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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

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应用数学和力学 2012年第6期33卷 651-662页

作者：黎爱兵张立凤臧增亮张云解放军理工大学气象学院南京211101

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... 详细信息

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.

关键词：有限区域流函数和速度势迭代调整收敛性

有限区域流函数和速度势的计算及其在台风中应用

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气象科学 2012年第1期32卷 1-8页

作者：黎爱兵张立凤臧增亮张云解放军理工大学气象学院南京211101

在Endlich提出求解旋转风和辐散风基础上,本文给出了直接利用风场迭代计算流函数和速度势的方法,该方法不但能求解流函数和速度势,还可将原始风场直接分解为旋转风和辐散风。此方法在有限区域中,能大大降低边界条件对计算结果的影响,不... 详细信息

在Endlich提出求解旋转风和辐散风基础上,本文给出了直接利用风场迭代计算流函数和速度势的方法,该方法不但能求解流函数和速度势,还可将原始风场直接分解为旋转风和辐散风。此方法在有限区域中,能大大降低边界条件对计算结果的影响,不仅能计算准确的涡度和散度,还能很好的重建原始风场。采用此方法,对"0808"号台风"凤凰"进行了诊断分析,得到了台风不同时期的流函数和速度势、旋转风和辐散风。结果发现在台风的不同时期,流函数与高度场相似,可用其低值中心来分析台风移动路径和强度的变化,速度势存在高值区,其中心与高度场低值中心不吻合;旋转风的涡旋中心也可用来反映台风中心,台风南侧辐散风较大,故可用来反映南方水汽供应对台风发展、成熟、衰退的影响。

关键词：台风流函数和速度势辐散风和旋转风迭代

计算有限区域流函数和速度势的新方法及在台风诊断中的应用

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计算有限区域流函数和速度势的新方法及在台风诊断中的应用

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

第八届博士生学术年会

作者：黎爱兵张立凤解放军理工大学气象学院

在Endlich提出的求解辐散风和旋转风思想的基础上,本文给出了利用风场通过迭代直接计算流函数和速度势的方法,并可通过流函数和速度势反演出旋转风场和辐散风场、散度场和涡度场等物理量。通过计算结果的分析和比较发现,此方法在有限区... 详细信息

在Endlich提出的求解辐散风和旋转风思想的基础上,本文给出了利用风场通过迭代直接计算流函数和速度势的方法,并可通过流函数和速度势反演出旋转风场和辐散风场、散度场和涡度场等物理量。通过计算结果的分析和比较发现,此方法在有限区域中,无论从对边界条件的要求、迭代的收敛性和收敛速度,还是从流函数和速度势的计算精度,以及反演出的各风速场、散度场和涡度场的可靠性等方面都表明此方法是可靠的采用此方法,利用NCEP/NCAR资料,对0808号台风"凤凰"进行了诊断分析,得到了台风不同时期的流函数和速度势、旋转风和辐散风以及散度场和涡度场。分析结果发现在台风的不同时期,流函数与高度场相似,低值中心基本吻合,而对应的速度势高值区中心不吻合,可用流函数低值中心及其最小值诊断台风的中心位置、移动路径和强度;旋转风的涡旋中心也可用来反映台风的中心,且其值要远大于辐散风。

关键词：流函数和速度势辐散风和旋转风台风

来源： cnki会议评论

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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

第28届中国气象学会年会

作者：黎爱兵王秋良臧增亮李振中解放军理工大学气象学院 95356部队 73602部队

流函数和速度势是对风场分解的有效工具,在大气环流分析和资料同化方面有着广泛的应用。全球区域用Poisson方程求解流函数和速度势及旋转风和辐散风,其解是唯一的,但在有限区域内,由于受区域边界条件限制,流函数和速度势以及风场分解是... 详细信息

流函数和速度势是对风场分解的有效工具,在大气环流分析和资料同化方面有着广泛的应用。全球区域用Poisson方程求解流函数和速度势及旋转风和辐散风,其解是唯一的,但在有限区域内,由于受区域边界条件限制,流函数和速度势以及风场分解是非唯一的。用流函数和速度势去分解和重建风场,重建的风场与原始风场一致是流函数和速度势求解的标准,减小或消除边界不确定对结果的影响是有限区域流函数和速度势计算及风场分解最重要的问题。本文在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低的迭代调整方法。该方法相对原迭代思想在每次迭代过程中只进行一次调整,减少了计算量,并能通过流函数和速度势求出精确的旋转风和辐散风与涡度和散度,风场重建的误差也非常小,很好的克服了以往计算中由于边界条件无法确定而带来误差的问题,故为求解有限区域的流函数和速度势提供了一个新的途径。采用残量校正法对该迭代调整方法进行收敛性分析,其收敛性与x和y方向相邻网格距离大小δx与δy之比有关,即迭代调整时,迭代调整系数a和b要满足一定的关系,在收敛的范围内,迭代渐近收敛速度还与迭代调整系数a或b值大小成正比。为了检验上述方法,利用实际风场或流场资料,选择适当的计算区域进行计算和分析。计算结果表明:对于经纬网格,为了保证迭代收敛,调整系数a和b满足b/a=cos2（φ）,且（）0＜a≤2/1+cos2（φ）,在收敛的范围内,a越大,迭代收敛也越快,这与收敛性理论分析相符合;对于不同变量配置的ArakawaA-D网格,将实际风场资料插值到相应的网格点上进行计算,重建风场的最大误差都非常小,此迭代方法对ArakawaA-D网格都适用;对于不规则区域海洋表面流场也能得到准确可靠的结果,流函数分布与海洋正负涡旋相对应,在流速较小的地方,流函数值较小且等值线也稀少,大洋海面的速度势相对流函数来说数值较小,说明海面上的洋流主要为涡旋或旋转流。将该方法应用到Arakawa四种网格和不规则区域中,验证了该方法的可靠性。

关键词：有限区域流函数和速度势迭代调整收敛性

来源： cnki会议评论

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有限区域风场的分解和重建

物理学报 2010年第4期59卷 2898-2906页

作者：周玉淑曹洁中国科学院大气物理研究所北京100029

对有限区域进行旋转风和辐散风的分解,是中尺度系统结构分析的一种诊断方法,可提高对中尺度系统动力结构的认识.一方面,有限区域风场的分解可以给出总风场中无辐散风与无旋转风的不同分布,还可根据这两种风场的分布特征进行不同要求的分... 详细信息

对有限区域进行旋转风和辐散风的分解,是中尺度系统结构分析的一种诊断方法,可提高对中尺度系统动力结构的认识.一方面,有限区域风场的分解可以给出总风场中无辐散风与无旋转风的不同分布,还可根据这两种风场的分布特征进行不同要求的分析;另一方面,由于耦合边界条件不能直接计算,计算过程中必须简化处理,使有限区域风场分解本身还有许多问题没有很好解决.目前,对风场进行有效分解的方法是对有限区域里的流函数和速度势进行求解,然后对流函数和速度势求导得到对应的无辐散风与无旋转风.有限区域流函数和速度势求解的准确程度主要以分解后的风场能否还原到原始风场(即风场重建)为标准.本文总结了有限区域风场分解和重建的方法,重点介绍了调和正弦/余弦方法,该方法可较准确有效地解决有限区域风场的分解和重建问题,对进一步研究天气系统的动力结构有较好效果.

关键词：有限区域风场分解和重建调和正弦/余弦方法流函数和速度势