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基于单光束梯度力光阱原理的微粒捕获装置研制
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作者 任光信 苏锡国 李文熙 《大学物理实验》 2023年第3期63-67,共5页
光镊技术具有无损伤、快速灵敏地捕获微粒的特点,已被广泛应用于物理学、生物传感和化学等领域,但由于光镊是一种新兴技术,光学理论抽象繁琐,且光镊系统结构复杂,实验演示仪器贵重,因此,在现有物理实验课程教学中光镊实验演示仍然十分... 光镊技术具有无损伤、快速灵敏地捕获微粒的特点,已被广泛应用于物理学、生物传感和化学等领域,但由于光镊是一种新兴技术,光学理论抽象繁琐,且光镊系统结构复杂,实验演示仪器贵重,因此,在现有物理实验课程教学中光镊实验演示仍然十分困难。本文聚焦于光镊在大学物理实验教学课程中的痛点问题,基于光镊的理论方法提出了一种基于单光束梯度力光阱原理的微粒捕获装置,通过实验演示和研究分析,得出实验现象符合光镊捕获微粒的研究规律,且能够观察到明显的粒子捕获过程的结论。基于单光束梯度力光阱原理的微粒捕获装置体积小巧,经济实用,适合在大学物理实验课程中推广应用。 展开更多
关键词 单光束梯度力 微粒捕获 光镊 实验演示
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有地形模式中气压梯度力误差扣除法 被引量:23
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作者 钱永甫 周天军 《高原气象》 CSCD 北大核心 1995年第1期1-9,共9页
:在现有有地形的数值模式中,陡峭地形区气压梯度力的计算存在一个普遍问题,即计算精度较高的格式比较繁琐而费时,简单省时的格式又不精确和不稳定。为解决这个问题,作者等在最近提出了一种方法,称为气压梯度力的误差扣除法。该方... :在现有有地形的数值模式中,陡峭地形区气压梯度力的计算存在一个普遍问题,即计算精度较高的格式比较繁琐而费时,简单省时的格式又不精确和不稳定。为解决这个问题,作者等在最近提出了一种方法,称为气压梯度力的误差扣除法。该方法假定:气压梯度力的计算误差主要来自地形而与气压形势关系较小。用理想场对该方法进行检验后表明,这一方法是成功的。本文则用气候模式对作者提出的有地形数值模式中气压梯度力的误差扣除法进行了模拟检验。所用模式是作者等使用多年的P-混合坐标系5层模式,选用了四种气压梯度力的计算格式,即DDD格式、Corby格式、平均温度格式和经典中央差格式。比较了这四种格式在有无误差扣除时的模拟结果,发现:对于计算精度较高的格式,如DDD格式、Corby格式及平均温度格式,有无误差扣除的结果相差不大,但误差扣除法仍可在一定程度上改善模拟效果。对于计算精度差的格式,如经典中央差格式,在无误差扣除时计算不稳定,得不到模拟结果,进行误差扣除后,从根本上提高了其计算精度,因而也提高了计算的稳定性,达到了较满意的模拟效果。而且与其它格式的模拟结果相当接近。本文提出的误差扣除法可同时用于格点模式和谱模式。 展开更多
关键词 气压梯度力 误差扣除法 数据模拟 地形模式
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陡峭地形区气压梯度力的误差扣除法 被引量:22
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作者 钱永甫 周天军 《热带气象学报》 CSCD 1994年第4期358-368,共11页
设计一种计算陡峭地形区气压梯度力的新方法,即误差扣除法,给出了误差扣除法的基本原理。然后,选用理想大气,用3种近似计算式进行了检验。结果表明,这3种方法在单独用于气压梯度的计算时,计算值都有较大误差,在地形陡峭区,相... 设计一种计算陡峭地形区气压梯度力的新方法,即误差扣除法,给出了误差扣除法的基本原理。然后,选用理想大气,用3种近似计算式进行了检验。结果表明,这3种方法在单独用于气压梯度的计算时,计算值都有较大误差,在地形陡峭区,相对误差可以达到20%以上。即使在平缓地形区,相对误差也不可忽略,只有平均温度格式可以满足精度要求,担当这3种格式在误差扣除法中应用时,绝对误差和相对误差都大大减小,相对误差的量级可达到10-2。 展开更多
