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预估-校正的半隐式半拉格朗日时间积分方案及其在CMA-GFS模式中的应用 被引量：1
1
作者 张红亮 沈学顺 苏勇 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期280-288,共9页
CMA-GFS采用的是传统的二时间层半隐式半拉格朗日时间积分方案(SISL)。拉格朗日平流速度和非线性项需要采用时间外插进行计算,在急流轴附近等梯度大值区会造成计算不稳定,甚至积分中断现象。文中通过构造预估-校正半隐式半拉格朗日时间... CMA-GFS采用的是传统的二时间层半隐式半拉格朗日时间积分方案(SISL)。拉格朗日平流速度和非线性项需要采用时间外插进行计算,在急流轴附近等梯度大值区会造成计算不稳定,甚至积分中断现象。文中通过构造预估-校正半隐式半拉格朗日时间积分方案(SISL/P-C),以减少时间外插的影响;半隐式系数由原来的0.72减小到0.55,构造准二阶精度的时间积分方案。理想试验和实际资料试验证明新方案可以改善CMA-GFS的精确度、稳定性和质量守恒。0.25°水平分辨率下积分时间步长可以由300 s增大到450 s,模式总体计算效率提高20%。 展开更多
关键词 预估-校正法 二时间层半隐式半拉格朗日方案 CMA-GFS
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二阶精度半隐式半拉格朗日轨迹计算和时间积分方案在GRAPES区域模式中的应用 被引量：5
2
作者 张旭 黄伟 陈葆德 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第3期557-565,共9页
将两时间层稳定外插方案(Stable Extrapolation Two-Time-Level Scheme,SETTLS)引入GRAPES区域模式,并将其用于上游点和非线性项的时间外插计算。对线性项采用二阶精度的非中央权重时间平均,并取等温参考大气的温度大于实际大气平均温度... 将两时间层稳定外插方案(Stable Extrapolation Two-Time-Level Scheme,SETTLS)引入GRAPES区域模式,并将其用于上游点和非线性项的时间外插计算。对线性项采用二阶精度的非中央权重时间平均,并取等温参考大气的温度大于实际大气平均温度,以保证半隐式积分方案的稳定性。原GRAPES时间积分方案对线性项做一阶非中央权重时间平均,对参考大气的选择并无限制,而为保证稳定性,须取较大的非中央权重系数,但非中央权重系数会对低波数波动产生较强的衰减作用。理想试验结果表明,相比原GRAPES半隐式半拉格朗日(SISL)时间积分方案,新SISL时间积分方案计算稳定且对波动的衰减作用较弱。 展开更多
关键词 两时间层稳定外插方案(SETTLS) 半隐式半拉格朗日(SISL)时间积分 上游点计算 衰减作用 参考大气温度
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零侧边界通量方案在CMA-MESO模式中的应用
3
作者 仇培宇 沈学顺 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期468-476,共9页
在全球或区域数值模式中实现水汽等水物质的守恒或收支平衡计算十分重要,缺乏质量守恒可能会导致虚假的水汽运动和过量的局部降水。目前我国的CMA-MESO模式中使用的平流方案是PRM(Piecewise Rational Method)方案,尽管该方案有较高的精... 在全球或区域数值模式中实现水汽等水物质的守恒或收支平衡计算十分重要,缺乏质量守恒可能会导致虚假的水汽运动和过量的局部降水。目前我国的CMA-MESO模式中使用的平流方案是PRM(Piecewise Rational Method)方案,尽管该方案有较高的精度和正定保形性以及能够在全球模式中做到守恒,但是在有限区域模式中由于侧边界的处理难以做到在有限区域模式中的守恒或收支平衡。为了解决模式平流方案在有限区域模式中的守恒问题,研究了一种新的简单且可忽略计算成本的有限区域模式半拉格朗日方案质量守恒的零侧边界通量方案(Zero Lateral Flux,ZLF)将其应用在CMA-MESO模式中。研究先通过理想试验结果表明ZLF方案具有良好的守恒性和保形性,能够更好保持物理量场的分布和强间断物理量场的守恒。然后将该方案加入CMA-MESO模式中,通过实际个例预报试验和连续预报试验结果表明ZLF方案能够抑制高估的降水,减少虚假降水预报,显著改善降水落区预报。对于极端暴雨而言,ZLF方案对于降水量级和降水落区预报改善效果都非常显著。ZLF方案有效改进了CMA-MESO模式的水物质不守恒问题,提高了模式的降水预报效果。 展开更多
关键词 零侧边界通量 有限区域守恒半拉格朗日方案 水物质守恒 极端暴雨 中尺度模式
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位温方程拉格朗日平流计算方案的改进及其在GRAPES_GFS全球模式的应用
4
作者 张红亮 沈学顺 《气象》 CSCD 北大核心 2021年第4期463-470,共8页
GRAPES全球数值预报系统(GRAPES_GFS)个例试验中,模式高层垂直速度在南极大陆上空会出现较大的计算噪音,进而影响模式的积分稳定性,甚至积分中断。对GRAPES_GFS的动力框架以及动力、物理耦合方案进行诊断分析,发现位势温度在拉格朗日上... GRAPES全球数值预报系统(GRAPES_GFS)个例试验中,模式高层垂直速度在南极大陆上空会出现较大的计算噪音,进而影响模式的积分稳定性,甚至积分中断。对GRAPES_GFS的动力框架以及动力、物理耦合方案进行诊断分析,发现位势温度在拉格朗日上游点上的垂直插值是垂直速度噪音产生的主要原因。2013年7月实际资料试验表明,在位温方程中引入垂直非插值的拉格朗日平流方案,可以减少或消除该计算噪音。使用新的方案后,北半球和热带地区模式预报的整体性能得到了明显提高,8 d预报的全球质量损失较为严重的问题也得到了缓解。 展开更多
