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用有限区域风速场准确求解流函数和速度势场的方法 被引量：9
1
作者 朱宗申 朱国富 张林 《大气科学》 CSCD 北大核心 2009年第4期811-824,共14页
流函数和速度势是气象业务和研究中常用于表述风速的一组变量。用有限区域风速场,使用有限差分方法求解得到的流函数和速度势场重建初始风速场,由于受区域边界的限制往往有明显的偏差。虽然有许多求解方法的研究,但是,至今仍尚未见到一... 流函数和速度势是气象业务和研究中常用于表述风速的一组变量。用有限区域风速场,使用有限差分方法求解得到的流函数和速度势场重建初始风速场,由于受区域边界的限制往往有明显的偏差。虽然有许多求解方法的研究,但是,至今仍尚未见到一种真正准确的求解计算方案。首先,介绍用Arakawa A网格和D网格分布的有限区域风速场求解流函数和速度势场的一般有限差分计算方法,探讨用它们的解重建风速场产生误差的原因。然后,针对这些原因,对给定的有限区域,通过线性外推初始风速场,扩展求解计算区域,使用协调、一致的有限差分格式方案,准确计算求解区域的边界有旋风速、散度风速和速度势的定解边界条件,以及恰当选择流函数、速度势、涡度和散度等变量的分布网格,设计了用上述两种网格分布的风速场准确求解流函数、速度势场的方案,并对其正确性加以证明,它们可以推广应用于其他Arakawa网格。用实际资料试验同样显示,方案避免了重建风速场误差的出现,与初始风速场相比,全场风速最大偏差精度达到10-12m/s或以上,在计算机精度造成的计算误差影响范围内。本文的研究很好解决了长期以来用有限区域风速场、使用有限差分方法无法准确求解流函数和速度势场的问题。 展开更多
关键词 有限区城 准确求解流函数和速度势 误差分析 Arakawa网格方案 有限差分方法
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有限区域求解流函数和速度势的迭代调整方法及其收敛性分析 被引量：7
2
作者 黎爱兵 张立凤 +1 位作者 臧增亮 张云 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2012年第6期651-662,共12页
全球区域求解流函数和速度势的解是唯一的,但有限区域内,由于受区域边界条件限制,流函数和速度势的计算以及风场的分解不是唯一的,减小或消除边界不确定对结果的影响是有限区域求解流函数和速度势以及分解风场最重要的问题.该文在Endlic... 全球区域求解流函数和速度势的解是唯一的,但有限区域内,由于受区域边界条件限制,流函数和速度势的计算以及风场的分解不是唯一的,减小或消除边界不确定对结果的影响是有限区域求解流函数和速度势以及分解风场最重要的问题.该文在Endlich迭代调整思想上,提出了能准确求解有限区域流函数和速度势且对边界条件要求较低的迭代调整方法.该方法也能准确地分解和重建风场,且风场重建的误差非常小.对该迭代方法的收敛性进行分析,发现其收敛性与不同方向网格的格距和调整系数有关.最后将该方法应用到Arakawa A-D网格和不规则区域,验证了该方法的可靠性. 展开更多
关键词 有限区域 流函数和速度势 迭代调整 收敛性
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有限区域风速场求解流函数和速度势场的有效方案 被引量：9
3
作者 朱宗申 朱国富 《应用气象学报》 CSCD 北大核心 2008年第1期10-18,共9页