关键词 陡峭地形 计算法 误差扣除 气压梯度力
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地形跟随坐标下的中尺度模式气压梯度力计算误差分析及其改进方案 被引量:12
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作者 胡江林 王盘兴 《大气科学》 CSCD 北大核心 2007年第1期109-118,共10页
地形跟随坐标系中水平气压梯度力的算法一直是困扰数值模式发展的关键问题之一。目前数值模式中使用的方法只能在天气尺度的模式中部分缓解气压梯度力的计算误差问题。在高分辨率中尺度模式中,随着地形坡度的进一步加大,气压梯度力的计... 地形跟随坐标系中水平气压梯度力的算法一直是困扰数值模式发展的关键问题之一。目前数值模式中使用的方法只能在天气尺度的模式中部分缓解气压梯度力的计算误差问题。在高分辨率中尺度模式中,随着地形坡度的进一步加大,气压梯度力的计算误差问题更加突出。作者通过理想场的计算分析了几种主要气压梯度力算法的误差,结果显示在中尺度模式分辨率下,计算的水平气压梯度力不但不收敛于真值,而且随着地形坡度的加大或模式分辨率的提高,计算误差逐渐增大。作者提出了基于静力方程订正的回插等压面改进方案,理想场的计算结果表明该方案的计算误差可显著减小,在典型中尺度模式参数的设置下计算精度可达10-6m/s2。其最大特点是随着模式分辨率的提高,该方案的计算误差将逐步收敛到零。 展开更多
关键词 地形跟随坐标 气压梯度力 理想场 误差
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数值模式中气压梯度力的算法试验 被引量:10
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作者 钱永甫 王云峰 《气象学报》 CSCD 北大核心 1991年第3期321-333,共13页
本文在差微差一致性二阶精度的坐标变换公式的基础上,推导出了气压梯度力计算的新公式。同时,根据静力扣除法原理,提出了初值静力扣除法,用以计算有地形数值模式中的气压梯度力。将这两种新的方法与二阶计算精度的回插法和局地等温法(Co... 本文在差微差一致性二阶精度的坐标变换公式的基础上,推导出了气压梯度力计算的新公式。同时,根据静力扣除法原理,提出了初值静力扣除法,用以计算有地形数值模式中的气压梯度力。将这两种新的方法与二阶计算精度的回插法和局地等温法(Corby格式)相比后发现:新方法(文中称为经典修正法)与回插法精度相近,但可节省计算时间,比局地等温法精度高。静力扣除法则效果较差,但其原因可能在于地转风垂直插值方法有误差。本文的试验模式是上海台风研究所的业务数值预报模式,文中对模式及若干技术处理也作了简要介绍。 展开更多
关键词 数值模式 大气压 梯度力 算法
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云南中尺度数值预报模式中气压梯度力计算方法试验 被引量:2
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作者 强学民 琚建华 孙成艺 《解放军理工大学学报(自然科学版)》 EI 2000年第3期82-90,共9页
在云南中尺度数值预报试验模式中 ,引入实际地形 ,设计使用静力扣除法、回插法、局地等温法、经典修正法以及模式中原来计算方案等 5种方法计算气压梯度力 ,用以解决陡峭地形问题。数值试验结果对比以后发现 :经典修正法比其他方法计算... 在云南中尺度数值预报试验模式中 ,引入实际地形 ,设计使用静力扣除法、回插法、局地等温法、经典修正法以及模式中原来计算方案等 5种方法计算气压梯度力 ,用以解决陡峭地形问题。数值试验结果对比以后发现 :经典修正法比其他方法计算精度高、运行稳定 ,能够满足模式的预报要求 。 展开更多
