流外圈层(大涡)在内旋到内部时产生新的圈层(小涡),二是在阴阳旋臂相切的锋面由于依然存在较大切变而产生新的次尺度湍涡;(3)指出湍流的耗散机制是通过湍涡,把具有切变的2流场的交界面通过旋转而无限拉长以增大2者的接触面积,加强了交界面之间的分子交换,从而实现了湍流层层混合的高效率;(4)基于湍涡结构,提出了湍涡闭合方案,给出了Reynolds应力的表达式,闭合了雷诺方程;(5)混合长反映了湍涡的大小,Karman常数则反映了湍涡内外半径比的关系;(6)指出Reynolds方程算子是湍流方程推导的关键,提出了湍流算子的概念;(7)推导出了新型的湍流运动方程;(8)提出了关系不变性原理。  相似文献   

Improving Non-local Parameterization of the Convective Boundary Layer     

Zbigniew Sorbjan 《Boundary-Layer Meteorology》2009,130(1):57-69

We propose improvements in the “non-local” parameterization scheme of the convective boundary layer. The countergradient terms for components of the momentum fluxes are introduced in a form analogous to those for other scalars. The scheme also includes explicit expressions for entrainment fluxes of momentum, temperature, and humidity. A simplified procedure for calculating the boundary-layer height is proposed, consisting of two steps: the evaluation of the convection level, followed by the assessment of the depth of the interfacial layer.  相似文献   

热带气候风场的傅立叶分析方案及试验   总被引：2，自引：1，他引：1  

王盘兴  吴幸毓  华文漪  李丽平 《南京气象学院学报》2008,31(3):300-307

给出了热带气候风场V-的一个傅立叶分析方案。对热带（30°S～30°N）区域1月850hPa气候风场V-的试分析结果表明：V-具有低维、低阶特征,｜m｜=0,4的9个低波数分量共拟合了V-模方的92.4%。0波分量V-0最重要,拟合了V-模方的56.4%,它主要给出了纬向平均信风带结构特征。定常波（V-＊）拟合了V-模方的43.6%,也具有低维、低阶特征,｜m｜=1,4的8个低波数分量拟合了V-＊模方的82.6%,由它们构成的定常波合成风场V-4＊与V-＊的相似系数高达0.909,它给出了V-＊的主要环流系统。因此,傅立叶分析方法是分析热带气候风场的一种有效方法。  相似文献   

有限区域风速场求解流函数和速度势场的有效方案   总被引：3，自引：1，他引：2       下载免费PDF全文

朱宗申  朱国富 《应用气象学报》2008,19(1):10-18

流函数和速度势是表示风场的一种变量, 在数值天气预报模式和分析、同化方案中经常使用, 通常可以用风速分量场求解Poisson方程得到。对于有限区域系统, 往往采用差分方法, 但由于存在边界问题, 用计算所得到的流函数和速度势场重建风速场, 在边界附近经常出现明显的偏差。基于差分方法、利用有限区域风速场求解流函数和速度势场的基本方法和特点的分析, 在Arakawa A网格分布的有限区域, 设计了一种用差分方法求解流函数和速度势场的有效方案。在该有效方案中, 通过将有限区域向外扩展二圈, 风速场线性外推, 改进计算边界风速值和边界定解条件的效果; 尽可能使用协调、一致的差分格式, 提高求解精度; 最后利用一种增量订正迭代方法, 迭代2~3次就可以获得令人满意的结果。实例试验的对比、检验显示, 用该方案计算求得的流函数和速度势场重建风速场, 具有非常高的精度。  相似文献   

CAMS复杂云微物理方案与GRAPES模式耦合的数值试验   总被引：8，自引：3，他引：5       下载免费PDF全文

孙晶  楼小凤  胡志晋  沈学顺 《应用气象学报》2008,19(3):315-325

CAMS复杂云微物理方案是混合相双参数方案, 包括11个云物理变量和31个云物理过程, 能够同时预报水成物的比质量和数浓度。通过在GRAPES非静力中尺度模式中增加预报量并修改相关程序后, 实现了二者的耦合, 耦合后模式运行稳定。选取2005年8月15—17日我国华北地区一次暴雨过程, 利用耦合后的模式进行48 h模拟试验, 同时还选取了GRAPES模式中其他3个比较复杂的微物理方案进行模拟, 着重分析了降水和水成物分布的模拟结果。研究结果表明: CAMS方案能够模拟出与实测相接近的雨带分布特征, 并且对降水演变的模拟结果与其他方案比较一致, 对暴雨中心位置的模拟有待改进。CAMS方案模拟的水成物垂直分布与其他方案相比具有相似的总体特征, 各相态粒子的量级和分布合理, 不同方案的结果在量值上有所差别。个例分析结果显示出CAMS方案对降水和水成物的分布能够合理描述。今后应通过更多个例进行更为精细的模拟试验, 对新方案进行检验。  相似文献