數(shù)值天氣預(yù)報(bào)》實(shí)習(xí)指導(dǎo)

1、數(shù)值天氣預(yù)報(bào)實(shí)習(xí)指導(dǎo)i:準(zhǔn)地轉(zhuǎn)正壓模式實(shí)習(xí)說明、實(shí)習(xí)目的通過準(zhǔn)地轉(zhuǎn)正壓模式的實(shí)習(xí)，掌握制作數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的一般方法和主要步驟；同時(shí)提高 數(shù)值計(jì)算、編制程序和實(shí)際上機(jī)操作的能力。二、實(shí)習(xí)內(nèi)容和要求根據(jù)準(zhǔn)地轉(zhuǎn)正壓模式的原理，設(shè)計(jì)一個(gè)準(zhǔn)地轉(zhuǎn)正壓模式，以1973年4月29日08時(shí)東 北、華北地區(qū)500hpa等壓面位勢高度場作為初始場，采用固定的側(cè)邊界條件，應(yīng)用該模式 制作未來24小時(shí)有限區(qū)域500hpa位勢高度場的預(yù)報(bào)，并繪制模式輸出結(jié)果，對數(shù)值預(yù)報(bào)結(jié) 果進(jìn)行分析。三、實(shí)習(xí)資料及說明模式初值：1973年4月29 0 08時(shí)500hpa等壓面位勢高度場（單位：位勢十米）165275225195185185

2、185195205245365475535575575545475465475501555514529525522520519519519520524535546552556556550546545546548135551253853352752352051951952252553554655255554954654454354354711552105475405355265225205225235295365465515505445405365365415459552855354854253552852452452853354054755054954053052752953354575516

3、55855254754253653253353253754354955354853552452352653554855564559556550546541538537539544550556558554537524524532540553356025595565525495455455425465505565605615585485405365405495561564554553554554550548548552556562565565564557550548550555561566554 555 556 557 556 554 555 557 561 566 568 570 568 564

4、 558 556 557 559 564570559 558 560 561 562 560 560 561 564 570 573 574 573 572 566 564 564 566 569574567 565 566 567 567 566 564 566 570 573 572 575 578 576 572 569 569 570 573577573 573 573 573 573 573 572 572 573 573 572 572 579 578 576 576 574 576 577580577 577 577 577 576 575 574 573 574 576 576

5、 576 578 579 580 579 579 579 581584578 578 579 578 578 577 575 574 574 577 578 579 581 582 582 582 582 583 585586582 581 580 580 578 578 577 575 575 578 580 582 583 584 584 585 585 586 587588ji12345678910111213 14 151617 1819 20資料說明：天氣底圖采用蘭勃脫等角圓錐投影圖，地圖投影坐標(biāo)系中x軸與90f經(jīng)線平行, a軸與“軸垂直，建立均勻網(wǎng)格（網(wǎng)格距肚300公里），共有&q

6、uot;x"個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)，其中 朋20,為x方向的格點(diǎn)數(shù)，爐16,為jz方向的格點(diǎn)數(shù)。網(wǎng)格系左下角的格點(diǎn)相對于北極 點(diǎn)的坐標(biāo)為（/m,其中人二一4,山二25。附表一地圖投影放大系數(shù)（無量綱）11.0911. 1021. 1101.1161. 1171. 1161. 1101. 1021.0911.0781.0641.0501.0361.0231.0111.000 . 990 . 9682 . 975 . 97011.0631.0721.0781.0821.0841.0821.0781.0721.0631.0531.0431.0311.0201.0101.000 .991 .983 .95

7、77 . 972 . 96811.0401.0461.0511.0541.0551.0541.0511.0461.0401.0321.0241.0151.006 . 998 .990 .983 . 977 .9472 . 969 . 96611.0201.0251.0291.0311.0321.0311.0291.0251.0201.0141.0081.001 .994 . 988 .982 .977 . 972 .9369 . 967 . 96611.0041.0081.0111.0121.0131.0121.0111.0081.0041.000 . 995 . 990 . 984 . 98

8、0 .975 .972 . 969 .9267 .966 . 9661.991 .994 .996 . 997 . 998 . 997 . 996 .994 . 991 .988 .984 .980 .977 . 973 .970 .968 . 966 .9166 .966 . 9671.981 .983 .984.985.986.985 .984 .983 . 981.979 .976.974.971 .969 . 967 . 966 . 966.9066 .967 .970.974 . 975 . 976.977.977.977.976.975.974.972 .970.969.967 .

