导读:本文包含了阴阳网格论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:阴阳网格,非静力,动力框架,守恒
阴阳网格论文文献综述
黄超,彭新东,李晓涵[1]（2019）在《阴阳网格上通量型非静力模式动力框架的理想试验》一文中研究指出为改善球面经纬度网格在高分辨率应用的苛刻限制,提高全球大气动力模式的时间积分效率,选取以阴阳网格为基础构建通量型非静力大气模式动力框架,采用有限体积法和通量型平流显式算法积分方案,保证模式的守恒计算性能。该动力框架在标准叁维大气理想试验中进行了中期积分试验,对动力框架的计算效果、性能进行检验。在叁维平衡流试验,罗斯贝-豪威茨波试验和山脉罗斯贝波试验中均表现出很好的稳定性和叁维计算效果,其中水平2.5°分辨率模式的平衡流垂直速度误差为10~(-5)量级,而经向速度误差在10~(-2)量级,罗斯贝-豪威茨波保持基本波形稳定传播,而地形罗斯贝波试验则给出背风坡激发低槽在发展过程中不断向下游和南半球传播。(本文来源于《气象学报》期刊2019年01期）
李晓涵[2]（2018）在《GRAPES阴阳网格非静力模式的动力与物理过程长期积分特性研究》一文中研究指出近年来,随着计算机能力的迅速提升,进一步提高水平分辨率成为全球模式的发展趋势之一。我国自主研发的GRAPES模式是基于球面经纬度网格的全可压、非静力、半隐式半拉格朗日(SISL)模式。由于经纬度网格存在极点问题,使GRAPES在进行高分辨率运算时存在很大的计算负担。本研究利用阴阳网格的准均匀性避免极点问题,发展和完善了具备高分辨率运算潜力的GRAPES-YY模式。在阴阳网格SISL干空气动力框架的基础上,进一步考虑质量守恒强迫、数值扩散方案等,并耦合了一系列物理参数化过程。通过Aqua-planet长期积分试验,以及对真实大气的5天数值模拟试验,均表明了该模式的设计合理性与计算稳定性。本研究的主要工作与结论总结如下:模式中耦合的物理参数化方案包括:RRTMG长、短波辐射传输方案,NSAS深、浅积云对流参数化方案,MRF边界层湍流参数化方案、双参数混合相云微物理方案,以及CoLM陆面模式。由于SISL动力框架不能保证守恒性,本文通过固定大气表层气压的全球总量来达到质量守恒的目的。针对数值积分中容易出现的数值噪音,评估比较了几种常用的显式扩散方案,测试结果表明,四阶散度阻尼方案最适合于GRAPES_YY昀1°×1°长期积分运算。GRAPES_YY 在 Aqua Planet 叁种海温条件下(CONTROL、QOBS 和 FLAT)进行了分辨率为1°×1°的3.5年长期积分。模拟结果表明,热带降水对海温变化非常敏感,在CONTROL和QOBS试验中,热带降水(尤其是对流降水)非常集中于赤道,形成了单峰赤道辐合带,主要表现为雨带有组织东传,中间夹杂更小尺度的降水系统西传。随着热带地区海温梯度的减弱,在FLAT试验中热带降水主要分布于赤道两侧,形成双峰赤道辐合带,降水强度和雨带组织性都远小于CONTROL和QOBS,主要表现为离散分布的降水系统西传。模式大气对海温变化的响应还体现在大气环流上,Hadley环流、高空西风急流均随海温梯度减弱而出现向极区移动,其强度也随之减弱。和大部分静力模式相比,GRAPES阴阳网格模式在CONTROL和QOBS试验中出现了更强、更集中于赤道的热带对流降水和Hadley环流。一方面可能是NSAS积云对流方案的原因,该方案为了避免云微物理过程中造成格点尺度风暴,往往会形成更深的对流和更多的降水。另一方面,尽管目前模式分辨率较低,但在Aqua Planet的热带上空存在很强的对流上升运动,因此非静力动力作用也是不可忽略的。最后,本文利用GRAPES阴阳网格模式对真实大气进行了(1°×1°)5天数值模拟试验,模式降水和槽脊分布与再分析资料基本吻合。综上所述,Aqua Planet长期积分试验和对真实大气的模拟结果均表明,GRAPES阴阳网格模式已经初步发展完善,为GRAPES全球模式向更高分辨率发展提供了一个全新的模式版本和高分辨业务应用可能。(本文来源于《中国气象科学研究院》期刊2018-06-01）