关键词 云南 中尺度数值模拟 气压梯度力 计算方法 试验
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地形区两种典型气压梯度力计算方法的比较 被引量:5
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作者 周天军 钱永甫 《应用气象学报》 CSCD 北大核心 1996年第3期377-380,共4页
试验比较了两种较为典型的地形区气压梯度力计算方法:一是先在准水平的等压面上计算,再垂直插值到地形坐标面上的方法,二是差-微-差方法。初始化分析和预报结果检验都表明,在减轻地形影响上,前者的优势在大气上层。
关键词 地形 气压梯度力 计算方法
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相位板偏振偏转角对径向偏振光的梯度力分布的影响 被引量:3
8
作者 李劲松 高秀敏 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期39-42,共4页
研究了同心分区偏振偏转相位板对径向偏振光梯度力的调制效应。给出了相位板各部分偏振偏转角不同时,光学梯度力的分布情况。模拟结果表明:随着同心分区相位板各部分的半径和偏振旋转角的改变,光学梯度力方向及大小明显变化,且会产生许... 研究了同心分区偏振偏转相位板对径向偏振光梯度力的调制效应。给出了相位板各部分偏振偏转角不同时,光学梯度力的分布情况。模拟结果表明:随着同心分区相位板各部分的半径和偏振旋转角的改变,光学梯度力方向及大小明显变化,且会产生许多可控的梯度力分布模式,可应用于微粒的收集、分离和合并。结果显示同心分区相位板对径向偏振光的调制可以用来生成可调光镊。 展开更多
关键词 径向偏振光 梯度力 相位板 光陷阱
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误差扣除法在云南中尺度数值模式中对气压梯度力的计算试验 被引量:3
9
作者 强学民 琚建华 《高原气象》 CSCD 北大核心 2001年第2期148-157,共10页
使用云南中尺度数值预报试验模式[1] ,引入实际地形 ,选用静力扣除格式、回插格式、局地等温格式、经典修正格式以及模式中原计算格式 (Corby格式 )等 5种计算格式计算气压梯度力 ,对气压梯度力的误差扣除法进行了模拟试验。比较了这 5... 使用云南中尺度数值预报试验模式[1] ,引入实际地形 ,选用静力扣除格式、回插格式、局地等温格式、经典修正格式以及模式中原计算格式 (Corby格式 )等 5种计算格式计算气压梯度力 ,对气压梯度力的误差扣除法进行了模拟试验。比较了这 5种格式在有、无误差扣除时的模拟结果之后 ,发现误差扣除法与上述格式结合使用时 ,均能够不同程度地提高预报效果 ,尤其是在与经典修正格式结合使用以后 ,预报效果进一步改善 。 展开更多
关键词 云南 中尺度数值模式 气压梯度力 误差扣除法 回插格式
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相位调制双曲余弦高斯光束的梯度力 被引量:1
10
作者 李劲松 李晨霞 高秀敏 《激光杂志》 CAS CSCD 北大核心 2008年第6期57-58,共2页
分析了同心分区相位板对双曲余弦高斯光束的梯度力的调制效应。模拟结果表明相位板可以调节焦点区域梯度力的分布,通过改变相位板的各个区域半径的大小,可以改变梯度力的分布形式,同时会出现多个光陷阱,光陷阱的形状也会发生非常明显的... 分析了同心分区相位板对双曲余弦高斯光束的梯度力的调制效应。模拟结果表明相位板可以调节焦点区域梯度力的分布,通过改变相位板的各个区域半径的大小,可以改变梯度力的分布形式,同时会出现多个光陷阱,光陷阱的形状也会发生非常明显的变化,改变相位板的相位变换量,可以使光陷阱移动,相位变换量从π增大到2π的过程中,其梯度力的演化形态和光陷阱的移动方向与相位变换量从0增加到π的过程中梯度力的演化形态和光陷阱的移动方向相反,这种相位板可用于构建可控光镊。 展开更多
关键词 双曲余弦高斯光束 相位板 梯度力.