9、966.966 .966 .966.9968 .970 . 973.969 .969 .970.970.971.970.970.969.969.968 .967.966.966 .966.966 .967 .969.9871 .974 .978.966 .966 .967.967.967.967.967.966.966.966 . 966.966.966 .967.968 . 970 . 972.9776 .980 . 985.966 .966 .966.966.966.966.966 966.966.966 .967.967.968 .970.972 . 974 . 978.9682 .98

10、7 . 992.968 .967 .967.967.967.967.967.967.968.968 .969.971.972 .974.977 .980 .984.9589 .9951.001.972 .971 .970.970.970.970.970.971.972.973 .974.976.978 .981.984 .988 . 993.94981.0051.012.978 .977 .976.976.975.976.976.977.978.979 .981.983.986 .989.993 . 9981.0031.03091.0161.024.986 .984 .984.983.983.

11、983.984.984.986.987 . 990.992.995 .9991.0041.0091.0141.02211.0291.037.996 .994 . 993.992.992.992.993.994.9969981000100310071.0111.0161.0211.0281.01351.0431.05212345678910 11121314151617ij181920附表二 各網(wǎng)格點(diǎn)的柯氏參數(shù)（?！泵?1）11.3751.3821.3871.3901.3911.3901.3871.3821.3751.3661.3551.3421.3261.3071.2861.2621.2351

12、.26051. 1731.13711.3541.3611.3661.3691. 3701.3691.3661.3611.3541.3451.3331.3191.3031.2841. 2621.2381.2101. 15801. 1471. 11111.3301.3381.3431.3461.3471.3461.3431.3381.3301.3211.3081.2941.2771.2571.2351.2101. 1821. 14521. 1191.08311.3031.3111.3161.3191.3211.3191.3161.3111.3031.2931.2801.2661.2481.2281

13、.2051. 1801. 1521. 13211.0881.05211.2721.2801.2861.2901.2911.2901.2861.2801.2721.2621.2491.2341.2161. 1961. 1731. 1471. 1191.02881.0541.01811.2391.2471.2531.2561.2571.2561.2531.2471.2391.2281.2151. 1991. 1811. 1611. 1371. 1111.0831.01521.018 .98311.2021.2101.2161.2201.2211.2201.2161.2101.2021. 1911.

14、 1781. 1621. 1431. 1231.0991.0731.0451.0014 . 980 .9441. 1621. 1701. 1761. 1801. 1811. 1801. 1761. 1701.1621. 1511. 1371. 1211. 1031.0821.0581.0321.004 .9973 . 939 . 9041. 1191. 1271. 1341.1371. 1391. 1371. 1341. 1271.1191. 1081.0941.0781.0591.0381.015 .989 . 960 .9830 . 897 . 8611.0731.0821.0881.09

15、21.0931.0921.0881.0821.0731.0621.0481.0321.014 . 992 .969 .943 . 915 .8784 .852 .8171.0251.0331.0401.0431.0451.0431.0401.0331.0251.0141.000 . 984 . 965 .944 .921 .895 .867 .8637 .805 .771.974 .983 .989 . 992 .994 . 992 .989 .983 . 974 .963 .949 .933 .915 . 894 .871 .846 .818 . 7588 . 757 .723.921 .9

16、30 .936 . 939 .941 .939 . 936 .930 . 921 .910 .897 .881 .863 . 842 .819 .794 . 767 . 7438 . 707 .674.866 .875 .881 .884 .886 .884 .881 .875 . 866 .855 . 842 .826 .809 . 788 .766 .741 .715 .6386 .656 . 624.810 .818 .824 .828 .829 .828 .824 .818 . 810 . 799 .786 .771 .753 . 733 .711 .687 .661 .6233 .

17、604 .572.752 .760 .766 . 770 . 771 . 770 . 766 . 760 . 752 . 741 .729 .714 .697 . 677 .656 .632 . 607 .5180 . 551 . 5201234567891011121314151617ij181920四、準(zhǔn)地轉(zhuǎn)正壓模式的設(shè)計(jì)1、準(zhǔn)地轉(zhuǎn)正壓模式主要原理等+%+/）寸魯=0 準(zhǔn)地轉(zhuǎn)正壓模式的岀發(fā)點(diǎn)是準(zhǔn)地轉(zhuǎn)渦度方程，即：刀即其中： s為相對渦度，匕 為旋轉(zhuǎn)風(fēng)，/為常值科氏參數(shù)，0為流函數(shù)。蘭+ 卩 v（+/） = 0 將準(zhǔn)地轉(zhuǎn)渦度方程應(yīng)用到無輻散層上，則方程簡化為：&" 八采用準(zhǔn)

