数值天气预报实习报告.doc

南京信息工程大学 实验（实习）报告实验（实习）名称 正压原始方程数值预报模式实习 日期 2011.5.27 得分 指导老师 施春华,邵海燕,段明铿 系 大气科学 专业 大气科学（气候资源方向）年级 08 班次 2 姓名 顾飞 学号 20081349054 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。3、实习资料说明本文档位于“practice”目录下，本目录下有三个文件夹：l “Input”文件夹内是初始场，文件名分别为“za.dat”、“ua.dat”和“va.dat”，分别为初始的位势高度场和风场的u、v分量。l “Model”文件夹内是正压原始方程模式的源程序mbpm1.f90，其中删去了计算地转风的子程序，也删去了五点平滑的子程序。本实习的任务就是将这两个子程序补充完整，具体的公式可参见本文档第7部分。“Output”文件夹为正压原始方程模式的输入结果，包括输出的地转参数、地图放大系数、静力初始化得到的风场、24h预报的位势高度场和风场。其中位势高度场和风场具有文本文件和二进制文件两种。前者便于查看结果，后者便于绘图。模式顺利运行后产生的文件都会放在这个目录下二、模式的性能介绍正压原始方程模式描述的大气，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、原始方程模式中包含快波解，为保证计算稳定性，时间步长必须取得很短，而使得计算量过大；2、当时间步长取得很短时，非线性计算不稳定的问题尤为突出；3、原始方程模式中包含多种波动解，对资料的初始化要求较高；4、对边界条件很敏感，要求给出适当的边界条件。三、模式的基本假定、基本方程、技术方法、计算流程等的介绍1、模式的基本假定：（1）、大气为正压状态：水平风速不随气压变化；（2）、大气为均匀不可压缩的流体：密度为一常数；（3）、大气处于静力平衡：水平气压梯度不随高度变化；（4）、大气上界为自由面：有水平辐合辐散；在自由面上， ；在地表面上， ；（5）、不考虑摩擦及非绝热作用。2、模式的基本方程：地图投影坐标系下的正压原始方程如下：空间差分格式采用二次守恒平流格式，则上式的有限差分形式为：从而，得到正压原始方程模式的预报方程。五点平滑处理：地转风初值处理：3、计算流程：四、给出计算地转风以及五点平滑的子程序 1、五点平滑的子程序：subroutine ssip(a,w,s,m,n,l)integer m,n,linteger p,q,i,jreal sdimension a(m,n),w(m,n)p=m-1q=n-1do i=2,pdo j=2,qw(i,j)=a(i,j)+s*(a(i+1,j)+a(i,j+1)+a(i-1,j)+a(i,j-1)-4.0*a(i,j)/4.0end doend dodo i=2,pdo j=2,q a(i ,j)=w(i ,j)end doend doif (l/=1)thendo i=2,pdo j=2,qw(i,j)=a(i,j)+(-s)*(a(i+1,j)+a(i,j+1)+a(i-1,j)+a(i,j-1)-4.0*a(i,j)/4.0end doend dodo i=2,pdo j=2,q a(i,j)=w(i,j) end doend do endifend subroutine ssip2、 地转风初值的子程序：subroutine cgw(ua,va,za,rm,f,d,m,n)implicit noneinteger m,n,p,q,i,jreal ua(m,n),va(m,n),za(m,n),rm(m,n),f(m,n),dp=m-1q=n-1do i=1,mua(i,1)=-rm(i,1)*9.8*(za(i,2)-za(i,1)/(f(i,1)*d) ua(i,n)=-rm(i,n)*9.8*(za(i,n)-za(i,n-1)/(f(i,n)*d)do j=2,qua(i,j)=-rm(i,j)*9.8*(za(i,j+1)-za(i,j-1)/(2.0*f(i,j)*d)end doend dodo j=1,nva(1,j)=rm(1,j)*9.8*(za(2,j)-za(1,j)/(f(1,j)*d)va(m,j)=rm(m,j)*9.8*(za(m,j)-za(m-1,j)/(f(m,j)*d)do i=2,p va(i,j)=rm(i,j)*9.8*(za(i+1,j)-za(i-1,j)/(2.0*f(i,j)*d) end doend doend subroutine cgw五试验结果及其分析1、初始位势高度场图initialh.gmf：2、预报位势高度场图predicth.gmf：3、 预报场与初始场的差值diffh.gmf:六、小结与讨论通过此次实习加强了对Fotran语言编程和GrADS绘图的熟悉以及使用，是以后的工作生活中能够更加熟练的使用它们，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