不同侧边界方案对正压原始方程组预报效果的比较研究

 在有限区域的数值预报中：针对所要预报的区域,应选用较好的侧边界处理方法,以便使由于侧边界处理所引入的误差在预报期间尽可能达到最小.因此,对正压原始方程模式嵌入3种侧边界处理方案：固定边界条件;海绵边界条件;无梯度边界条件.为了探讨缓冲区的问题,设计了2种方案：方案A：以（38.75°N,78.75°E）为中心的区域60×120格点模拟后,除去最外5圈输出结果.方案B：以（38.75°N,78.75°E）为中心的区域50×110格点模拟后,直接输出结果.比较了2种方案嵌入不同的侧边界对正压原始方程模式模拟同一区域位势高度场的影响.获得了一些有意义的结果：① A方案嵌入固定边界条件和海绵边界条件预报效果都比无梯度边界条件的好,最好的是海绵边界条件.②B方案嵌入固定边界条件和海绵边界条件预报效果都比无梯度边界条件的好,最好的是固定边界条件.③方案A优于方案B.     

北江下游流域洪水预报模型

北江下游流域洪水预报模型干支流采用圣维南方程组的动力模型 ,差分基于Preissmann隐格式 ,用双扫描法求解。该模型考虑下游洪泛区分洪和崩堤两种特殊情况 ,能自然适合水流计算的边界条件 ,处理内边界条件简单 ,无须建立稀疏矩阵求解 ,存储量小 ,预报结果合理     

一个用“样条”格式预报台风移动的原始方程模式

设计了一个用二维三次“样条”插值函数解正压原始方程组,用于预报台风移动的模式。“样条”函数具有精度高、光滑性好的特点,计算稳定,不加任何平滑处理,就可得到很光滑的预报场。试验结果表明:用“样条”格式后,比通常一般的差分方法预报系统移动缓慢的现象,有所改善,台风移动的速度、路径也更近于实际。另外,对移动路径比较特殊的台风,也取得了较好的预报结果。     

不等距五层原始方程模式降水预报试验

本文提出一个不等距五层原始方程降水预报模式。该模式提高了低层大气的分辨能力。在暴雨过程物理量分析的基础上重新考虑了凝结加热的计算方案。试验结果,该模式对天气形势和雨区的预报都比原等距五层模式有明显改进。     

基于周期分析方法的低频天气信号延伸预报

对1980—2014年的NCEP/NCAR 500 hPa高度场逐日格点资料进行Butterworth带通滤波,通过周期分析和最优子集回归方法,利用预报日前150 d的低频数据对2011—2014年全球逐年6—8月500 hPa低频高度场的低频信号进行逐日外延(至未来30 d),并对其结果进行检验.结果表明,周期分析和最优子集回归方法对500 hPa高度场对应的低频信号的拟合效果从整体上来看,北半球好于南半球,低纬度好于高纬度;随着预报时效的增长,拟合准确度逐步降低,后期趋于稳定.中国对应6个关键区的拟合效果显示,除新疆地区在第10天和第30天未通过信度检验之外,其余5个关键区均通过95%以上的信度检验.该方法对低频系统高低中心配置及落区拟合较好,符合利用低频天气图进行延伸期预报的相关思路,可在该方法的基础上,利用低频天气图方法进行预报.     

C波段雷达快速循环同化技术在宁夏降水天气预报中的应用

介绍了宁夏C波段雷达快速循环同化技术及其在2018年夏季降水预报中的应用效果。快速循环同化技术主要基于天气研究预报(weather research and forecasting,WRF)模式,通过对C波段多普勒雷达资料进行去除奇异点、地物遮挡、谱宽检查、退模糊等质量控制,利用三维变分同化、动力降尺度及冷暖启动方法,实现了C波段多普勒天气雷达观测数据的逐小时快速循环同化分析,可逐时滚动输出未来12 h逐小时间隔、水平分辨率3 km的降水、气温、风向风速、相对湿度、物理量场等格点预报产品以及雷达回波产品。通过在2018年宁夏降水预报中的应用分析发现,加入雷达资料同化后的WRF模式降水预报能力有明显提升,可为宁夏降水天气智能网格预报特别是暴雨的短临预报预警提供技术支撑。     

环台湾岛海域三维环流数值模拟

采用97版POM海洋模式.计算中取了较高分辨率,水平格距7km×6km,垂向分11个σ层.对环台湾岛海域分别计算了冬夏两季的风生流、边界力流及二者共同作用下的流场.结果表明,环台湾岛海域的海流主要是边界力作用的结果,风的驱动作用为其次.关于台湾暖流,同时来源于台湾海峡和黑潮在台湾东北方的一个北上分支,且后者的成分略大.至于黑潮流有否进入南海,本文的结果支持黑潮“流套”的观点.另外,为了模拟好风生流,通过数值试验对开边界条件作了讨论.     

