数值天气预报实习报告材料

1、实用标准文档数值天气预报实习报告课程名称：数值天气预报姓 名：班 级：学 号：正压原始方程实习报告1 .实习目的与要求通过正压原始方程模式的实习，加深理解该章所学的基本内容；掌握当今制 作数值天气预报的一般方法和主要步骤；并在数值计算、编制程序和上机操作等 方面得到进一步训练。以1973年4月29日08时(北京时)我国东北、华北地 区500hPa等压面位势高度场及地转风场作为初值，采用固定的水平侧边界条件， 应用正压原始方程二次守恒平流格式的模式，制作未来24小时有限区域500hPa 位势高度场和风场的预报，并写一份实习报告。2 .模式的主要计算框图：中奥麦枳分半米 (FA.FB)*FCNB=

2、*用 R=N6数组传送FC收生护送FB f FAFC t FBNX=NB+l对印时间平滑对FC内点平滑 |对FC边界平甫文案大全基本假定：a.大气是均匀不可压流体 b.大气处于静力平衡状态 c.上边界为自由面 d.无摩擦和绝热过程 e.正压大气基本方程：CLlL,L,u二 u二 u二 uu v w fv = 0t二 xy二 p：x.L、L.L,-V-V-V.v-pu v w fu 二 0ycu , cv -r yyj地转风公式:t = 0,0 ui,j = Ui,j =0vi,j =vi,j =0mi,jg Z,Jfi,j:y0 mi,jg z,jfi,j X技术方法：1 .为了减小模式中重力

3、惯性外波的波速，增加差分格式的计算稳定性，把连续方程中水平散度项的系数z改为（z- z 0 ）,并取250dagpm2 .时间积分方案选择：先采用欧拉-后差格式数值积分1小时，然后采用三步 法起步的时间中央差格式数值积分11小时。3 .边界采用9点空间平滑，积分12h后采用5点平滑对个要素场进行内点空 间滤波。五点平滑公式为：j xy_ S._ 一、Fi,j =Fi,j, 了（用1,j , Fi,j1 , Fi-1,j' Fi,j- 4Fi,j）44 .为了阻尼高频振荡、抑制计算解的增长，在积分 6小时之后的两个连续时 间层应用时间平滑公式对个要素进行时间平滑。5 .应用二次平流守恒格

4、式的正压原始方程模式。3 .实习任务：1）编写两个子程序：五点平滑子程序，地转风初值子程序2）子程序编写完成并保证正确的前提下，做 4个数值试验：只做正平滑和做正逆平滑的对比试验；地转风子程序中不同差分格式的数值试验；是否做边界平滑的数值试验；是否做时间平滑的数值试验。一、/汪忠：在原始方程模式中既包含有缓慢移动的大气长波，又有快速移动的重力惯 性波。因此，这种模式不但可以模拟准地转演变过程， 而且还可以模拟地转适应 过程。虽然此模式比准地转模式能更好的描述实际大气中的物理过程，但是在这种模式的数值积分中也出现了一些新的待解决的问题。原始方程模式中包含有快波解，为保证计算稳定，时间步长必须取得

5、很短， 这就大大增加了计算工作量。因此，选取既能保证计算稳定、又能节省计算机时 的时间积分方案，便成为一个很重要的问题。由于原始方程模式中时间步长必须取得很短，所以非线性计算不稳定的问题就显得尤为突出。 因此， 构造性能良好的空间差分格式也就成为一个很重要的问题。原始方程模式要求给出多个初始条件。除了要给出初始气压场（位势高度场）外，还必须给出初始风场等资料，如果初始风压场不协调，则在积分过程中就会产生虚假的重力惯性波。 这种虚假的重力惯性波会迅速增长， 把天气尺度的波动掩盖掉，使预报遭到破坏。因此，资料的初始化也是一个相当重要的问题。原始方程模式对边界条件也尤为敏感， 要求给出适当的边界条件

