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改进的光流法在回波外推预报中的应用 被引量:24
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作者 张蕾 魏鸣 +1 位作者 李南 周生辉 《科学技术与工程》 北大核心 2014年第32期133-137,148,共6页
为了充分利用雷达资料进行强对流天气的临近预报,通过改进的光流法反演风场并对雷达组合反射率因子进行0~1 h的外推预报。为了提高传统光流法外推预报的准确性,采用金字塔分层技术,减小由于回波移速较快造成的反演误差,提高反演风场的... 为了充分利用雷达资料进行强对流天气的临近预报,通过改进的光流法反演风场并对雷达组合反射率因子进行0~1 h的外推预报。为了提高传统光流法外推预报的准确性,采用金字塔分层技术,减小由于回波移速较快造成的反演误差,提高反演风场的计算精度和运算效率;并且采用半拉格朗日外推方案改进外推,保持回波的旋转性,提高回波预报效果。试验及评分结果表明,改进后的光流法改善了强对流天气的预报效果。 展开更多
关键词 临近预报 光流法 金字塔分层技术 半拉格朗日外推方案 强对流天气
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Implementation of the Semi-Lagrangian Advection Scheme on a Quasi-Uniform Overset Grid on a Sphere 被引量:13
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作者 李兴良 陈德辉 +2 位作者 彭新东 肖锋 陈雄山 《Advances in Atmospheric Sciences》 SCIE CAS CSCD 2006年第5期792-801,共10页
The semi-Lagrangian advection scheme is implemented on a new quasi-uniform overset (Yin-Yang) grid on the sphere. The Yin-Yang grid is a newly developed grid system in spherical geometry with two perpendicularly-ori... The semi-Lagrangian advection scheme is implemented on a new quasi-uniform overset (Yin-Yang) grid on the sphere. The Yin-Yang grid is a newly developed grid system in spherical geometry with two perpendicularly-oriented latitude-longitude grid components (called Yin and Yang respectively) that overlapp each other, and this effectively avoids the coordinate singularity and the grid convergence near the poles. In this overset grid, the way of transferring data between the Yin and Yang components is the key to maintaining the accuracy and robustness in numerical solutions. A numerical interpolation for boundary data exchange, which maintains the accuracy of the original advection scheme and is computationally efficient, is given in this paper. A standard test of the solid-body advection proposed by Williamson is carried out on the Yin-Yang grid. Numerical results show that the quasi-uniform Yin-Yang grid can get around the problems near the poles, and the numerical accuracy in the original semi-Lagrangian scheme is effectively maintained in the Yin-Yang grid. 展开更多
关键词 Yin-Yang grid semi-lagrangian scheme spherical geometry
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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
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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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完全非内插半拉格朗日格式在一维Burgers方程及二维浅水波方程上的应用 被引量:4
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作者 王军 陈嘉滨 《大气科学》 CSCD 北大核心 2000年第4期493-508,共16页
在作者过去提出的完全非内插半拉格朗日格式的基础上 ,针对半拉格朗日格式由于内插带来预报场人为的光滑性问题 ,进一步发展了这种计算格式 ,证明了此格式的计算稳定性。为检验这种新的计算格式的性能 ,在一维和二维问题上进行了应用。... 在作者过去提出的完全非内插半拉格朗日格式的基础上 ,针对半拉格朗日格式由于内插带来预报场人为的光滑性问题 ,进一步发展了这种计算格式 ,证明了此格式的计算稳定性。为检验这种新的计算格式的性能 ,在一维和二维问题上进行了应用。在一维问题中采用了一维无粘Burgers方程 (方程中有突变点 ) ;二维问题采用了浅水波方程 ,同时将这些计算结果与Ritchie方案及欧拉方案或一般半拉格朗日内插方案的计算结果进行了比较 ,发现新格式消除了内插和预报场的人为光滑 ,并且计算精度有一定程度的提高 ,这为以后将此格式推广到全球谱模式打下了基础。 展开更多
关键词 半拉格朗日计算格式 天气预报 BURGERS方程
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基于OSG的实时烟雾模拟的研究与应用 被引量:3
5
作者 侯美华 吴志红 陈楷民 《计算机工程与设计》 CSCD 北大核心 2011年第6期2088-2091,共4页
为了模拟出具有实时性和真实感的烟雾效果,分析了传统烟雾的模拟方法,提出了一种基于OSG平台下的实时烟雾模拟方法。该方法采用流体力学纳维-斯托克斯方程组作为基本物理模型,通过添加漩涡约束力来达到真实性的要求。由于NS方程求解的... 为了模拟出具有实时性和真实感的烟雾效果,分析了传统烟雾的模拟方法,提出了一种基于OSG平台下的实时烟雾模拟方法。该方法采用流体力学纳维-斯托克斯方程组作为基本物理模型,通过添加漩涡约束力来达到真实性的要求。由于NS方程求解的复杂性和CPU计算的限制性,在方程解算上,提出一种基于GPU的采用半拉格朗日方法、雅克比迭代法等稳定的求解方法,并结合体绘制技术来实现实时烟雾的模拟。实验结果表明,该方法能快速模拟出实时、逼真的烟雾效果。 展开更多
关键词 基于物理模型 纳维-斯托克斯方程 半拉格朗日方法 漩涡约束力 可编程图形处理.