用多层基本气流综合预报台风路径

本文用“台风的准平衡移动”一文中给出的台风移动与各层基本气流关系式,结合香港天文台业务资料,设计了一个预报方案.分别用差分格距Δn=5°、10°、15°、20°、25°(纬距)计算各层基本气流,对1976年—1982年经过10°N—30°N,105°E—125°E 的所有台风作了2198次预报.24小时平均予报误差相当于或稍优于(当Δn=25°)目前国内外预报误差.     

高强土工格室加筋砂地基模型试验变形分析

高强土工格室采用新型U形钉节点, 材料抗拉强度为传统格室的10倍左右. 将土工格室置于地基, 形成土工格室结构层, 针对纯砂地基和不同格室焊距的土工格室加筋砂地基进行多组模型试验. 分析试验所得荷载-沉降曲线, 结果表明土工格室加筋能明显提高地基承载力,减少地基沉降. 在一定范围内, 格室焊距越小, 加筋效果越明显. 将Winkler弹性地基梁计算方法运用于高强土工格室加筋砂地基沉降计算中, 得出弹性地基梁的有限长梁解, 通过试验所得实测数据较为精确地确定了计算所需参数; 对比试验和计算结果, 给出了高强土工格室加筋砂地基结构层变形计算方法, 并且得出高强土工格室这一新型材料的相关计算参数.     

准地转正压大气小波谱模式及其数值解

基于β平面通道准地转正压位势涡度方程,用wavelet-Galerkin方法导出了以周期小波尺度函数为基底的小波谱模式,提出了小波格-谱变换算法,大大减少了模式非线性项的计算量;利用小波基导出了流函数倾向的二维Helmholtz方程的矩阵代数方程,求出了周期边界条件下的高精度解.数值试验表明,在热力和地形强迫下小波谱模式可以稳定的长时间积分,其数值解与格点差分模式的积分结果相近,但解的精度更高、收敛速度更快.在单纯热力强迫下得到了收敛的稳定解,在地形强迫下解呈现约15d的准周期振荡,类似于大气环流的高低指数循环.     

土壤湿度对中国西北地区夏季气候年际变率模拟效果的影响

利用耦合陆面过程模式CLM3的全球大气环流模式NCAR CAM3进行2组1979～2000年5～8月的集合试验,研究了表层土壤湿度对中国西北地区夏季气候年际变率模拟的影响。结果表明:在相同海温强迫条件下,采用年际变化的表层土壤湿度(ISSM)时,CAM3模式对于夏季西北地区气温和降水年际变率的模拟能力明显好于采用气候态的表层土壤湿度(CSSM)。计算表明,1979～2000年CSSM试验和ISSM试验模拟的西北地区夏季气温距平与ERA40资料的相关系数分别为0.60和0.65; CSSM试验模拟的西北地区夏季降水距平与CMAP资料的相关系数仅为0.29,而ISSM试验模拟结果与CMAP资料的相关系数为0.48。在相同海温强迫条件下,ISSM试验比CSSM试验能更好地模拟出中国西北地区夏季降水年际变率。     

预报台风路径的相似原理

已知一个台风现在的中心位置的经纬度,要求预报t小时之后台风中心位置的经纬度,这就是台风路径的预报问题。近年来,国外预报台风路径成绩最佳的一个方法,是所谓的相似方法,美国迈阿密国家飓风中心为此方法所取的代号是Hurran,关岛美国舰队天气中心联合台风警报中心为此方法所取的代号是Tyfoon。结合我省广大气象台站的预报实践经验我们对相似方法作了若干改进,制订出三个方法:相似方法、相似加权方法、相似加权回归方法,试算结果较好。前两个方法较简单,计算量小,在不使用计算机的情况下,由一两个人手算,亦只须半小时左右即可算出预报结果。所以便于推广,适合广大气象台站日常使用。     

WRF模式微物理方案对强降水预报的影响

本文利用新一代中尺度非静力模式WRF(V2.1.2版本),采用单向两重嵌套方案,粗细网格距分别为12km、4km,对我国江淮流域2003年7月4日～5日一次典型强降水天气过程进行微物理方案的敏感性试验。从降水落区、降水中心位置和强度方面对总降水预报性能进行了对比,同时结合卫星资料、地面自动站雨量等非常规观测资料,对比分析了模拟的滁州地区降水随时间的变化及1小时降水率的空间分布,研究不同分辨率下模式微物理方案对强降水预报的影响。所得的结论对于我国夏季强降水预报和中尺度模式微物理过程在业务和研究方面有一定的参考价值。     