流函数和速度势是表示风场的一种变量,在数值天气预报模式和分析、同化方案中经常使用,通常可以用风速分量场求解Poisson方程得到。对于有限区域系统,往往采用差分方法,但由于存在边界问题,用计算所得到的流函数和速度势场重建风速场,... 流函数和速度势是表示风场的一种变量,在数值天气预报模式和分析、同化方案中经常使用,通常可以用风速分量场求解Poisson方程得到。对于有限区域系统,往往采用差分方法,但由于存在边界问题,用计算所得到的流函数和速度势场重建风速场,在边界附近经常出现明显的偏差。基于差分方法、利用有限区域风速场求解流函数和速度势场的基本方法和特点的分析,在Arakawa A网格分布的有限区域,设计了一种用差分方法求解流函数和速度势场的有效方案。在该有效方案中,通过将有限区域向外扩展二圈,风速场线性外推,改进计算边界风速值和边界定解条件的效果;尽可能使用协调、一致的差分格式,提高求解精度;最后利用一种增量订正迭代方法,迭代2～3次就可以获得令人满意的结果。实例试验的对比、检验显示,用该方案计算求得的流函数和速度势场重建风速场,具有非常高的精度。 展开更多
关键词 有限区域 流函数和速度势 差分计算方案 风场分离和重建 增量订正迭代方法
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近70年有限区域流函数速度势算法研究的回顾和新进展 被引量：1
4
作者 曹洁 陈海山 XU Qin 《大气科学》 CSCD 北大核心 2023年第2期502-516,共15页
流函数和速度势能很好反映流体的涡度和散度特征,一直广泛应用于全球和区域大气和海洋环流分析、污染物扩散和资料同化等研究领域。近年发现,有限区域流函数速度势常用算法计算中小尺度系统复杂流场和复杂下垫面驱动的边界层流场时,精... 流函数和速度势能很好反映流体的涡度和散度特征,一直广泛应用于全球和区域大气和海洋环流分析、污染物扩散和资料同化等研究领域。近年发现,有限区域流函数速度势常用算法计算中小尺度系统复杂流场和复杂下垫面驱动的边界层流场时,精度显著下降。本文全面回顾上世纪五十年代以来的五类常用算法,从数学原理和物理意义两方面简述优缺点,总结其适用范围;指出常用的调和—余弦法在可解性条件方面的科学问题,并设计订正方案,以提高其在求解复杂流场问题中的适用性和计算精度;通过理想函数和实际天气过程复杂流场的多组数值试验,直观定量显示并归纳总结适于不同分辨率资料的算法。本文旨在为流函数速度势及其相关变量在极端天气气候事件机理分析和数值预报等领域的有效应用,提供科学依据。 展开更多
关键词 流函数 速度势 有限区域 可解性条件 极端天气气候事件
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根据大气运动流函数/速度势定义的北方涛动指数及其应用
5
作者 项宝强 于卫东 曲平 《海洋科学进展》 CAS CSCD 北大核心 2005年第3期265-271,共7页
将水平风速分解为无辐散(有旋)分量和辐散(无旋)分量,然后将北太平洋高压(NPH)中心处一点(35°N,130°W)和西太平洋低压处Darwin站(10°S,130°E)之间的流函数距平/速度势距平之差定义为北方涛动指数(NOI),分析了该指... 将水平风速分解为无辐散(有旋)分量和辐散(无旋)分量,然后将北太平洋高压(NPH)中心处一点(35°N,130°W)和西太平洋低压处Darwin站(10°S,130°E)之间的流函数距平/速度势距平之差定义为北方涛动指数(NOI),分析了该指数与其他一些传统指数的相关性和差异,并讨论了该指数在气候过程分析中的若干应用。 展开更多
关键词 流函数 速度势 北方涛动指数 气候变异
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快速多极子边界元法在三维势流问题中应用 被引量：1
6
作者 宁德志 滕斌 勾莹 《大连理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第2期243-247,共5页
