正压原始方程模式实习报告

正压原始方程模式实习报告

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500百帕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500百帕位势高度场和风场的预报，并写一份实习报告。

二、模式的主要计算框图

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三、实习任务

1. 编写两个子程序：五点平滑子程序，地转风初值子程序 2. 子程序编写完成并保证正确的前提下，做4个数值试验：

①只做正平滑和做正逆平滑的对比试验；

②地转风子程序中不同差分格式的数值试验； ③是否做边界平滑的数值试验； ④是否做时间平滑的数值试验。

四、实习程序

1、五点平滑的子程序：

subroutine ssip(a,w,s,m,n,k,l) 定义五点平滑子程序 dimension a(m,n),w(m,n) 定义数组 if(l==1)then

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do i=2,m-1 do j=2,n-1

w(i,j)=a(i,j)+s*(a(i-1,j)+a(i+1,j)+a(i,j-1)+a(i,j+1)-4*a(i,j))/4.0 执行正平滑 enddo enddo do i=2,m-1 do j=2,n-1 a(i,j)=w(i,j) enddo Enddo return Else do i=2,m-1 do j=2,n-1

w(i,j)=a(i,j)+s*(a(i-1,j)+a(i+1,j)+a(i,j-1)+a(i,j+1)-4*a(i,j))/4.0 enddo enddo do i=2,m-1 do j=2,n-1 a(i,j)=w(i,j) enddo enddo

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执行正平滑 精品

do i=2,m-1 do j=2,n-1

w(i,j)=a(i,j)+(-s)*(a(i-1,j)+a(i+1,j)+a(i,j-1)+a(i,j+1)-4*a(i,j))/4.0 执行正逆平滑 enddo enddo do i=2,m-1 do j=2,n-1 a(i,j)=w(i,j) enddo enddo endif return

end 结束子程序

2.地转风初值的子程序：

subroutine cgw(ua,va,za,rm,f,d,m,n) 定义地转风子程序 implicit none

integer m,n,p,q,i,j 定义整型变量m,n,p,q,i,j real ua(m,n),va(m,n),za(m,n),rm(m,n),f(m,n),d 定义数组 p=m-1 q=n-1

do i=1,m 循环x方向上格点数

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ua(i,1)=-rm(i,1)*9.8*(za(i,2)-za(i,1))/(f(i,1)*d) 利用公式（4.134）x方向风速 ua(i,n)=-rm(i,n)*9.8*(za(i,n)-za(i,n-1))/(f(i,n)*d) do j=2,q 循环y方向上格点数

ua(i,j)=-rm(i,j)*9.8*(za(i,j+1)-za(i,j-1))/(2.0*f(i,j)*d) 利用公式（4.134）x方向风速 end do end do

do j=1,n 循环y方向上格点数

va(1,j)=rm(1,j)*9.8*(za(2,j)-za(1,j))/(f(1,j)*d) 利用公式（4.134）y方向风速 va(m,j)=rm(m,j)*9.8*(za(m,j)-za(m-1,j))/(f(m,j)*d) do i=2,p 循环x方向上格点数

va(i,j)=rm(i,j)*9.8*(za(i+1,j)-za(i-1,j))/(2.0*f(i,j)*d) 利用公式（4.134）y方向风速 end do end do

end subroutine cgw 结束子程序

五、结果（图形）及其分析

1、30日预报场分析

初始场

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预报场

2. 只做正平滑和做正逆平滑的对比试验：

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预报场： 五点正逆平滑

预报场：五点正平滑

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3. 地转风子程序中不同差分格式的数值试验：

初始场：后差地转风子程序

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初始场：前差地转风子程序

预报场：前插地转风子程序

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预报场：后插地转风子程序

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预报场： 无时间平滑

预报场： 无边界平滑

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结果分析：

由前四张图片，我们可以发现，4月29日08时在鄂霍次克海的西岸，有一个大的低压中心，其中心强度达到5250，在贝加尔湖附近有一条大的低压槽；4月30日08时，在预报场上，鄂霍次克海西岸的低压向东移动，到达鄂霍次克海的上空，中心强度达到5200，比29日加强，贝加尔湖的低压槽向南，向东移动。可能会造成一次冷空气的南下过程。

用30日的预报场与30日的书本上的实况图做对比，可以看到预报场的低压中心偏北大概偏5个纬距左右，有较大的偏差，模拟效果不是很好；但是，贝加尔湖附近的低压槽预报场与实况场非常的近似，故而模拟效果较好。而我们需要做对中国的预报，影响系统主要是贝加尔湖地区的低压槽影响，所以对于整个预报来说的话，这个模拟效果还是有具有比较好的参考价值。 六、小结

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通过此次实习增强了我对Fotran语言编程和GrADS绘图的熟悉以及使用，同时也加强了对正压原始方程的了解，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。这次学习的正压原始方程模式，在500hPa高度上，大气是正压的，准地转，准静力平衡的，所以大气环流的形势比较简单、稳定，所得结果基本与现实差距不大。但是实际上大气并没有假设的这么简单，实际大气是斜压的，复杂的系统。在如今，模式也还在发展中，还是不能够完全去解释现在大气的变化，这需要我们对大气继续努力地去探索。

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