馬嘉理的數(shù)值預報

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1、南京信息工程大學正壓原始方程模式實驗（實習）報告實驗（實習）名稱正壓原始方程模式實驗（實習）日期2010.6.1得分指導教師邵海燕系大氣科學專業(yè)大氣科學年級08班次2姓名馬嘉理學號20081301057一、實驗目的利用五點正逆平滑共式和地轉(zhuǎn)風初始值的公式來計算初始場和預報值并且利用所學的數(shù)值預報中有關的相關知識利用FORTRAN編寫出計算地轉(zhuǎn)風初值的程序和計算五點正逆平滑的程序并且利用GRADS來畫圖二、實習要求mbpm1.for為提供學生上機實習用的正壓原始方程模式，程序中刪去了計算地轉(zhuǎn)風的子程序，也刪去了五點平滑（正逆平滑）的子程序。同學們需要先編寫五點平滑的子程序，在保證能夠得到正確結(jié)果

2、的前提下（是否正確得作圖給老師看），再去編寫地轉(zhuǎn)風初值的子程序。在未編寫地轉(zhuǎn)風初值的子程序前，地轉(zhuǎn)風初值可由數(shù)據(jù)文件ua.dat和va.dat提供（見程序說明）。編寫完地轉(zhuǎn)風初值子程序后，需將我提供的數(shù)據(jù)文件ua.dat和va.dat刪去，此時的地轉(zhuǎn)風初值由自己的程序提供。huv.ctl和huv.gs分別為用于Grads做圖的數(shù)據(jù)描述文件和批處理文件。三模式的基本假定，基本方程，技術方法，計算流程等的介紹（1）基本方程地圖投影坐標下的正壓原始方程模式組空間差分格式應用二次平流守恒格式——有限差分近似方程其中，，這就是正壓原始方程模式的預報方程組理論分析和預報實踐表明，由于觀測的風場與高度場的不

3、平衡，，以及風場，高度場與模式之間的不協(xié)調(diào)，直接用觀測的風場和高度場作為原始方程模式的初始值容易產(chǎn)生高頻振蕩，使數(shù)值積分變?yōu)椴环€(wěn)定。因此在應用原始方程模式作數(shù)值預報之前，必須對資料加以處理，即所謂的資料初始化，動力初始化和變分初始化。2）基本假設正壓原始方程模式是在一定的基本假設下建立起來的、能夠比較準確地描述大氣運動狀態(tài)的方程組，假定的條件有：1、大氣為正壓大氣；2、大氣為均勻不可壓縮的流體；3、大氣滿足靜力平衡；4、大氣上界為自由面；5、不考慮摩擦和非絕熱加熱作用。3）技術方法1、模式的初始條件：理論分析和預報實踐表明，由于觀測的風場與高度場之間的不平衡，以及風場、高度場與模式之間的不協(xié)調(diào)

4、，直接用觀測的風場和高度場作為原始方程模式的初始值容易產(chǎn)生高頻振蕩，使數(shù)值積分變得不穩(wěn)定。為了解決這個問題就必須對資料進行初始化，所謂初始化就是指用一些已知的風壓場平衡關系，或運用運動方程等求得診斷方程來處理初值，使風場同氣壓場平衡或近似平衡的方法。資料初始化的方法主要有：靜力初始化、動力初始化和變分初始化。此處我們采用的是靜力初始化，初始條件采用地轉(zhuǎn)風初值2、邊界條件：模式中采用的是固定邊界條件，其中β表示預報區(qū)域的水平側(cè)邊界。3、時間積分方案（1）先采用歐拉—后差格式；（2）隨后，采用三步法起步的時間中央差格式。另外，在數(shù)值積分的過程中，為了阻尼高頻振蕩，抑制計算解的增長，可以穿插進行時間

5、平滑，其對應公式為：式中S為時間平滑系數(shù)；同時，可以穿插進行空間平滑，來濾除短波擾動，抑制非線性計算不穩(wěn)定。四計算流程輸入初始位勢高度場計算mi,j和fi,j計算初始風場u0i,j和v0i,j計算預報要素的變化傾向Ei,jGi,j和Hi,j用歐拉后差格式積分1小時用中央差格式積分11小時是否算完12小時是否算完6小時空間平滑是否算完24小時時間平滑打印五、實習程序運行出圖：邊界五點平滑的程序cspacesmoothingforinternalpoints區(qū)域內(nèi)5點平滑(正逆平滑)c請同學編寫區(qū)域內(nèi)5點平滑(正逆平滑)的子程序?。?！應用書中（4.126）式c注：此程序必須設計成開關形式，保證既可

6、選做正逆平滑，又可選做正平滑l=1為只c執(zhí)行正平滑，l=2為執(zhí)行正逆平滑.subroutinessip(a,w,s,m,n,l)dimensiona(m,n),w(m,n)doi=2,m-1doj=2,n-1w(i,j)=a(i,j)+s/4*(a(i+1,j)+a(i,j+1)+a(i-1,j)+a(i,j-1)-4*a(i,j))enddoenddodoi=2,m-1doj=2,n-1a(i,j)=w(i,j)enddoenddoif(l==2)thendoi=2,m-1doj=2,n-1w(i,j)=a(i,j)-s/4*(a(i+1,j)+a(i,j+1)+a(i-1,j)+a(i,j

7、-1)-4*a(i,j))enddoenddodoi=2,m-1doj=2,n-1a(i,j)=w(i,j)enddoenddoendifreturnend六、作圖結(jié)果原始場：預報場：2、在已編寫地轉(zhuǎn)風初值的子程序后，刪去老師的數(shù)據(jù)文件ua.dat和va.dat后.對原程序進行修改：首先，將原程序ua.dat和va.dat刪去。然后，寫入地磚風初始值編程程序。subroutinecgw(ua,va