數(shù)值天氣預(yù)報(bào)實(shí)習(xí)報(bào)告-正壓原始方程

數(shù)值天氣預(yù)報(bào)正壓原始方程正壓原始方程實(shí)習(xí).實(shí)習(xí)目的與要求通過正壓原始方程模式的實(shí)習(xí)，加深理解該章所學(xué)的基本內(nèi)容；掌握當(dāng)今制作數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的一般方法和主要步驟；并在數(shù)值計(jì)算、編制程序和上機(jī)操作等方面得到進(jìn)一步訓(xùn)練。以1973年4月29日08時(shí)（北京時(shí)）我國(guó)東北、華北地區(qū)500hPa等壓面位勢(shì)高度場(chǎng)及地轉(zhuǎn)風(fēng)場(chǎng)作為初值，采用固定的水平側(cè)邊界條件，應(yīng)用正壓原始方程二次守恒平流格式的模式，制作未來24小時(shí)有限區(qū)域500hPa位勢(shì)高度場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)的預(yù)報(bào)，并寫一份實(shí)習(xí)報(bào)告。.正壓原始方程模式簡(jiǎn)介：在原始方程模式中既包含有緩慢移動(dòng)的大氣長(zhǎng)波，又有快速移動(dòng)的重力慣性波。因此，這種模式不但可以模擬準(zhǔn)地轉(zhuǎn)演變過程，而且還可以模擬地轉(zhuǎn)適應(yīng)過程。雖然此模式比準(zhǔn)地轉(zhuǎn)模式能更好的描述實(shí)際大氣中的物理過程，但是在這種模式的數(shù)值積分中也出現(xiàn)了一些新的亟待解決的問題。①原始方程模式中包含有快波解，為保證計(jì)算穩(wěn)定，時(shí)間步長(zhǎng)必須取得很短，這就大大增加了計(jì)算工作量。因此，選取既能保證計(jì)算穩(wěn)定、又能節(jié)省計(jì)算機(jī)時(shí)的時(shí)間積分方案，便成為一個(gè)很重要的問題。②由于原始方程模式中時(shí)間步長(zhǎng)必須取得很短，所以非線性計(jì)算不穩(wěn)定的問題就顯得尤為突出。因此，構(gòu)造性能良好的空間差分格式也就成為一個(gè)很重要的問題。③原始方程模式要求給出多個(gè)初始條件。除了要給出初始?xì)鈮簣?chǎng)（位勢(shì)高度場(chǎng)）外，還必須給出初始風(fēng)場(chǎng)等資料，如果初始風(fēng)壓場(chǎng)不協(xié)調(diào)，則在積分過程中就會(huì)產(chǎn)生虛假的重力慣性波。這種虛假的重力慣性波會(huì)迅速增長(zhǎng)，把天氣尺度的波動(dòng)掩蓋掉，使預(yù)報(bào)遭到破壞。因此，資料的初始化也是一個(gè)相當(dāng)重要的問題。④原始方程模式對(duì)邊界條件也尤為敏感，要求給出適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件也很重要。基本假定：a.大氣是均勻不可壓流體b.大氣處于靜力平衡狀態(tài)c.上邊界為自由面d.無摩擦和絕熱過程e.正壓大氣基本方程：地轉(zhuǎn)風(fēng)公式：技術(shù)方法：.為了減小模式中重力慣性外波的波速，增加差分格式的計(jì)算穩(wěn)定性，把連續(xù)方程中水平散度項(xiàng)的系數(shù)Z改為（z-zo），并取250dagpm。.時(shí)間積分方案選擇：先采用歐拉-后差格式數(shù)值積分1小時(shí)，然后采用三步法起步的時(shí)間中央差格式數(shù)值積分11小時(shí)。.邊界采用9點(diǎn)空間平滑，積分12h后采用5點(diǎn)平滑對(duì)個(gè)要素場(chǎng)進(jìn)行內(nèi)點(diǎn)空間濾波。五點(diǎn)平滑公式為：.