黄超[3]（2018）在《阴阳网格通量型非静力大气模式动力框架性能研究》一文中研究指出全球高分辨数值天气预报和长期气候预测依赖于建立在准均匀网格上的守恒大气动力学模式。为改善球面经纬度网格在高分辨率应用的苛刻限制,提高全球大气动力模式的时间积分效率,改善全球大气动力模式长时间积分的守恒性能,本研究选以阴阳网格为基础构建了通量型非静力大气模式动力框架。阴阳网格是一种准均匀网格,能够改善传统球面经纬网格的数值计算性能。为了保证非静力大气动力框架的守恒性能,本研究采用了通量型的预报方程组,并且把守恒性能更好的物理量作为模式的预报变量,同时模式离散过程采用有限体积法求解,平流方案采用通量型显式算法积分方案。垂直方向上采用高度地形追随坐标和Lorenz跳层分布,模式的边界处理采用叁次拉格朗日插值。对于快波,时间积分采用水平显式、垂直隐式(HEVI)方案计算,对于慢波则采用叁阶龙格库塔(Runge-Kutta)方案。水平空间离散采用五阶迎风有限差分格式,垂直空间离散采用二阶通量型有限差分方法。构建的动力框架在标准叁维大气理想试验中进行水平2.5°分辨率的中期积分试验,对动力框架的计算效果、性能进行检验。在叁维平衡流试验,Rossby-Haurwitz波试验和山脉Rossby波试验中都表现出很好的稳定性和较高精度的计算结果。叁维平衡流试验中,模式积分12天后仍然保持平直的纬向风和平行纬圈的等压线分布,其中垂直速度误差为10~(-5)量级,经向速度误差在10~(-2)量级。尽管分辨率较低,积分14天后Rossby-Haurwitz波仍能保持基本波形稳定传播。在地形Rossby试验中,气流过山后形成了明显的地形强迫波动,并且随着时间不断发展增长,背风坡激发低槽在发展过程中不断向下游和南半球传播。结果表明,本文构建的基于球面阴阳网格的叁维非静力大气动力框架可以在保证守恒计算的前提下,实现稳定、高精度时间积分,满足中期数值预报的动力需求,为将来球面准均匀网格通用模式动力框架构建打下基础。(本文来源于《中国气象科学研究院》期刊2018-04-01）
刘洁[4]（2017）在《阴阳网格守恒算法改进研究》一文中研究指出阴阳网格是一种准均匀重迭网格,能够有效避免传统经纬度网格的极点奇异性和经线在极区辐合的问题,但是由于阴阳网格不能自然保证物理量的守恒性,因此,阴阳网格上的质量守恒算法对于阴阳网格在全球模式构建和应用具有重要意义,是模式长期稳定积分和保证计算效果的重要性能指标。本文提出了一种改进阴阳网格守恒算法的方案,就是在已有的质量均匀分布假定下阴阳网格守恒强迫算法的基础上,构建网格内质量的双线性分布和边界通量线性分布的质量守恒强迫算法,以提高阴阳网格平流计算的精度和模式积分的稳定性。运用CIP-CSLR平流方案对通量形式平流方程数值求解,分别通过“余弦钟”平流试验、正弦波试验、变形流试验、平衡流试验、全球过山气流试验,二维Rossby-Haurwitz波试验对质量双线性分布、边界通量线性分布的新方案与质量和通量均匀分布的原方案进行了对比,标准化误差和标量场分布均表明新方案可有效提高阴阳网格守恒算法的计算效果,且计算负担没有明显增加,具有较好的实用价值。本研究还进一步尝试将叁阶Runge-Kutta方法应用在已有的CIP-CSLR平流方案上,利用同样的理想试验对新方案的性能进行检验,表明新方案能够在保证守恒性的前提下有效提高收敛阶数。(本文来源于《中国气象科学研究院》期刊2017-04-01）
