中小尺度数值模拟

中小尺度数值模拟复习题：（红色表示还没有找到答案的）

1.简述数值模式和模拟的科学基础。

答：

2.Richardson数值预报试验失败的主要原因是什么？

答：

3.Charney数值预报试验成功的原因何在？

4.现代数值模式、数值模拟发展的主要的主要方面有哪些？

5.数值模式的不确定性主要表现在那些方面？如何减少模拟的不确定性？

6.简述中尺度天气系统的主要特征。

答：（1）水平尺度小、生命期短（2）气象要素梯度大，天气强烈（3）非地转平衡和非静力平衡

7.什么是数值模拟？数值模拟的要素是什么？

答：是利用超大型计算机，应用地球流体动力方程和有关物理法则，对全球或区域的历史天气（未来天气）进行定量化再现（预测）。

三大要素：

②初始资料

②大气运动控制方程组

③方程组的数值求解方法

8.数值模式的的优点有哪些？

答：①可以同时处理大气运动中的动力过程、热力过程、初始条件及边界条件等等；

②可以克服非线性数学上处理的困难；

③可以定量地讨论天气系统；

④可以通过改变某种条件来讨论各种动力、热力过程在天气系统发展中的重要性；

⑤可以计算出不能观测到（如涡度与散度）或暂时无法观测的物理量等。

9.发展中小尺度数值模式的难点有哪些？

答：①数值计算方法的稳定性，尽量减少误差增长速度

②微物理过程参数化方法的不够完善

③复杂地形的处理

④观测资料的缺乏

10.简述地形跟随坐标。

11.数值模式的控制方程组与一般意义下的控制方程组有何不同？

12.什么是次网格过程？为什么会存在次网格过程？

答：用格点值不能直接描述的过程。

13.气象上常用的地图投影有哪些？在数值模拟过程中如何确定使用何种地图投影?

答：

14.简述数值求解的主要方法及其适用范围。

15.什么是差分方程的一致性、收敛性和线性稳定性？

16.什么是差分方程的非线性计算不稳定？产生的原因是什么？

答：非线性计算不稳定主要表现为短波能量的虚假增长。

产生的原因：

① Phillips认为混淆误差造成非线性计算不稳定。

②另外认为不是充要条件也可能。

③ Arakawa认为混淆误差不一定引起动能产生。振幅是否增长取决于被错误产生的波（S）和原已存在的波的波相位关系。其差分格式中，有混淆现象，但为位相误差。

④曾庆存（1978）提出可分辨波之间能量的相互转换（非线性）误差可引起计算紊乱和不稳定。

I. 差分方程中不同尺度的波之间能量转换均比微分方程准确解小。

II. 估计长波向短波能量转换，有利于短波能量增长，则小尺度扰动随时间发展

III. 克服非线性计算不稳定的办法

17.如何消除差分方程的非线性不稳定？

答：1. 空间、时间平滑，滤去短波分量，(platzman)滤去波长< 40x的波可消去alias 解。

2. 加水平扩散项r∇2A，A物理量，r为扩散系数，可根据作用大小选择。

3. 构造具有隐式平滑式某种选择性衰减作用的差分格式。以上方法优点：实用有效。缺点：克服短波同时，也会削弱长波，影响预报效果。

4. 构造差分格式：尽量保持连续系统的一些积分约束的差分格式。能量守恒差分格式得总能量约束。涡度拟能守恒差分格式得能谱约束，抑制能量向短波转移。

18.差分方法对方的方程的解有何影响？

19.何谓混淆误差？产生的原因是什么？

答：当用有限网格法表示函数值时，其描述的最短波长为2Δx，如果因为非线性相互作用产生波长小于2Δx的分量，则网格系统不能正确分辨而把它错误的表示成某一种波长大于2Δx的波，造成系统的误差，这样造成的误差称为混淆误差。

产生原因：由于有限网格不能正确分解短波而造成混淆误差

20.为何能量只会在短波上发生虚假的自反馈？

21.数值模拟中模拟区域和格距大小的设置要求有哪些

22.何为交错网格？为什么垂直方向要采用拉伸网格？

23.为什么观测资料不能直接作为模式的初始场而需要进行初始化处理？

答：观测资料或分析资料的误差会破坏风场

和气压场之间的不平衡。初始资料和模式之间可能不协调，如果

不进行初始化处理，在模式积分的一段容易出现虚假的高频波。

24.大气边界层的主要作用有哪些？

答：①厚度:1-2km （分三层）

②主要过程是湍流摩擦(分子摩擦较小,可略)

③边界层内动量、热量和水汽的湍流垂直通量最大

④是大气重要的动量汇，热量和水汽的源因此，大气通过边界层的湍流输送而和下垫面发生热力和动力作用

25.简述湍流和对流的区别。

答：湍流----发生在边界层，耗散动量、输送热量和水汽

对流----发生在对流层，对流凝结释放潜热加热大气，输送热量和水汽到中高层，也具有耗散作用

26.什么是积云参数化？

答：积云参数化方案（CPSs）通常要求在网格尺度未饱和时产生能垂直输送热量、水汽和其他物理量的次网格尺度隐式云。闭合假设需要确定隐式云和网格尺度变量之间的关系。

27.数值模拟中，双向嵌套和单向嵌套有何区别？

答：对双向，可多重嵌套或移动嵌套；对单向，只由粗网格模式作用于细网格模式。

28.使用WRF模式进行数值模拟的具体步骤是怎么样的？

29.WRF模式中每个进行步骤的作用是什么？

30.WRF模式中如何设置水平网格和垂直分层？

31.根据给定的图示和模拟时间，在namelist.wps中设定所模拟的区域。

模拟时间为2010年3月12日00时00分00秒至2010年3月13日00时00分00秒。所用资料为间隔6小时的全球再分析资料。

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