6、也很重要。4 . 程序如下1) 地转风：subroutine cgw(ua,va,za,rm,f,d,m,n)dimension ua(m,n),va(m,n),za(m,n),rm(m,n),f(m,n)do i=2,m-1do j=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(i,j)*9.8*(za(i+1,j)-za(i-1,j)/2/d/f(i,j)enddoenddoreturnend2) 5 点平滑：subroutine ssip(a,w,s,m,n,k,l)dimension a(

7、m,n),w(m,n) if(l=1)thendo i=2,m-1do j=2,n-1w(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)/4.0enddo enddodo i=2,m-1 do j=2,n-1a(i,j)=w(i,j)enddoenddo return elsedo i=2,m-1do j=2,n-1w(i,j尸a(iJ)+s*(a(i-1J)+a(i+1J)+a(i,j-1)+a(iJ+1)4a(i,j)/4.0 enddoenddodo i=2,m-1do j=2,n-1 a(i,j)=w(i,j) e

8、nddo enddo do i=2,m-1 do j=2,n-1w(i,j尸a(i,j)+(-s)*(a(i-1,j)+a(i+1,j)+a(i,j-1)+a(i,j+1)4a(i,j)/4.0 enddoenddodo i=2,m-1do j=2,n-1a(i,j)=w(i,j)enddo enddo endif return end五、试验结果（图形）及其分析1、30日预报场分析图1初始场图2预报场2、只做正平滑和做正逆平滑的对比试验:物 中陨 也 iw icer ihh nueimi ike Udi uj uyr iwau£< iSi iu ria iiSiSi iSi

9、tHc iff -niw istt图4预报场：五点正平滑图3预报场：五点正逆平滑3、地转风子程序中不同差分格式的数值试验:图5初始场：后差地转风子程序4UL U im1HH nU 1 也1SSE iJdl 14JCiW必TO*LMW、! I/.*1 r "n¥l.、一' i ' , ZeSw3 17M”产.飞4、三二 一1三;厂 /V-片;HQ:r 士厂_二八 , 一 5Kle-，：-一J-1_4F. r_b =-a.1.F .尸1 T1” 产» - *r - A - "1j,c .事,"f*,j'ff一 i TS噬_

10、V-,：-父 * - +-'/，(二 , , c 城二二” * .，G- 'I H' L "Hf里。.1T- Eu/ 茎,I fl 1 / £ i njl 工 b, J jT, rh：.v 、三二 z一 一 、S、M r 1卜飞U7 (J 1 f = 一一1 了一 一 一 /京 SJt图7预报场：前插地转风子程序图8预报场：后插地转风子程序图9预报场：无边界平滑结果分析：由图一和图二，图三和图四，我们可以清楚的看到：4月29日08时在鄂霍次克海的西岸，有一个大的低压中心，其中心强度达到5250,在贝加尔湖附近有一条大的低压槽；4月30日08时，在预报

11、场上，鄂霍次克海西岸的低压向 东移动，到达鄂霍次克海的上空，中心强度达到5200,比29日加强，贝加尔湖的低压槽向南，向东移动。可能造成一次冷空气的南下过程。我们拿30日的预报场与30日的实况场（书本上）做一下对比，可以看到预报场的低压中心偏北大概偏 5个纬距左右，有较大的偏差，模拟效果很不好； 但是，贝加尔湖附近的低压槽预报场与实况场非常的近似，故而模拟效果较好。而我们需要做对中国的预报，影响系统主要是贝加尔湖地区的低压槽影响， 所以 对整个预报来说，还是有很好的参考价值的。5.小结通过此次实习加强了对Fotran语言编程和GrADSfe图的熟悉以及使用，是以后的工作生活中能够更加熟练的使用它们，同时也加强了对正压原是方程的了解， 以及五点平滑， 与地转风的计算， 加深了对数值天气预报这门课的了解与掌握。此次接触到的正压原始方程模式，算是个