為了阻尼高頻振蕩、抑制計(jì)算解的增長(zhǎng)，在積分6小時(shí)之后的兩個(gè)連續(xù)時(shí)間層應(yīng)用時(shí)間平滑公式對(duì)個(gè)要素進(jìn)行時(shí)間平滑。.應(yīng)用二次平流守恒格式的正壓原始方程模式。計(jì)算流程：3.程序如下A.地轉(zhuǎn)風(fēng)：subroutinecgw(ua,va,za,rm,f,d,m,n)dimensionua(m,n),va(m,n),za(m,n),rm(m,n),f(m,n)doi=2,m-1doj=2,n-1ua(i,j)=(-1)*rm(i,j)*9.8*(za(i,j+1)-za(i,j-1))/2/d/f(i,j)va(i,j)=rm(ij)*9.8*(za(i+1,j)-za(i-Lj))/2/d/f(i,j)enddoenddoreturnendB.5點(diǎn)平滑：subroutinessip(a,w,s,m,n,k,l)dimensiona(m,n),w(m,n)if(l==1)thendoi=2,m-1doj=2,n-1w(i,j)=a(i,j)+s*(a(i-Lj)+a(i+Lj)+a(i,j-1)+a(i,j+1)-4*a(i,j))/4.0enddoenddodoi=2,m-1doj=2,n-1a(i,j)=w(i,j)enddoenddoreturnelsedoi=2,m-1doj=2,n-1w(i,j)=a(i,j)+s*(a(i-Lj)+a(i+Lj)+a(i,j-1)+a(i,j+1)-4*a(i,j))/4.0enddoenddodoi=2,m-1doj=2,n-1a(i,j)=w(i,j)enddoenddodoi=2,m-1doj=2,n-1 w(i,j)=a(i,j)+(-s)*(a(i-Lj)+a(i+Lj)+a(i,j-1)+a(i,j+1)-4*a(i,j))/4.0enddoenddodoi=2,m-1doj=2,n-1a(i,j)=w(i,j)enddoenddoendifreturnend6.根據(jù)得到的數(shù)據(jù)文件畫出的高度場(chǎng)與風(fēng)場(chǎng)圖一.原始高度場(chǎng)圖二.預(yù)報(bào)高度場(chǎng)圖三.原始風(fēng)場(chǎng)圖四.預(yù)報(bào)風(fēng)場(chǎng)圖五.預(yù)報(bào)高度場(chǎng)與風(fēng)矢量場(chǎng)合成上面的圖均是500hpa08時(shí)的要素場(chǎng)；結(jié)果分析：由圖一和圖二，圖三和圖四，我們可以清楚的看到：4月29日08時(shí)在鄂霍次克海的西岸，有一個(gè)大的低壓中心，其中心強(qiáng)度達(dá)到5250，在貝加爾湖附近有一條大的低壓槽；4月30日08時(shí)，在預(yù)報(bào)場(chǎng)上，鄂霍次克海西岸的低壓向東移動(dòng)，到達(dá)鄂霍次克海的上空，中心強(qiáng)度達(dá)到5200，比29日加強(qiáng)，貝加爾湖的低壓槽向南，向東移動(dòng)?？赡茉斐梢淮卫淇諝獾哪舷逻^程。我們拿30日的預(yù)報(bào)場(chǎng)與30日的實(shí)況場(chǎng)（書本上）做一下對(duì)比，可以看到預(yù)報(bào)場(chǎng)的低壓中心偏北大概偏5個(gè)緯距左右，有較大的偏差，模擬效果很不好；但是，貝加爾湖附近的低壓槽預(yù)報(bào)場(chǎng)與實(shí)況場(chǎng)非常的近似，故而模擬效果較好。而我們需要做對(duì)中國(guó)的預(yù)報(bào)，影響系統(tǒng)主要是貝加爾湖地區(qū)的低壓槽影響，所以對(duì)整個(gè)預(yù)報(bào)來說，還是有很好的參考價(jià)值的。5.小結(jié)通過這次實(shí)習(xí)，加強(qiáng)了我對(duì)于整個(gè)正壓原始模式的整個(gè)計(jì)算流程的認(rèn)