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守恒型有理函数插值半拉格朗日平流方案及性能分析 被引量:2
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作者 李江浩 彭新东 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第4期709-718,共10页
通过多种理想试验对正定、保形守恒型有理函数插值半拉格朗日平流方案分别在平面直角坐标以及阴阳网格球面坐标中进行了计算性能分析,并采用多种误差模对守恒型有理函数插值半拉格朗日平流方案的网格收敛性进行评估。结果表明,采用分段... 通过多种理想试验对正定、保形守恒型有理函数插值半拉格朗日平流方案分别在平面直角坐标以及阴阳网格球面坐标中进行了计算性能分析,并采用多种误差模对守恒型有理函数插值半拉格朗日平流方案的网格收敛性进行评估。结果表明,采用分段有理函数插值的守恒型半拉格朗日平流方案可以有效消除不连续分布处的数值振荡、保证正定性,物理场平滑分布时维持1-2阶收敛速度;而在不连续点或大梯度区域以及应用分维技术的多维算法都会通过有理函数的降阶特性,影响平流计算的收敛阶数,并且,在球面坐标中受球面曲率的影响,守恒型有理函数插值半拉格朗日平流算法的网格收敛速度有所降低。 展开更多
关键词 半拉格朗日算法 守恒型有理函数插值半拉格朗日平流 收敛速度 正定性
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Studies on Non-interpolating Semi-Lagrangian Scheme and Numerical Solution to KdV Equation
7
作者 陈嘉滨 王军 《Advances in Atmospheric Sciences》 SCIE CAS CSCD 1996年第2期265-268,共4页
A new non-interpolating semi-Lagrangian scheme has been proposed, which can eliminate any interpolation,and consequently numerical smoothing of forecast fields. Here the new scheme is applied to KdV equation and its p... A new non-interpolating semi-Lagrangian scheme has been proposed, which can eliminate any interpolation,and consequently numerical smoothing of forecast fields. Here the new scheme is applied to KdV equation and its performance is assessed by comparing the numerical results with those produced by Ritchie's scheme (1986).The comparison shows that the non-interpolating semi-Lagrangian scheme appears to have efficiency advantages. 展开更多
关键词 Non-interpolating semi-lagrangian scheme KdV equation
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Application of the Characteristic CIP Method to a Shallow Water Model on the Sphere
8
作者 彭新东 常燕 +1 位作者 李兴良 肖锋 《Advances in Atmospheric Sciences》 SCIE CAS CSCD 2010年第4期728-740,共13页
Semi-implicit algorithms are popularly used to deal with the gravitational term in numerical models. In this paper, we adopt the method of characteristics to compute the solutions for gravity waves on a sphere directl... Semi-implicit algorithms are popularly used to deal with the gravitational term in numerical models. In this paper, we adopt the method of characteristics to compute the solutions for gravity waves on a sphere directly using a semi-Lagrangian advection scheme instead of the semi-implicit method in a shallow water model, to avoid expensive matrix inversions. Adoption of the semi-Lagrangian scheme renders the numerical model always stable for any Courant number, and which saves CPU time. To illustrate the effciency of the characteristic constrained interpolation profile (CIP) method, some numerical results are shown for idealized test cases on a sphere in the Yin-Yang grid system. 展开更多
关键词 characteristic CIP method shallow-water model Yin-Yang grid semi-lagrangian scheme gravity wave
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半隐式半拉格朗日平方守恒计算格式的构造 被引量:12
9
作者 陈嘉滨 季仲贞 《大气科学》 CSCD 北大核心 2004年第4期527-535,共9页
在显式半拉格朗日完全平方守恒格式基础上 ,构造出半隐式半拉格朗日完全平方守恒计算格式 ,它继承了显式半拉格朗日完全平方守恒格式的优点 ,并突破计算不稳定柯朗条件对时间步长的约束 ,使时间步长大为增长。此外 。
关键词 半隐式半拉格朗日格式 平方守恒 数值积分 误差 天气预报
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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
10
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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保持总能量守恒的“半拉格朗日算法” 被引量:10
11
作者 季仲贞 王斌 《计算物理》 CSCD 北大核心 1996年第4期403-409,共7页
大气海洋问题数值计算的重要特征之一是需要作长时间的数值积分,因此在方程差分离散化后如何保持原问题的物理特性成为一个很关键的问题。从传统的“半拉格朗日法”和显式完全能量守恒差分法中吸取“营养”。
关键词 半拉格朗日算法 总能量守恒 地球流体力学
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半拉格朗日方法及其在数值模拟和数值预报中的应用 被引量:2
12
作者 董敏 《应用气象学报》 CSCD 北大核心 1997年第1期99-108,共10页
文章对半拉格朗日方法的基本原理和技术方法做了简要介绍.对其主要优、缺点进行了评述.
