GRAPES模式中半拉格朗日平流计算方案的改进试验研究

发布时间：2023-06-01 03:58

　　平流过程是大气运动的基本过程。模式中平流计算的好坏直接关系着模式的预报效果。目前我国Global/Regional Assimilation PrEdiction System (GRAPES)模式采用传统的三次拉格朗日插值的半拉格朗日平流方案(简称“SL_CL”方案)来处理平流问题。尽管SL_CL方案与半隐式时间差分方法相结合可以使模式采用较长的积分时间步长，减少模式预报计算时间，但是其本身在保形性和计算精度方面仍然存在不足。本文在相关研究的基础上，提出了一种改进的半拉格朗日平流方案，以方案的保形性和计算精度为研究重点，期望提高GRAPES模式中半拉格朗日平流方案的计算效果。 本文首先对Reich(2007)提出的一种半拉格朗日平流方案(简称“R2007”方案)进行分析，发现在非均匀网格条件下，R2007方案中的拉格朗日质点与欧拉格点之间在进行映射计算时，若考虑网格面积因子，会对最终的插值计算带来负面影响。在此基础上，本文对R2007方案作进一步测试和改进，提出了一种改进的保形高精度半拉格朗日平流方案(简称“Re_R2007...

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【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 引言
    1.1 论文研究的对象
    1.2 论文研究的主要内容
        1.2.1 研究理论背景及创新性
        1.2.2 研究目的及必要性
    1.3 论文结构安排
第二章 三次拉格朗日插值的半拉格朗日平流方案
    2.1 半拉格朗日方法
    2.2 拉格朗日轨迹的计算
    2.3 三次拉格朗日插值
    2.4 本章小结
第三章 改进的保形高精度半拉格朗日平流方案
    3.1 R2007 半拉格朗日平流方案
        3.1.1 插值函数的选取
        3.1.2 映射质点网格( Remapped Particle Mesh )方法
        3.1.3 拟插值方法
        3.1.4 R2007 方案的求解步骤
    3.2 改进的保形高精度平流方案
        3.2.1 针对 R2007 方案的测试
        3.2.2 改进的保形高精度半拉格朗日平流方案的求解步骤
    3.3 本章小结
第四章 理想试验及结果分析
    4.1 平面均匀网格下的理想试验
        4.1.1 一维正弦波试验
        4.1.2 二维 Cosine Bell 试验
    4.2 球面非均匀网格下的二维刚体平流试验
    4.3 球面非均匀网格下的三维刚体平流试验
    4.4 本章小结
第五章 改进的保形高精度半拉格朗日平流方案在 GRAPES 全球模式中的初步实现
    5.1 GRAPES 全球模式中平流过程的处理方法
        5.1.1 模式中大气运动方程的线性化处理
        5.1.2 半隐式 - 半拉格朗日时间差分方案
        5.1.3 模式中相关子程序的调用
    5.2 基于改进的保形高精度半拉格朗日平流方案的模式程序修改
    5.3 改进的保形高精度半拉格朗日平流方案基于 GRAPES 全球模式的理想试验
        5.3.1 平衡流试验
        5.3.2 越极地气流试验
        5.3.3 Rossby
Haurtiz 试验
    5.4 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 理想试验初步结论
    6.2 目前存在的问题及展望
参考文献
致谢
个人简介



本文编号：3826608