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余弦平方高斯光束通过无光栏透镜的梯度力 被引量:1
11
作者 郝中骐 刘莉 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2012年第2期365-369,共5页
基于Collins公式推导了余弦平方高斯光束通过无光栏透镜光学系统聚焦后的光强分布及梯度力,采用数值模拟分析梯度力分布及光阱的数量、位置及尺度随光束参数、光束入射距离及系统菲涅耳数的变化。结果表明:光束相关参数b越大光阱的数量... 基于Collins公式推导了余弦平方高斯光束通过无光栏透镜光学系统聚焦后的光强分布及梯度力,采用数值模拟分析梯度力分布及光阱的数量、位置及尺度随光束参数、光束入射距离及系统菲涅耳数的变化。结果表明:光束相关参数b越大光阱的数量越多,光阱的位置随光束入射距离而改变,大小随系统菲涅耳数的增加而减小,但不影响其位置。 展开更多
关键词 余弦平方高斯光束 无光栏透镜 COLLINS公式 梯度力
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聚焦余弦平方高斯光束的梯度力 被引量:1
12
作者 郝中骐 刘莉 《激光杂志》 CAS CSCD 北大核心 2012年第3期21-22,共2页
利用Collins公式推导了余弦平方高斯光束(CSGB)通过无光阑透镜光学系统聚焦后的光强分布及梯度力表达式。通过数值模拟讨论了光束参数、光束入射距离及系统菲涅耳数的变化对梯度力分布及光阱的数量、位置及尺度的影响。结果表明,光束相... 利用Collins公式推导了余弦平方高斯光束(CSGB)通过无光阑透镜光学系统聚焦后的光强分布及梯度力表达式。通过数值模拟讨论了光束参数、光束入射距离及系统菲涅耳数的变化对梯度力分布及光阱的数量、位置及尺度的影响。结果表明,光束相关参数越大光阱的数量越多,光阱的位置随光束入射距离而改变,系统菲涅耳数增加光阱尺度减小,而位置不变。 展开更多
关键词 余弦平方高斯光束 无光阑透镜 梯度力 光阱
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光梯度力与激光捕获 被引量:1
13
作者 喻有理 徐忠锋 李普选 《大学物理》 北大核心 2008年第3期14-15,17,共3页
从电偶极子在非均匀电磁场中所受梯度力出发,用光的电磁理论和电解质小球的电偶极子模型,论述了介质小球在光场中所受光梯度力与光强梯度成正比,并以此来定量说明激光对介质小球的捕获原理.
关键词 梯度力 电偶极子 激光捕获
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高会聚单光束激光陷阱捕捉电介小球的梯度力研究
14
作者 王瑞丽 欧家呜 +5 位作者 尚鹤岭 杨卫平 郑勤红 陈时锦 周汝敏 刘丹非 《激光杂志》 CAS CSCD 北大核心 1998年第2期38-42,共5页
采用光线光学研究方法,对高会聚单束激光作用于电介小球的力学问题进行了定性和定量描述;讨论了用激光微束捕捉电介微粒的条件、光陷特性和实验方法。
关键词 激光微束 梯度力 电介小球
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带有相位拓朴数的环形相位板调控高斯光束的梯度力
15
作者 李劲松 高秀敏 张淑琴 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期225-229,共5页