关键词 二时间层半隐式半拉格朗日方案 位温方程 垂直非插值拉格朗日平流
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非静力中尺度模式的现状及发展趋势 被引量：3
5
作者 杨学胜 陈德辉 +1 位作者 张红亮 胡江林 《气象》 CSCD 北大核心 2004年第1期3-7,共5页
随着高性能计算机与大气探测技术的发展 ,使得非静力中尺度数值预报模式的业务化成为可能 ,世界上主要的气象中心最近几年纷纷发展非静力中尺度模式 ,并取得了重要进展 ,这其中尤以英国气象局新发展的非静力通用模式最为突出。基于此 ,... 随着高性能计算机与大气探测技术的发展 ,使得非静力中尺度数值预报模式的业务化成为可能 ,世界上主要的气象中心最近几年纷纷发展非静力中尺度模式 ,并取得了重要进展 ,这其中尤以英国气象局新发展的非静力通用模式最为突出。基于此 ,介绍了近年来国际上发达国家的非静力中尺度预报模式的现状及发展方向 。 展开更多
关键词 非静力 中尺度模式 半隐式半拉格朗日方案 数值预报
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GRAPES区域扰动预报模式动力框架设计及检验 被引量：1
6
作者 冯业荣 薛纪善 +1 位作者 陈德辉 吴凯昕 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第5期805-815,共11页
设计了适用于四维变分同化系统的扰动预报模式GRAPES_PF。根据GRAPES的地形追随坐标非静力原始方程组,采用小扰动分离方法推导微分形式的线性扰动预报方程组,并利用与GRAPES非线性模式相似的数值求解方案求解线性扰动微分方程组。在设... 设计了适用于四维变分同化系统的扰动预报模式GRAPES_PF。根据GRAPES的地形追随坐标非静力原始方程组,采用小扰动分离方法推导微分形式的线性扰动预报方程组,并利用与GRAPES非线性模式相似的数值求解方案求解线性扰动微分方程组。在设计扰动预报模式时采用了两个时间层半隐式半拉格朗日方案对动量方程、热力学方程、水汽方程和连续方程进行时间差分,空间差分方案的变量分布水平方向采用Arakawa C跳点网格,垂直方向采用Charney/Phillips跳层。利用代数消元法进一步推导得到只包含未来时刻扰动Exner气压的亥姆霍兹方程,进而通过广义共轭余差法(GCR)求解,在此基础上得到未来时刻扰动量的预报值。基于所开发的扰动模式开展了数值试验。首先在非线性模式中施加一个中尺度初始扰动高压,得到初始扰动在非线性模式中的后续演变,然后将相同的初始扰动作为扰动模式的初值进行时间积分,将扰动模式预报的结果与非线性模式的结果做了对比。结果表明,所开发的扰动模式GRAPES_PF较好地模拟了惯性重力内波的传播过程:初始高压扰动激发了一个迅速向外传播的惯性重力内波,在气压场向风场适应的过程中,水平风场、垂直运动、位温和湿度等变量均出现了扰动增量,与非线性模式得到的结果相当接近。GRAPES_PF作为GRAPES非线性模式的合理线性模式为建立基于线性扰动预报的区域四维变分同化系统奠定了科学基础。 展开更多
关键词 扰动预报模式 GRAPES非线性模式 四维变分同化 半隐式半拉格朗日方案 亥姆霍兹方程
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全球中期模式升级关键技术研发和预报试验 被引量：8
7
作者 陈起英 管成功 +3 位作者 姚明明 佟华 Mariano Hortal 李泽椿 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第4期478-492,共15页
随着模式分辨率的提高,对地形、海陆分布的描述更加精确,从而对天气和次天气尺度动力学的刻画也更准确,但计算需求和存贮量也将有比较明显的增加。因此,在模式分辨率提高的同时尽可能减少计算和存储量是模式发展的重要方面。文中采用规... 随着模式分辨率的提高,对地形、海陆分布的描述更加精确,从而对天气和次天气尺度动力学的刻画也更准确,但计算需求和存贮量也将有比较明显的增加。因此,在模式分辨率提高的同时尽可能减少计算和存储量是模式发展的重要方面。文中采用规约线性格点,在高斯格点数和格点分布不变的情况下,把国家气象中心业务全球谱模式的水平分辨率由T213提高到TL319,从而使全球谱模式的计算有效率增加了2.25倍;实现了稳定外插两个时间层的半拉格朗日方案,解决了传统的半拉格朗日方案在计算轨迹中点的速度和发展方程的非线性项时,采用时间的线性外插带来的计算噪音,提高了模式积分的稳定性,从而使模式的积分时间步长从900 s增加到1200 s;在这两个关键技术实现的基础上,实现了TL319模式与业务OI同化方案的耦合,进行了连续1年的滚动试验,并对降水预报和500 hPa形势场预报进行了统计学检验,与现行全球中期业务模式的预报也进行了对比分析。分析结果表明,提高模式谱分辨率后,模式的动力过程保持合理稳定,对东亚地区500 hPa位势高度场的预报性能有所改进,对中雨和大雨量级的降水预报在大部分时效也都有改进,但是小雨预报TS评分略有下降。另外对冬、夏季的两次降水过程的天气学分析表明,TL319L31对天气过程的描绘比T213L31也有一定提高。 展开更多
关键词 TL319全球谱模式 稳定外插 两个时间层 半拉格朗日方案 线性高斯格点
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