數(shù)值天氣預報實習報告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 課程名稱：數(shù)值天氣預報 姓 名： 班 級： 學 號： 正壓原始方程實習報告1.實習目的與要求通過正壓原始方程模式的實習，加深理解該章所學的基本內(nèi)容；掌握當今制作數(shù)值天氣預報的一般方法和主要步驟；并在數(shù)值計算、編制程序和上機操作等方面得到進一步訓練。以1973年4月29日08時（北京時）我國東北、華北地區(qū)500hPa等壓面位勢高度場及地轉(zhuǎn)風場作為初值，采用固定的水平側(cè)邊界條件，應用正壓原始方程二次守恒平流格式的模式，制作未來24小時有限區(qū)域500hPa位勢高度場和風場的預報，并寫一份實習報告。2.模式的主要計算框圖： 基本假定： a.大氣是均勻不可壓流體 b.大氣處于

2、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)風公式： 技術(shù)方法：1.為了減小模式中重力慣性外波的波速，增加差分格式的計算穩(wěn)定性，把連續(xù)方程中水平散度項的系數(shù)z改為（z- z0），并取250dagpm。2.時間積分方案選擇：先采用歐拉-后差格式數(shù)值積分1小時，然后采用三步法起步的時間中央差格式數(shù)值積分11小時。3.邊界采用9點空間平滑，積分12h后采用5點平滑對個要素場進行內(nèi)點空間濾波。 五點平滑公式為：4.為了阻尼高頻振蕩、抑制計算解的增長，在積分6小時之后的兩個連續(xù)時間層應用時間平滑公式對個要素進行時間平滑。5.應用二次平流守恒格式的正壓原始方程模式。

3、3.實習任務：1）編寫兩個子程序：五點平滑子程序，地轉(zhuǎn)風初值子程序2）子程序編寫完成并保證正確的前提下，做4個數(shù)值試驗： 只做正平滑和做正逆平滑的對比試驗； 地轉(zhuǎn)風子程序中不同差分格式的數(shù)值試驗； 是否做邊界平滑的數(shù)值試驗； 是否做時間平滑的數(shù)值試驗。注意：在原始方程模式中既包含有緩慢移動的大氣長波，又有快速移動的重力慣性波。因此，這種模式不但可以模擬準地轉(zhuǎn)演變過程，而且還可以模擬地轉(zhuǎn)適應過程。雖然此模式比準地轉(zhuǎn)模式能更好的描述實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)了一些新的待解決的問題。原始方程模式中包含有快波解，為保證計算穩(wěn)定，時間步長必須取得很短，這就大大增加了計算工作量

4、。因此，選取既能保證計算穩(wěn)定、又能節(jié)省計算機時的時間積分方案，便成為一個很重要的問題。由于原始方程模式中時間步長必須取得很短，所以非線性計算不穩(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很重要的問題。原始方程模式要求給出多個初始條件。除了要給出初始氣壓場（位勢高度場）外，還必須給出初始風場等資料，如果初始風壓場不協(xié)調(diào)，則在積分過程中就會產(chǎn)生虛假的重力慣性波。這種虛假的重力慣性波會迅速增長，把天氣尺度的波動掩蓋掉，使預報遭到破壞。因此，資料的初始化也是一個相當重要的問題。原始方程模式對邊界條件也尤為敏感，要求給出適當?shù)倪吔鐥l件也很重要。 4.程序如下1）地轉(zhuǎn)風： sub

5、routine cgw(ua,va,za,rm,f,d,m,n) dimensionua(m,n),va(m,n),za(m,n),rm(m,n),f(m,n) do i=2,m-1do j=2,n-1 ua(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(i,j)*9.8*(za(i+1,j)-za(i-1,j)/2/d/f(i,j) enddo enddoreturnend2）5點平滑：subroutine ssip(a,w,s,m,n,k,l)dimension a(m,n),w(m,n)if(l=1)th

6、endo i=2,m-1do j=2,n-1 w(i,j)=a(i,j)+s*(a(i-1,j)+a(i+1,j)+a(i,j-1)+a(i,j+1)-4*a(i,j)/4.0enddoenddodo i=2,m-1 do j=2,n-1 a(i,j)=w(i,j) enddoenddoreturnelse do i=2,m-1 do j=2,n-1 w(i,j)=a(i,j)+s*(a(i-1,j)+a(i+1,j)+a(i,j-1)+a(i,j+1)-4*a(i,j)/4.0 enddoenddodo i=2,m-1 do j=2,n-1 a(i,j)=w(i,j) enddoenddo

7、do i=2,m-1 do j=2,n-1 w(i,j)=a(i,j)+(-s)*(a(i-1,j)+a(i+1,j)+a(i,j-1)+a(i,j+1)-4*a(i,j)/4.0 enddoenddodo i=2,m-1 do j=2,n-1 a(i,j)=w(i,j) enddoenddoendifreturn end五、試驗結(jié)果（圖形）及其分析1、30日預報場分析 圖 1初始場 圖 2預報場 2、只做正平滑和做正逆平滑的對比試驗： 圖 3預報場：五點正逆平滑 圖 4預報場：五點正平滑3、地轉(zhuǎn)風子程序中不同差分格式的數(shù)值試驗： 圖 5初始場：后差地轉(zhuǎn)風子程序 圖 6初始場：前插地轉(zhuǎn)風子程序

8、 圖 7預報場：前插地轉(zhuǎn)風子程序 圖 8預報場：后插地轉(zhuǎn)風子程序 圖 10預報場： 無時間平滑 圖 9預報場： 無邊界平滑結(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時在鄂霍次克海的西岸，有一個大的低壓中心，其中心強度達到5250，在貝加爾湖附近有一條大的低壓槽；4月30日08時，在預報場上，鄂霍次克海西岸的低壓向東移動，到達鄂霍次克海的上空，中心強度達到5200，比29日加強，貝加爾湖的低壓槽向南，向東移動?？赡茉斐梢淮卫淇諝獾哪舷逻^程。 我們拿30日的預報場與30日的實況場（書本上）做一下對比，可以看到預報場的低壓中心偏北大概偏5個緯距左右，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報場與實況場非常的近似，故而模擬效果較好。而我們需要做對中國的預報，影響系統(tǒng)主要是貝加爾湖地區(qū)的低壓槽影響，所以對整個預報來說，還是有很好的參考價值的。5.小結(jié) 通過此次實習加強了對Fotran語言編程和GrADS繪圖的熟悉以及使用，是以后的工作生活中能夠更加熟練的使用它們，同時也加強了對正壓原是方程的了解，以及五點平滑，與地轉(zhuǎn)風的計算，加深了對數(shù)值天氣預報這門課的了解與掌握。此次接觸到的正壓原始方程模式，算是個比較簡單的模式，由于在500hPa高度上，大氣是正壓的，準地轉(zhuǎn)，準靜力平