李晓涵,彭新东[5]（2016）在《基于阴阳网格的非静力全球大气预报模式》一文中研究指出在传统的经纬度网格中,极点的奇异性和随之而来的经线在极区辐合的问题是全球大气预报模式(AGCM)向高分辨率发展的瓶颈之一。近年来,一些新型的准均匀网格,例如正二十面体网格、立方球心网格、阴阳网格为解决极点问题提供了新的可能。本文针对我国的全球/区域同化预报系统(GRAPES)为半隐式半拉格朗日积分形式的特点,研发了基于阴阳网格的非静力、全可压叁维全球模式。模式的大气方程组包含叁维方向的科氏力分量,以确保阴阳网格各计算域共享同一套并行计算代码,同时具有相同的计算精度。为满足模式高效、准确的要求,采用高阶拉格朗日插值方案计算阴阳网格内边界和跨边界的拉格朗日追踪。模式选用通量形式的分段有理函数方案(PRM)来计算水物质平流,为进一步满足守恒性打下基础。通过一系列理想试验,该模式展现出良好的数值计算稳定性和准确性,以及高效的计算性能。(本文来源于《第33届中国气象学会年会 S8 数值模式产品应用与评估》期刊2016-11-01）
艾细根,刘宇迪[6]（2015）在《基于新型LE水平跳点网格的阴阳网格平流方案设计》一文中研究指出为了模拟球面平流传输过程,本文基于球面阴阳重迭网格设计了一种两时间层半拉格朗日平流方案。该方案在球面坐标下采用新型的LE水平跳点网格,同时针对阴阳网格重迭区,采用了不同插值方法进行比较分析,且进行了相关的理想数值试验对方案设计效果进行评估。数值试验表明方案设计是成功的,阴阳网格重迭区平流对插值方案比较敏感;半拉格朗日方案能较好地模拟球面刚体平流和变形涡旋的结构、位置及演变过程,并具有较好的数值稳定性和较高的数值精度。(本文来源于《气象》期刊2015年06期）
李晓涵[7]（2015）在《基于阴阳网格的GRAPES模式动力框架研发》一文中研究指出为了解决GRAPES(全球/区域同化及预报系统)模式动力框架中出现的极点问题并提高数值计算的效率,本文利用阴阳网格研发基于准均匀网格的非静力叁维GEAPES模式动力框架。动力框架的大气动力方程组考虑叁维方向的科氏力分量,以确保阴阳网格计算域共享同一套并行计算代码,同时具有相同的计算精度。与原GRAPES模式相同,基于阴阳网格的动力框架仍然采用半隐式半拉格朗日时间积分格式,但考虑到阴阳网格具有内边界,在跨边界追踪及插值时,针对阴阳网格的边界性质做相应的设计与处理。经过非中央差分二时间层方案进行时间离散化,以及水平和垂直方向的空间离散化后,预报方程组可推导成一个椭圆方程,即Helmholtz方程。该方程通过广义共轭余差法(GCR)进行迭代求解,并利用经典Schwarz计算方案作为边界条件来约束阴阳网格计算域上的收敛方向。基于阴阳网格的GRAPES模式动力框架与原GRAPES模式中的计算步骤是一致的,但Helmholtz方程的系数并不相同。迭代求解过程中,在阴阳网格内边界上利用双叁次拉格朗日插值计算Dirichlet-type边界条件。该动力框架经过一系列理想试验的验证,展现出良好的数值计算稳定性以及计算性能。无论是地转平衡流试验、山脉激发Rossby波试验,还是Rossby-Haurwitz波试验和斜压波试验,其结果都能证明在阴阳网格动力框架中考虑叁维方向的科氏力分量,以及拉格朗日跨边界追踪及插值的处理是正确合理的。针对动力框架中的水物质平流,模式选用通量形式的分段有理函数方案(PRM)。从刚体平流理想试验结果来看,尽管阴阳网格具有内边界,但该方案仍然能保持较好保形性和计算精度高等优点。(本文来源于《中国气象科学研究院》期刊2015-04-01）
艾细根,刘宇迪,崔新东,张涛[8]（2014）在《基于球面阴阳网格数值计算研究进展》一文中研究指出对球面阴阳网格的转换关系、优缺点及边界数据插值交换方法的相关知识进行了较为详细介绍。同时对应用球面阴阳网格的3种数值计算方法进行了回顾总结,包括优化的Schwarz方法、CIP-CSLR平流数值计算方法、多离散矩有限体积法。针对优化的Schwarz方法,从浅水方程组的离散入手,讨论了其在求解球面椭圆型问题的优势;而对CIP-CSLR平流数值计算方法和多离散矩有限体积法,主要从如何在网格单元内构造插值函数的角度对其进行分析。最后对开发全球非静力阴阳网格模式进行展望。(本文来源于《气象科技》期刊2014年01期）