北半球冬季大气环流变化对中国汛期雨带类型分布的影响

 基于1951～2001年1～5月500hPa高度场资料,研究了前期大气环流与中国汛期雨带类型分布的关系.通过分析前期各雨带类型对应的距平合成场和格点样本平均值显著性检验图,以及各雨带类型相应的前期大气环流特征.指出1～2月500hPa层次上,大气环流明显的表现为大尺度分布特征,而3～5月的大尺度分布特征不明显.这表明冬季(1～2月)各雨带类型的显著性关键区的大气环流异常是影响中国汛期雨带类型分布的一个重要因素.从而提出了一些预报线索,可供夏季我国大范围旱涝趋势的长期预报参考.     

基于张量积的无网格数值方法

利用张量积构造正则空间,用于场函数逼近,得到MLS(moving least squares)场函数插值形式的一个特例.在规则域上,通过基空间扩张,构造满足齐次边界条件的场函数,使得MLS插值形式变得更简单有效,扩大了基函数空间的选择范围,克服了一般MLS逼近所特有的大量求逆、计算效率低下、判据复杂的缺点.数值实例表明,该方法数学概念简单,加密点阵重复计算方便,计算精度高,计算结果连续性好,总体计算量少,计算过程收敛快.     

蜂窝铝的材料性能模拟计算与实验研究

基于ANSYS软件建立了蜂窝铝芯和蜂窝铝板的有限元模型,模拟计算了薄壁蜂窝铝芯在深度、对边距不同时受共面载荷作用下的应力强度。利用壳单元计算了蜂窝铝芯的共面弹性模量,模拟分析了同样大小的蜂窝铝板在蜂窝芯格尺寸不同情况下受共面相同载荷时的应力情况,分析结果表明选择适当的蜂窝芯格大小和深度,可以减小蜂窝芯格及蜂窝铝板所受的最大应力。分析结果有助于找到合适的蜂窝芯格尺寸以满足较大的强度要求。最后对蜂窝铝板进行了实验研究计算,实验结果和ANSYS模拟数据基本吻合。     

联合QL近似与迭代Born近似法电导率散射成像

对于多维电磁响应的数值模拟和成像反演，积分方程法只需对异常体进行剖分和积分，不涉及复杂的吸收边界条件等问题，具有计算速度快和计算输度高等特点。用于电磁场数值模拟的近似法同样可以用于快速成像反演，它们的模型都是建立在散射电磁场积分方程的线性化基础之上的。联合运用QL近似法与迭代Born近似法进行电导率成像反演，将QL近似法得到的结果作为Born迭代法的初始模型，不用人为的设置初值，尽管方法简单，但却较为有效。     

基于玻璃基质离子扩散方程的数值解研究

介绍了玻璃基质离子交换法制备变折射率光学器件中离子扩散方程的有限差分法模型.该方法把连续的扩散方程转化为离散的差分方程,将MATLAB程序中的矩阵运算用于迭代求解过程.通过对正方形边界条件下扩散结果校验表明,该方法可以得到了较为精确的数值解,所有数据计算误差小于0.2%,并且具有操作简单,解的输出形式多样的优点.对于正六边形和沟道边界扩散同样能给出较好的结果.     

RegCM4.3气候模式引入新的海洋湍流参数化方案对中国夏季降水模拟的影响

将一种用于全球气候模式的海洋湍流参数化方案引入到区域气候模式RegCM4.3中,分别使用两种方案进行气候模拟.分析对比了1996-2009年,两种方案对中国夏季风场、降水量等模拟结果的影响,并与欧洲中期数值预报中心的再分析资料、站点观测降水资料进行了对比分析.结果表明,新方案对东亚夏季西南季风和东南季风的模拟效果有所改善,并提高了中国夏季降水的模拟效果.     

导管式调距桨水动力性能的数值预报分析

采用全结构化网格,利用稳态多参考系(MRF)方法,对普通调距桨和导管式调距桨变螺距下的水动力性能进行了有效预报.首先对普通调距桨水动力性能进行了计算,计算结果与试验数据符合良好.结果表明:进速系数较小时,较小螺距角才能使螺旋桨的效率达到最大,而进速系数较大时,较大螺距角才能使螺旋桨的效率达到最大;通过分析桨叶表面压力变化,发现螺距角变化较大时,叶表面压力变化不均匀,可能导致噪声性能恶化.随后计算了导管式调距桨的水动力性能,分析得出:随着螺距角减小,导管推力也减小,且大进速小螺距角时,螺旋桨效率下降迅速.最后分析了导管式调距桨的尾流场,得出了尾流场速度随螺距角变化的一般规律.