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三次样条函数(格式)准拉格朗日积分方案Ⅱ——样条格式非静力全可压动力框架与密度流试验
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作者 辜旭赞 赵军 唐永兰 《暴雨灾害》 2016年第6期566-575,共10页
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&... 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。 展开更多
关键词 三次样条函数 非静全可压动力框架 准拉格朗日积分方案 密度流试验 垂直气压梯度
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非静力AREM模式设计及其数值模拟Ⅰ:非静力框架设计 被引量:6
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作者 程锐 宇如聪 +1 位作者 徐幼平 王斌 《大气科学》 CSCD 北大核心 2018年第6期1286-1296,共11页
AREM(Advanced Regional Eta-coordinate Model)对中国暴雨、台风等中尺度天气系统的模拟、预报能力突出。但是伴随模式分辨率的提高,制约该模式发展的一个问题日渐突出,即"静力平衡近似"的约束。本文通过对原静力平衡系统进... AREM(Advanced Regional Eta-coordinate Model)对中国暴雨、台风等中尺度天气系统的模拟、预报能力突出。但是伴随模式分辨率的提高,制约该模式发展的一个问题日渐突出,即"静力平衡近似"的约束。本文通过对原静力平衡系统进行修正,引入高阶订正参数定义第三运动方程来构建该模式的非静力动力框架。我们基于Euler原始方程组,有效结合原静力平衡模式的标准层结扣除及IAP(Institute of Atmospheric Physics)变换方法,推导出了球面余纬坐标下的非静力框架,并在E网格和η坐标下进行了时空离散。采用时间两部分离技术进行积分运算以提高计算效率,并通过"追赶法"结合迭代法计算声波。此框架可方便地继承静力平衡框架的特点,最大限度地保留静力平衡框架的优势。理论推导和数值试验表明,当非静力框架退化为静力平衡框架后,方程形式及其模拟结果一致。在文章第二部分将通过理想和实例试验检验非静力模式性能。 展开更多
关键词 AREM模式 非静力动力框架 E网格 ETA坐标 IAP变换
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全球(Z)双三次数值模式的设计与个例模拟(I):模式动力框架设计 被引量:9
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作者 辜旭赞 张兵 《高原气象》 CSCD 北大核心 2008年第3期474-480,共7页
引入双三次数值模式:双三次数值模式是通过作三次样条与双三次曲面拟合,实现各个大气要素量场的二阶可导,从而可对各个预报方程作时间积分。双三次数值模式适合采用大气运动原始方程组和采用水平方向准拉格朗日/垂直方向欧拉时间积分方... 引入双三次数值模式:双三次数值模式是通过作三次样条与双三次曲面拟合,实现各个大气要素量场的二阶可导,从而可对各个预报方程作时间积分。双三次数值模式适合采用大气运动原始方程组和采用水平方向准拉格朗日/垂直方向欧拉时间积分方案。且本文的全球(Z)双三次数值模式与个例模拟实际采用Navier-Stokes"浅薄大气"原始方程组,建立球面Z坐标系上的非静力、全可压、干/湿绝热大气运动动力框架。其离散化气压、气温预报方程与个例模拟揭示出大气运动中凝结降水,其天气学原因不仅是湿空气作Z坐标垂直上升运动,而且是湿空气被"减压/减温",即湿空气作P坐标"垂直上升运动",后者可由大气平流运动(如Rossby波)引起。 展开更多
关键词 双三次数值模式 原始方程组 非静全可压大气运动动力框架 准拉格朗日/欧拉时间积分方案 大气运动降水物理机制
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非静力AREM模式设计及其数值模拟Ⅱ:数值模拟试验 被引量:3
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作者 程锐 宇如聪 +3 位作者 徐幼平 王斌 宋帅 顾春利 《大气科学》 CSCD 北大核心 2019年第1期1-12,共12页
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。 展开更多
关键词 AREM模式 非静力动力框架 理想试验 台风模拟 降水检验
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New approach to incorporating the impacts of non-hydrostatic perturbations in atmospheric models 被引量:1
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作者 ZHANG Fa-Bo WANG Bin LI Li-Juan 《Atmospheric and Oceanic Science Letters》 CSCD 2017年第5期379-384,共6页
How to properly consider the impacts of non-hydrostatic perturbations is one of the challenging issues in developing non-hydrostatic dynamics solvers(NHDSs) for high-resolution atmospheric models. To overcome the dr... How to properly consider the impacts of non-hydrostatic perturbations is one of the challenging issues in developing non-hydrostatic dynamics solvers(NHDSs) for high-resolution atmospheric models. To overcome the drawbacks of current approaches to tackling this issue, this study analyzed the differences between hydrostatic dynamics solvers(HDSs) and their non-hydrostatic counterparts.The analysis then motivated a flexible approach to adjusting existing hydrostatic atmospheric models,especially those adopted in climate simulations for the impacts of non-hydrostatic perturbations.In this approach, the impacts of non-hydrostatic perturbations, reflecting the differences between HDSs and NHDSs, were encapsulated into a single term in the vertical momentum equation for the atmosphere. At each time step, this term was estimated by a separate sub-model, and then it was used to adjust the dynamics of the atmosphere. The adjustment was optional, and could be turned on and off flexibly by utilizing different initial conditions. The approach was illustrated using the Weather Research and Forecasting(WRF) model as an example, and was preliminarily validated by running the 3D baroclinic-wave test case in the model. Results showed that the modified dynamics solver produced simulation results that were very close to those given by the standard NHDS in the WRF model, implying that the approach was basically effective in capturing the non-hydrostatic features of the atmosphere. 展开更多
关键词 HYDROSTATIC NON-HYDROSTATIC dynamics solver WRF
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