李江浩,彭新东[9]（2013）在《阴阳网格上质量守恒计算性能分析》一文中研究指出质量守恒数值计算是球面准均匀阴阳网格构造全球大气环流模式的重要条件,也是提高阴阳网格应用质量的重要技术手段。本文针对通量形式平流方程,在球面坐标上采用多种理想数值试验对阴阳网格上的叁种守恒计算方案和边界插值非守恒计算方案进行了比较检验。发现,质量守恒方案不仅对全球数值积分重要,还影响数值计算精度,满足局地守恒条件的全球强迫守恒方法可以获得较高的精度;网格内质量均匀分布的阴阳网格边界通量一致性守恒强迫计算方案,实现了在不增加计算误差条件下保证局地和全球守恒的目的,且具有很小的计算负担,可以作为阴阳网格上全球质量强迫守恒的有效计算方案;而网格质量的线性分布可以有效提高阴阳网格的数值积分计算精度,但在一定程度上会增加计算负担。(本文来源于《大气科学》期刊2013年04期）
李江浩[10]（2013）在《阴阳网格上质量守恒平流算法研究》一文中研究指出作为一种准均匀网格，阴阳网格可以有效地避免传统经纬网格所具有的“极点问题”——极点奇异性和极区附近经线辐合，但是，类似其它重迭网格一样，全球质量守恒问题成为阴阳网格在大气环流模式和气候系统模式中应用的主要障碍。另外，在气象数值模式中，平流过程是一种最基本的动力过程，高精度平流方案在数值模式中的有效应用对提高数值预报和数值模拟结果至关重要。因此，本论文利用两种形式的平流方案——守恒型CSLR半拉格朗日平流方案和有限差分RK3-FD5平流方案在阴阳网格上进行了平流模式的研究，并重点研究了阴阳网格重合边界处的质量守恒性问题。研究工作分为以下叁个部分：一、对CSLR平流方案进行深入分析。对于CSLR平流算法的收敛性问题，本文在笛卡尔平面直角坐标以及球面经纬网格坐标下通过多种不同条件下的数值试验进行测试，结果表明：受分段有理插值函数的限制，CSLR算法无论在一维还是在多维计算中都能很好地保证单调正定性；CSLR的收敛阶数大概为二阶，其高精度体现在能够较好地刻画不连续分布或强梯度而不需要额外的限制器；在向高维扩展计算时，分维技术能够保持一维有理函数的性质，只是一定程度上会降低平流算法的计算精度和收敛速度；在球面经纬网格坐标下，受极点问题和球面曲率的影响，这种半拉格朗日平流方案的计算效果也会受到影响。二、阴阳网格上质量守恒方案研究。利用CSLR平流算法的中间计算结果和多变量分布网格（M-网格），对阴阳网格上的叁种质量守恒方案进行了对比试验，结果表明：质量余额人为分配法（MV）行之有效地保证了质量守恒，并且短时间内不会对数值计算产生明显的影响，而且适用于通量形式或平流形式的平流方程；考虑次网格分布，重构单元格内质量为双线性分布（ML）守恒方案相对单元格内质量均匀分布（MC）守恒方案对计算效果带来了一定的改善，只是计算量有所增加；综合考虑计算精度、计算成本等因素，MC方案更具有实用价值，可以作为保证阴阳网格局地和全球质量守恒的有效方案。叁、在阴阳网格上构建RK3-FD5有限差分平流模式。为了提高时间积分精度和通量计算精度，尝试采用高阶欧拉有限差分平流方案，首先对平流方案的计算性能进行分析，然后将其应用到阴阳网格构建平流模式，结果表明：RK3-FD5平流方案在平面等距网格下可以取得相对较高（至少叁阶）的计算收敛精度，但是在球面经纬网格上受球面不等格距差分计算和极点问题的影响，其计算精度维持在2-3阶；重合边界采用高阶五次拉格朗日插值方法，在阴阳网格上取得了二阶平流结果，并且添加质量守恒方案（MC）限制后，在不明显增加计算误差的前提下依然取得了质量守恒情况下的二阶收敛精度平流计算结果。(本文来源于《中国气象科学研究院》期刊2013-04-01）
阴阳网格论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