用基于德拜近似条件的矢量衍射理论研究了带有相位拓朴数的环形相位板调控高斯光束的光梯度力分布,改变相位板环形区的相对半径或当相位板的相位以一定拓扑数呈现拓扑变化时,可以调节光学系统焦点区域的光梯度力分布,形成各种非常有规... 用基于德拜近似条件的矢量衍射理论研究了带有相位拓朴数的环形相位板调控高斯光束的光梯度力分布,改变相位板环形区的相对半径或当相位板的相位以一定拓扑数呈现拓扑变化时,可以调节光学系统焦点区域的光梯度力分布,形成各种非常有规则的几何形状的光陷阱,如当拓朴数分别取3,4,5,6时,可形成三角形、四边形、五边形和六边形光陷阱。此种相位板可用来构建可调的光镊系统,且通过调节相位板的各区域半径和拓扑数可以得到所希望的光陷阱。 展开更多
关键词 梯度力 相位板 高斯光束 光陷阱 矢量衍射理论 拓朴
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P-σ坐标系数值模式中气压梯度力的递推算法 被引量:9
16
作者 杨晓娟 钱永甫 《大气科学》 CSCD 北大核心 2003年第2期171-181,共11页
在静力关系成立的条件下 ,推导出气压梯度力的递推算法 ,用以计算有地形P-σ坐标系模式中的气压梯度力。将递推算法与对应的 6种直接计算方案相比后发现 ,在有气压梯度力的参考大气中 ,递推算法的计算精度相对于直接计算方案的精度有较... 在静力关系成立的条件下 ,推导出气压梯度力的递推算法 ,用以计算有地形P-σ坐标系模式中的气压梯度力。将递推算法与对应的 6种直接计算方案相比后发现 ,在有气压梯度力的参考大气中 ,递推算法的计算精度相对于直接计算方案的精度有较大改进 ,特别是采用递推后的两种经典修正格式和Corby格式 ,能较大提高水平气压梯度力的计算精度 ,从而改善数值模式的预报效果和稳定性。 展开更多
关键词 P—σ坐标系 数值模式 递推算法 气压梯度力 地形 计算精度 数值预报
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强磁场作用下磁场梯度力对铜电解过程的影响 被引量:3
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作者 姚夏妍 赵芸芸 +4 位作者 鲁兴武 王军辉 牛永胜 程亮 李俞良 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期2695-2705,共11页
Cu^2+扩散性能和杂质离子含量是影响阴极铜质量的关键指标,通过在循环管道施加水平取向磁场调控Cu^2+扩散性能及强化铜电解自净化过程改善阴极铜质量。从磁分离与磁场影响水分子氢键缔合程度和离子水合作用的角度出发,开展水平取向磁场... Cu^2+扩散性能和杂质离子含量是影响阴极铜质量的关键指标,通过在循环管道施加水平取向磁场调控Cu^2+扩散性能及强化铜电解自净化过程改善阴极铜质量。从磁分离与磁场影响水分子氢键缔合程度和离子水合作用的角度出发,开展水平取向磁场磁化铜电解液的实验,利用火焰原子吸收分光光度法、黏度计、毛细管、电镜扫描分别研究磁场梯度力对电解液铜酸浓度、杂质离子浓度、黏度、表面张力以及阴极铜表观质量的影响,分析水平取向磁场强化铜电解工艺的机理。结果表明:磁场梯度力一方面可放大铜电解液中的抗磁性离子和水分子的磁能,降低水分子间的氢键缔合程度和电解体系的活化能,加快铜电解反应速率,促进砷锑铋离子形成SbAsO4、BiAsO4以及AsSbO4的沉淀。增大溶解氧量和CaSO4的溶解度,促使镍铁锌离子表面形成氧化性保护膜,以提高电解液的清晰度和阴极铜的产量。同时,磁场梯度力可降低电解液的表面张力,导致电解液气泡增多而引发阴极铜表面生成气孔;另一方面,磁场梯度力可缩小顺磁性离子的磁能,增强离子水合作用,调控阳极溶解和阴极铜析出速度,降低铜损失量,改善阴极铜表观质量。综上可知,水平取向磁场作用于铜电解过程存在最佳磁感应强度。 展开更多
关键词 金属材料 铜电解 磁场梯度力 能量 自净化
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利用激光光梯度力消除气溶胶雾霾粒子的机理研究 被引量:1