以Rankin源为基本解,采用快速多极子方法加速后边界元法求解由格林第二公式导出的三维势流边界积分方程,进而计算其势场的分布.无限区域中水流绕射算例的数值计算证明,多极子边界元法能给出满意的结果,与传统边界元方法在运算速度和内... 以Rankin源为基本解,采用快速多极子方法加速后边界元法求解由格林第二公式导出的三维势流边界积分方程,进而计算其势场的分布.无限区域中水流绕射算例的数值计算证明,多极子边界元法能给出满意的结果,与传统边界元方法在运算速度和内存消耗上相比具有明显的优势,表明其适合于在现有的计算条件下求解大尺度多未知量势流问题. 展开更多
关键词 快速多极子 边界元法 势流问题 应用 边界积分方程 边界元方法 三维势流 数值计算 无限区域 运算速度 计算条件 基本解 未知量 大尺度 求解 算例 绕射 势场
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渤、黄海冬、夏季节风生流场年际变化时空模态与环流变异 被引量：9
7
作者 石强 《应用海洋学学报》 CSCD 北大核心 2019年第1期93-108,共16页
根据1975—2017年冬、夏季节渤、黄海沿岸25个气象站风观测资料,采用二维非线性垂直平均风生流模式、旋转经验正交函数(REOF)等方法,研究了渤、黄海冬、夏季节平均风生流速度势与流函数场年际变化时空模态与环流变异.由于冬、夏季节渤... 根据1975—2017年冬、夏季节渤、黄海沿岸25个气象站风观测资料,采用二维非线性垂直平均风生流模式、旋转经验正交函数(REOF)等方法,研究了渤、黄海冬、夏季节平均风生流速度势与流函数场年际变化时空模态与环流变异.由于冬、夏季节渤、黄海风应力场强度年际变化显著线性减弱趋势,冬季渤、黄海平均速度势与流函数强度年际变化线性减弱速率大于夏季,黄海冬、夏季平均速度势与流函数强度年际变化线性减弱速率大于渤海.渤、黄海冬、夏季节平均风生流速度势与流函数场年际变化主要有两种时空模态,冬季渤海垂直环流显著线性减弱以及水平环流准平衡态年际变化是主要分量,冬季黄海垂直与水平环流准平衡态年际变化是主要分量.夏季渤海垂直环流显著线性减弱以及水平环流准平衡态年际变化是主要分量,夏季黄海大部分海域垂直环流显著线性减弱与局部垂直环流显著线性增强年际变化是主要分量,夏季黄海水平环流形态此消彼长显著线性增强及减弱年际变化是主要分量.冬季黄海暖流暖水向南黄海西侧以及向渤海中部输送过程是在3～4个环流之间传递形成,并非由单一环流输送形成.冬季渤海中部辐散下沉反气旋环流与黄海中部至渤海海峡的气旋环流、黄海东部辐散下沉反气旋环流是冬季黄海暖流强度与范围的控制环流,夏季渤海中部辐散下沉反气旋环流与黄海中部辐合上升气旋型环流是夏季渤、黄海冷水团强度与范围的控制环流,冬、夏季节渤、黄海控制环流年际变化形态的变换形成冬季黄海暖流与夏季渤、黄海冷水团暖年或冷年的年际变化. 展开更多
关键词 海洋水文学 风生流场 速度势 流函数 时空模态 REOF分析 渤海 黄海
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渤、黄海风生流场季节循环时空模态与变异 被引量：6
8
作者 石强 《应用海洋学学报》 CSCD 北大核心 2018年第4期480-495,共16页
根据1978—2015年渤、黄海沿岸观测风应力场与二维非线性垂直平均风生流模式,以及旋转经验正交函数(REOF)、调和分析等方法,研究了渤、黄海月平均风生流速度势、流函数场季节循环时空模态与年际变异.渤、黄海月平均风生流速度势、流函... 根据1978—2015年渤、黄海沿岸观测风应力场与二维非线性垂直平均风生流模式,以及旋转经验正交函数(REOF)、调和分析等方法,研究了渤、黄海月平均风生流速度势、流函数场季节循环时空模态与年际变异.渤、黄海月平均风生流速度势、流函数场主要有两种时空模态,季节周期分量是时空模态的主要分量.由于风应力场季节循环变异,渤海流函数场季节时空循环变异程度大于速度势场,速度势、流函数场第二模态是季节变异的主要分量,黄海速度势场季节时空循环变异程度大于流函数场,速度势场第二模态是季节变异的主要分量.