近年来,随着计算机能力的迅速提升,进一步提高水平分辨率成为全球模式的发展趋势之一。我国自主研发的GRAPES模式是基于球面经纬度网格的全可压、非静力、半隐式半拉格朗日(SISL)模式。由于经纬度网格存在极点问题,使GRAPES在进行高分辨率运算时存在很大的计算负担。本研究利用阴阳网格的准均匀性避免极点问题,发展和完善了具备高分辨率运算潜力的GRAPES-YY模式。在阴阳网格SISL干空气动力框架的基础上,进一步考虑质量守恒强迫、数值扩散方案等,并耦合了一系列物理参数化过程。通过Aqua-planet长期积分试验,以及对真实大气的5天数值模拟试验,均表明了该模式的设计合理性与计算稳定性。本研究的主要工作与结论总结如下:模式中耦合的物理参数化方案包括:RRTMG长、短波辐射传输方案,NSAS深、浅积云对流参数化方案,MRF边界层湍流参数化方案、双参数混合相云微物理方案,以及CoLM陆面模式。由于SISL动力框架不能保证守恒性,本文通过固定大气表层气压的全球总量来达到质量守恒的目的。针对数值积分中容易出现的数值噪音,评估比较了几种常用的显式扩散方案,测试结果表明,四阶散度阻尼方案最适合于GRAPES_YY昀1°×1°长期积分运算。GRAPES_YY 在 Aqua Planet 叁种海温条件下(CONTROL、QOBS 和 FLAT)进行了分辨率为1°×1°的3.5年长期积分。模拟结果表明,热带降水对海温变化非常敏感,在CONTROL和QOBS试验中,热带降水(尤其是对流降水)非常集中于赤道,形成了单峰赤道辐合带,主要表现为雨带有组织东传,中间夹杂更小尺度的降水系统西传。随着热带地区海温梯度的减弱,在FLAT试验中热带降水主要分布于赤道两侧,形成双峰赤道辐合带,降水强度和雨带组织性都远小于CONTROL和QOBS,主要表现为离散分布的降水系统西传。模式大气对海温变化的响应还体现在大气环流上,Hadley环流、高空西风急流均随海温梯度减弱而出现向极区移动,其强度也随之减弱。和大部分静力模式相比,GRAPES阴阳网格模式在CONTROL和QOBS试验中出现了更强、更集中于赤道的热带对流降水和Hadley环流。一方面可能是NSAS积云对流方案的原因,该方案为了避免云微物理过程中造成格点尺度风暴,往往会形成更深的对流和更多的降水。另一方面,尽管目前模式分辨率较低,但在Aqua Planet的热带上空存在很强的对流上升运动,因此非静力动力作用也是不可忽略的。最后,本文利用GRAPES阴阳网格模式对真实大气进行了(1°×1°)5天数值模拟试验,模式降水和槽脊分布与再分析资料基本吻合。综上所述,Aqua Planet长期积分试验和对真实大气的模拟结果均表明,GRAPES阴阳网格模式已经初步发展完善,为GRAPES全球模式向更高分辨率发展提供了一个全新的模式版本和高分辨业务应用可能。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
阴阳网格论文参考文献
[1].黄超,彭新东,李晓涵.阴阳网格上通量型非静力模式动力框架的理想试验[J].气象学报.2019
[2].李晓涵.GRAPES阴阳网格非静力模式的动力与物理过程长期积分特性研究[D].中国气象科学研究院.2018
[3].黄超.阴阳网格通量型非静力大气模式动力框架性能研究[D].中国气象科学研究院.2018
[4].刘洁.阴阳网格守恒算法改进研究[D].中国气象科学研究院.2017
[5].李晓涵,彭新东.基于阴阳网格的非静力全球大气预报模式[C].第33届中国气象学会年会S8数值模式产品应用与评估.2016
[6].艾细根,刘宇迪.基于新型LE水平跳点网格的阴阳网格平流方案设计[J].气象.2015
[7].李晓涵.基于阴阳网格的GRAPES模式动力框架研发[D].中国气象科学研究院.2015
[8].艾细根,刘宇迪,崔新东,张涛.基于球面阴阳网格数值计算研究进展[J].气象科技.2014
[9].李江浩,彭新东.阴阳网格上质量守恒计算性能分析[J].大气科学.2013
[10].李江浩.阴阳网格上质量守恒平流算法研究[D].中国气象科学研究院.2013