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作者 张永燕 吴九汇 +1 位作者 曾涛 钟宏民 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第7期150-156,共7页
针对气溶胶雾霾粒子在大气流中所受力的平衡体系(旋转升力平衡重力,粒子与粒子之间依靠斥力形成稳定的网状的力平衡体系)的问题,提出了用激光光梯度力破坏力平衡进而消除雾霾的新机理.首先,根据牛顿第二定理,得到了粒子所受力的非线性... 针对气溶胶雾霾粒子在大气流中所受力的平衡体系(旋转升力平衡重力,粒子与粒子之间依靠斥力形成稳定的网状的力平衡体系)的问题,提出了用激光光梯度力破坏力平衡进而消除雾霾的新机理.首先,根据牛顿第二定理,得到了粒子所受力的非线性方程组,应用Runge-Kutta法积分求解了雾霾颗粒在大气流中所受的主要力(空气曳引阻力、范德瓦耳斯斥力、旋转升力)的数值,成功验证了西安市2013年12月17—25日、2014年2月20—26日两次雾霾检测试验结论:在雾霾过程中,粒径在0.5—0.835μm径段的粒子数浓度增加最明显.其次,在雾霾粒子形成的均匀介质中,计算了激光光梯度力的大小.研究发现,激光光梯度力的数量级恒大于雾霾颗粒所受主要力的数量级,激光光梯度力完全可以破坏雾霾颗粒所受力的平衡体系.因此,用激光光梯度力消除雾霾是可行的,这种新的解决雾霾的方法对人们的实际生活、环保及创建美丽的蓝天具有非常重要的意义. 展开更多
关键词 雾霾粒子 梯度力 激光
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螺旋相位调制双曲余弦高斯光束的梯度力研究
19
作者 叶有祥 李劲松 周盛华 《光学仪器》 2017年第6期46-50,共5页
光梯度力在光镊技术中起着非常重要的作用。数值模拟了螺旋相位调制双曲余弦高斯光束在焦平面上光梯度力的变化。研究结果表明:双曲余弦高斯光束的偏心参数、螺旋相位的拓扑数可以显著地调节光梯度力分布,并且会出现一些新奇的光梯度力... 光梯度力在光镊技术中起着非常重要的作用。数值模拟了螺旋相位调制双曲余弦高斯光束在焦平面上光梯度力的变化。研究结果表明:双曲余弦高斯光束的偏心参数、螺旋相位的拓扑数可以显著地调节光梯度力分布,并且会出现一些新奇的光梯度力分布,如构成圆环形光陷阱、矩形光陷阱、阵列光陷阱等;另外,对于不同数值孔径、不同拓扑数,光梯度力随双曲余弦高斯光束的偏心参数的演化规律也显著不同。 展开更多
关键词 双曲余弦高斯光束 光陷阱 矢量衍射理论 梯度力
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水平气压梯度力差分格式误差的定量分析 被引量:2
20
作者 曾西平 任阵海 《大气科学》 CSCD 北大核心 1995年第6期722-732,共11页
通过分析发现地形坐标系中气压梯度力差分格式的计算误差应分为二类,其中,第二类误差在水平坐标面倾斜时出现。这种误差可理解为将水平坐标面上的气压(或位势高度)插回到等高面(或等压面)上的插值误差。构造气压梯度力差分格式的... 通过分析发现地形坐标系中气压梯度力差分格式的计算误差应分为二类,其中,第二类误差在水平坐标面倾斜时出现。这种误差可理解为将水平坐标面上的气压(或位势高度)插回到等高面(或等压面)上的插值误差。构造气压梯度力差分格式的目的正是为了减小这种第二类误差,而不是其他误差。误差分析表明静力扣除法和Corby格式的第二类误差都很小,比一般方法的误差小约一个量级。分析还表明第二类误差产生的主要原因是由于气压随高度非线性变化。依据这一分析思路,本文改进了s(z)坐标系中的静力扣除法。改进后的方法比改进前的误差小约一个量级。 展开更多
关键词 气压梯度力 差分格式 误差 定量分析 气压
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