大气环境仿真建模方法研究(精)

第 18卷增刊 2 系

统仿真学报 © V ol. 18 Suppl.2

2006年 8月 Journal of System Simulation Aug., 2006

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大气环境仿真建模方法研究

许丽人,徐幼平,李鲲,成巍,程锐,邓志武

(北京市应用气象研究所 , 北京 100029

摘要:大气环境仿真模型是大气环境仿真试验及大气环境仿真系统建设的基础和前题, 是综合自然环境仿真的重要组成部分。阐述了大气环境仿真模型的三种设计方法, 即理想化模型、统计特征模型和数值模型, 并着重以统计特征模型为例, 提出了统计建模的具体步骤和方法, 最后指出了大气环境仿真模型的关键技术及其发展中应注意的问题。关键词:大气环境仿真;综合自然环境;仿真模型;关键技术

中图分类号:TP391.9 文献标识码 :A 文章编号:1004-731X (2006 S2-0024-04

Research on Modeling Methods of Atmospheric Environment Simulation

XU Li-ren, XU You-ping, LI Kun, CHENG We, CHENG Ru, DENG Zhi-wu

(Beijing Institute of Applied Meteorology, Beijing 100029

Abstract: The atmospheric environment simulation model is basis and proposition for atmospheric environment simulation

experiment and atmospheric environment simulation system, is one of important parts of synthetic natural environment(SNE simulateion. Firstly, three design methods of atmospheric environment simulation model are discussed, such as idealized model , statistical characteristic model and numerical model. Secondly, by taking statistical characteristic model as an example, the process and means of statistical modeling are presented. Finally, the key technologies of atmospheric environment simulation model and attentive questions during the process of developing are pointed out.

Key words: atmospheric environment simulation; synthetic natural

environment(SNE; simulation model; key technologies

引言

综合自然环境 (Synthetic Natural Environment, 简称 SNE 仿真是包括地形、大气、海洋和空间在内的整个自然环境, 其研究对象包括了整个自然环境仿真领域, 目标是为国防和军事领域的建模和仿真应用提供权威、一致的综合自然环境数据和模型。大气环境是 SNE 的重要组成部分,对社会活动、作战过程以及武器装备的性能等具有重要影响。 1995年美国国防部发布了建模与仿真主计划(Modeling and Simulation Master Plan, MSMP[1]。

该计划提出了基本发展战略和设想, 以及要努力实现的 6大目标, 其中第二大目标就是提供自然环境适时而权威的表示。

大气的动态和静态物理特性对武器系统性能及作战效能的影响, 一直是武器系统设计和作战使用所必需考虑的重要问题 [2-3]。利用大气环境仿真手段深入研究大气环境特征及其模型, 对于优化武器系统设计、提高武器系统环境适应性能及其作战能力,都是非常必要的 [4-6]。

大气环境仿真模型是以计算机和各种物理效应设备为技术手段,对实际大气环境要素和各种天气现象进行描述, 建立各主要因素之间的逻辑关系和数学关系, 使其反映实际大气的最本质的机理和物理过程,最大可能地表征真实大

收稿日期:2006-05-12

修回日期:2006-06-10

作者简介:许丽人 (1972-, 女 , 黑龙江人 , 博士 , 高工 , 研究方向为大气环境建模与仿真、边界层气象学等 ; 徐幼平 (1963-, 男 , 江西人 , 研究员 , 研究方向为大气环境建模与仿真、中尺度数值模拟等。

气。大气环境仿真模型是武器装备仿真模型体系的一个有机组成部分, 是开展大气环境对各种高技术武器系统作战影响数值仿真试验的重要技术基础。

1 大气环境仿真对象及模型设计方法

1.1 大气环境仿真对象

由于大气运动包含了各种时间和空间尺度运动,因此其产生的机理和发展过程各不相同。大气环境仿真的对象包括:

1 气温、气压、大气密度、空气湿度和风的时空分布;

2 云、雨、雪和雾的宏微观结构及其时空分布和演变;

3 雷暴、台风和暴雨等危险天气系统生成、移动、发展和消亡的四维演变过程;

4 大气能见度、昏暗度和照明度的场景描述;

5 霾、沙尘和烟尘污染(包括核、生、化武器的再生环境环境定量描述。

1.2 仿真模型设计方法

开展大气环境对实体模型影响的仿真研究, 需要建立描述大气特征的仿真模型。就目前国内外发展现状看, 建立大气环境仿真模型主要有三种方式:一是通过