中小尺度数值模拟

1、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

2、气）进行定量化再现（预测）。三大要素： 初始资料 大气运动控制方程组 方程组的数值求解方法8. 数值模式的的优点有哪些？答：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； 可以克服非线性数学上处理的困难； 可以定量地讨论天气系统； 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； 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：数值计算方法的稳定性，尽量减少误差增长速度 微物理过程参数化方法的不够完善 复杂地形的处理 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

3、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： Phillips 认为混淆误差造成非线性计算不稳定。 另外认为不是充要条件也可能。 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

4、的波相位关系。其差分格式中，有混淆现象，但为位相误差。 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 40 x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

5、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2 Ax，如果因为非线性相互作用产生波长小于2 Ax的分量，贝悯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2 Ax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

6、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：厚度：1-2km （分三层）主要过程是湍流摩擦 （分子摩擦较小 ,可略 ） 边界层内动量、热量和水汽的湍流垂直通量最大 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

7、. 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。&a