18、地轉(zhuǎn)近似的散度方程：= g ,其中二駝為重力位勢，n為位勢高度。則可以將旋轉(zhuǎn)風(fēng)（無輻散風(fēng)）和相對渦度分別表示為:x v（i）« vg將渦度方程中的旋轉(zhuǎn)風(fēng)和相對渦度：分別用以上計(jì)算的地轉(zhuǎn)風(fēng)人和地轉(zhuǎn)風(fēng)渦度了尺來代替，即:最終，可以得到準(zhǔn)地轉(zhuǎn)正壓渦度方程（預(yù)報(bào)方程）： '勿丿，由于方程只含有一個(gè)變量，即位勢高度n,因此我們可以利用它來作無輻散層（通常取 為500hpa）上位勢高度場的預(yù)報(bào)。2、準(zhǔn)地轉(zhuǎn)正壓模式的具體計(jì)算步驟（1）輸入500hpa初始位勢高度場3 ；kl（2）計(jì)算地圖投影放大系數(shù)叫丿和柯氏參數(shù)幾兒j2/k _ j2/k f =20 - 7 l2,k其中，地球半徑滬637

19、1公里，圓錐常數(shù)住0.7156, /f11423.37公里，為蘭勃脫 投影影相平面上赤道到北極點(diǎn)的距離，/為網(wǎng)格點(diǎn)到北極點(diǎn)的距離；地球自轉(zhuǎn)角速 度。二7. 292 x 10-5 秒=（3）計(jì)算絕對渦度幾9.8/n,2九=d2fc sj十fi,j ,其中c zi,j = zi+,j + zi-j + ©j+l + zi,j-00公里為網(wǎng)格距，常值柯氏參數(shù)f =10 4秒t。（4）計(jì)算絕對渦度平流妤丿：乙心,九，其中j：+（a,b）= jr（a+u - aj）（dj+ - b,j為雅可比算子采用的有限差分形形式。（5）采用超張弛迭代法求解正壓渦度方程：=ffj； “j z=0；計(jì)算位勢高

20、度傾向"j (力=及/刀)，才廠)=我)+印瀘超張弛迭代法計(jì)算公式為：x7+1)= & + a + 測 + 卻-4 網(wǎng)一弘其中，q為張弛因子，其取值范圍一般是1.21.8；力力迭代初值取為零。迭代的終止判據(jù)為:m>1)_|max <,取迭代精度10-5位勢米/秒。丿7°(6) 時(shí)間積分，當(dāng)時(shí)，即初始時(shí)刻，前差格式：一十力門少，當(dāng)f =泌心=1,2,n-1)時(shí)，中央差格式：z-j = z"j + %-jt(7) 將積分得到的預(yù)報(bào)值作為新的初值，重復(fù)以上(3) (6)步，直至積分結(jié)束。3、模式計(jì)算框圖結(jié)束（說明：空間步長=300km二300000m

21、；時(shí)間步長=1小時(shí)= 3600秒）模式計(jì)算框圖五、附圖70n65n-6on-55n5on-45/4on-35n90e95e100e105e110e115e120e125e130e135e140e145e 15oe 155e1973年4月29日08時(shí)500hpa等壓面位勢高度場模式初值50n457 40n-35n9de95e100e105110e115e 120125e130e135e140e145e150e155e準(zhǔn)地轉(zhuǎn)正壓模式24小時(shí)預(yù)報(bào)輸出場70n65n60n-55n-50n457 40n-35n9de 9se 100e105110e115e120125e130e135e hoe 145e

22、150e155e模式預(yù)報(bào)結(jié)果分析：初值場-一虛線；預(yù)報(bào)場一實(shí)線。ii:正壓原始方程模式實(shí)習(xí)說明一、實(shí)習(xí)目的通過正壓原始方程模式的實(shí)習(xí)，加深理解該章所學(xué)的基本內(nèi)容；掌握制作數(shù)值天氣預(yù) 報(bào)的一般方法和主要步聚；并在數(shù)值計(jì)算、編制程序和上機(jī)操作等方面得到進(jìn)一步訓(xùn)練。二、實(shí)習(xí)要求以1973年4月29日08時(shí)（北京時(shí)）我國東北、華北地區(qū)500百帕等壓面位勢高度場作為初始場、采用地轉(zhuǎn)風(fēng)初值、固定的水平側(cè)邊界條件和二次守恒平流格式，應(yīng)用正壓原始 方程模式制作未來24小時(shí)有限區(qū)域500百帕位勢高度場和風(fēng)場的預(yù)報(bào)，并寫一份實(shí)習(xí)報(bào)告。三、實(shí)習(xí)資科1973年4月29日08時(shí)（北京時(shí)）有限區(qū)域500百帕等壓面高度資料。（同準(zhǔn)地轉(zhuǎn)正壓模式 實(shí)習(xí)）1 模式的預(yù)報(bào)方程根據(jù)地圖投影坐標(biāo)系中的正壓原始方程組：cila ="du &八 八及+ 一 m及及空間差分格式采用二次守恒平流格式，則可得到的有限差分近似表達(dá)式:別j=m a lj別j=mij(x x , yu u x +u uy、+ gz： +ej%j=ej,jx yuxvx +uyvy + gzy=