由于月平均风应力场强度年际变化显著线性减弱,渤、黄海季节平均风生流场强度年际变化也显著减弱.渤、黄海暖流与冷水团季节生消是风生流水平环流与垂直对流对冷-暖水体输送与汇集共同作用的结果,渤、黄海春、夏季辐合上升环流延缓及减弱了浅层暖水向深层传播,是春、夏季冷水团与温跃层形成的重要动力因素,因此,速度势是研究渤、黄海风生流场十分重要的因素.冬季渤海中部、黄海东部反气旋型及辐散下沉环流与黄海中部气旋型环流、辐合上升环流是黄海暖流季节转换与强度的主要动力控制因素,夏季黄海东部气旋型环流、辐合上升环流与黄海中部反气旋型环流、辐散下沉环流是黄海冷水团季节转换与强度的主要动力控制因素. 展开更多
关键词 海洋物理学 风生流场 速度势 流函数 时空模态 REOF分析 渤海 黄海
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南亚高压与华北夏季降水的关系 被引量：61
9
作者 黄樱 钱永甫 《高原气象》 CSCD 北大核心 2003年第6期602-607,共6页
利用1958—1997年40年华北地区逐月降水资料与南亚高压的特征参数进行比较,分别检验了同一年6月南亚高压中心经度和前一年6月高压中心强度与华北夏季降水的相关性。从100hPa流场形势、低层到高层速度势和流函数的上下配置、辐合辐散风... 利用1958—1997年40年华北地区逐月降水资料与南亚高压的特征参数进行比较,分别检验了同一年6月南亚高压中心经度和前一年6月高压中心强度与华北夏季降水的相关性。从100hPa流场形势、低层到高层速度势和流函数的上下配置、辐合辐散风场以及涡旋风场的高低空配置等不同方面讨论了南亚高压对华北夏季降水的影响机制。结果表明,如果当年6月南亚高压的位置偏西,华北夏季降水就有可能增加。 展开更多
关键词 南亚高压 华北降水 流函数 速度势 涡旋场 辐合辐散场
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辐散风作用下低频Rossby波的能量传播 被引量：7
10
作者 冉令坤 高守亭 李崇银 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2005年第1期13-20,共8页
文中研究了热力强迫所激发的辐散风对低频Rossby波能量传播的影响 ,推导出辐散风作用下的Rossby波的频散关系和群速度表达式。理论分析表明 :如果扰动流函数与速度势的位相差α∈ (0 ,π) ,那么辐散风将减小Ross by波的圆频率 ,增大群... 文中研究了热力强迫所激发的辐散风对低频Rossby波能量传播的影响 ,推导出辐散风作用下的Rossby波的频散关系和群速度表达式。理论分析表明 :如果扰动流函数与速度势的位相差α∈ (0 ,π) ,那么辐散风将减小Ross by波的圆频率 ,增大群速度的纬向分量 ,加速Rossby波在纬向方向上的传播 ;辐散风对经向群速度的影响是比较复杂的。波射线的分析表明 ,在纬向基本气流为常数的情况下 ,辐散风作用下的低频Rossby波从初始位置到反射纬度的传播路径表现为一段光滑的大弧 ;对于周期为 30d、纬向波数k =3,4的Rossby波 ,当辐散风减弱时 ,波能量经向传播距离和纬向传播距离都增大。对于k =3的Rossby波 ,当辐散风减弱时 ,Rossby波的经向传播范围增大 ,但振幅强度减小。 展开更多
关键词 ROSSBY波 能量传播 风作用 低频 传播距离 辐散风 速度表达式 热力强迫 频散关系 基本气流 传播路径 初始位置 经向传播 振幅强度 分析表 群速度 纬向 位相差 速度势 流函数 圆频率 增大 波射线 减小 减弱 纬度
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