关键词 半拉格朗日法 数值模拟 数值预报 天气预报
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大气动力学方程组的半拉格朗日计算方案的数学研究 被引量:1
13
作者 王必正 季仲贞 应祝明 《计算物理》 CSCD 北大核心 2000年第1期187-192,共6页
通过对大气动力学方程组的半拉格朗日方案的数学分析 ,得出主要结论如下 :( 1)说明了Robert的半拉格朗日方案并不是绝对稳定的 ,通过特征线理论和双曲拟线性方程组解的理论 ,进一步说明了Robert理论的不正确。 ( 2 )通过分析右端项沿轨... 通过对大气动力学方程组的半拉格朗日方案的数学分析 ,得出主要结论如下 :( 1)说明了Robert的半拉格朗日方案并不是绝对稳定的 ,通过特征线理论和双曲拟线性方程组解的理论 ,进一步说明了Robert理论的不正确。 ( 2 )通过分析右端项沿轨道积分 ,给出了一个关于半拉格朗日方案成立的判据 ,该判据与CLF相仿。 ( 3)根据浅水方程特征理论 ,发现半拉格朗日方案应包括沿轨道反向积分 (大气中慢过程 )和沿特征锥积分 (大气中快过程 ) ,而已有的方案仅含前一类。因此 ,今后有必要研究后一类的半拉格朗日方案并研究这两类过程之间的相互作用的计算问题。( 4)即使研究沿轨道反向积分问题 ,其特征跟原方程组解直接有关 ,因此 ,不仅仅是一个常微分方程组的问题。而大气动力学方程组的经典解一般仅在小范围成立 ,并且一维、二维和三维间断均会出现 ,故大范围反向积分特征线一般是不可能的。 展开更多
关键词 半拉格朗日 反向积分 大气动力方程组 计算
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浅水波模式半拉格朗日方法的并行研究 被引量:1
14
作者 田华 卞建春 颜宏 《应用气象学报》 CSCD 北大核心 2004年第4期417-426,共10页
该文研究的问题是分布式并行计算机消息传递方式下半拉格朗日并行算法 ,重点研究二维浅水波并行模式中有关子区域过渡带 (HALO)的问题和有关求解赫姆霍兹方程的并行算法。进行了一系列的对比试验 ,研究在不同分辨率下模式的并行效率的... 该文研究的问题是分布式并行计算机消息传递方式下半拉格朗日并行算法 ,重点研究二维浅水波并行模式中有关子区域过渡带 (HALO)的问题和有关求解赫姆霍兹方程的并行算法。进行了一系列的对比试验 ,研究在不同分辨率下模式的并行效率的问题。结果表明 :采用分区域并行计算的方法 ,可得到较好的并行效率。模式中使用半拉格朗日方法处理平流项是有利的 ,在分辨率高时 。 展开更多
关键词 半拉格朗日方法 数值天气预报 区域分解法 并行效率 HALO 奇偶法
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关于半拉格朗日半隐式大气模式的时步问题 被引量:1
15
作者 胡志晋 史月琴 《大气科学》 CSCD 北大核心 2006年第1期1-10,共10页
讨论半拉格朗日半隐式大气模式中时步的限制,展示时步过大时用一般的首尾两点平均方案计算非线性源汇项的严重误差,提出精确的源汇项计算格式并作了特例计算和比较,讨论了被模拟的大气过程和波动的特征对时步的要求,指出柯朗数NC=C.Δt/... 讨论半拉格朗日半隐式大气模式中时步的限制,展示时步过大时用一般的首尾两点平均方案计算非线性源汇项的严重误差,提出精确的源汇项计算格式并作了特例计算和比较,讨论了被模拟的大气过程和波动的特征对时步的要求,指出柯朗数NC=C.Δt/ΔX是大气模式时空步长匹配的重要参数。指出云降水和大气化学过程特征时间对相应的正定变量的计算时步的限制。 展开更多
关键词 半拉格朗日半隐式格式 非线性源汇项 时步
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