数值天气预报实习报告
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数值天气预报实习报告
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一、实习目的与要求
1、实习目的
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。
2、实习要求
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。
二、模式的性能介绍
正压原始方程模式既有缓慢移动的大气长波,又包含了快速移动的重力惯性波,因此,模式可以模拟出准地转演变和地转适应过程,比准地转模式能够更近似地描述实际大气中的物理过程。
但存在如下问题:
1、由于模式中包含快波,为保证计算的稳定,时间步长必须取得很短,从而使得计算量过大;
2、非线性不稳定问题突出;
3、对资料的初始化要求很高;
4、对边界条件很敏感。
三、模式的基本假定、基本方程、技术方法、计算流程等的介绍
3.1 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
3.2 基本方程
a.模式的预报方程组
运动方程:
静力学方程:
连续方程:
b.的地转风计算公式:
c.五点平滑公式:
3.3技术方法
1.为了减小模式中重力惯性外波的波速,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- z0),并取250dagpm。
2.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。
3.4 计算流程
四、计算地转风以及五点平滑的子程序
4.1 五点平滑子程序
subroutine ssip(a,w,s,m,n,k,l)
dimension a(m,n),w(m,n)
real i,j
if(l==1)then
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))/4.0
a(i,j)=w(i,j)
enddo
enddo
else
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))/4.0
a(i,j)=w(i,j)
enddo
enddo
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))/4.0 a(i,j)=w(i,j)
enddo
enddo
endif
return
End
4.2 计算地转风子程序
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-1
do 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
enddo
return
5、结果及其分析
5.1模式运行结果
初始资料:1973年4月29日08时(北京时)我国东北、华北地区500hPa 等压面势高度场及地转风场(图1、2)
图1.初始风场
图2.初始位势高度场
预报的30日08时500hpa高度的风场(图3、4)和位势高度场(图5、6):
图3.无静力初始化的预报风场
图4.有静力初始化的预报风场
图5无静力初始化的预报位势高度场
图6有静力初始化的预报位势高度场
5.2 个例分析
由初始风场和位势高度场(图1和图2)所示,在1973年4月29日08时(北京时)在鄂霍次克海的西岸有一个低压中心,低压强度有5250,在贝加尔湖的西侧有一个低压槽区(如图2所示)。
又根据预报的风场和位势高度场(图3、图4、图5和图6),能看出在未来的24小时内,低压中心主要向东移动,稍向南移(如图5、图6中箭头所示,圆点表示29 日低压中心大致所在的位置),30日08时到达鄂霍次克海上空,向东移速约为3~4经距/天。强度由29号的5250加强为5200。29日08时位于贝加尔湖西侧的大槽向东移动,在30日08时已经移动到了贝加尔湖的东侧(如图5和图6)。
总的来说,本次系统主要向东移动,稍向南移。位于贝加尔湖附近的低压槽向东移动的过程中,槽前的冷气流向南输送水汽,带来降温大风等天气,如果与暖湿气流相遇还可能带来降水。可以根据它的移速判断何时影响我国。
6、小结与讨论
在此次实习中,我了解了正压原始方程的预报模式的运行方法和优点缺点。也加强了对Fotran语言编程和GrADS绘图的熟悉以及使用。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,算是个比较简单的模式,由于在500hPa高度上,大气是正压的,准地转,准静力平衡的,所以大气环流的形势比较简单、稳定,所得结果基本与现实差距不大。但是大气并没有假设的那样简单,大气是斜压的,复杂的系统。在如今,模式正在发展中,依然无法完全描述当前的大气变化趋势,大气内部仍然有很多机制对我们而言是未知的。这需要我们对大气继续探索,并发展模式。