牛顿松弛方法的初值化与试验比较①.PDFVIP

维普资讯 第 21卷 第 1期 气 象 科 学 Vo121，No 1 2001年 3月 SCIENTIA M ETEOROLOGICA SINICA M ar ．2O01 牛顿松弛方法的初值化与试验 比较① 桂 祈军 刘 宇迪 (解放军理工大学气象学 院 ．南京 211101) 摘 要 率文采用一个有限区域数值预报模式 ，在平衡风和 实测风初值 的基 础 E引进和试验 了牛顿松弛方法 ．并 同单纯 的平衡风初 值及实测风初值作 了比较 ． 结果发现该方法对初始场及总体预报效果均有 明显改进 。 关键词 初值化 牛顿松弛 有限区域 分类号 P435 引 言 一 个完善的数值预报模式必然要 以一个 良好的初始场作基础 。人们总是希望 ：一 、初始风 压场尽量协调 ，以便减少大振幅高频重力波对计算稳定性的影响；二、初始场 中包含更多的客 观信息，以免减少信息丢失对预报准确性的影响。为此近几十年来 ，初始化方法得到了许多发 展 ，主要有：静力初值化：ph ps 『1960)]动 力初值化EMiyakoda和 Moyer(1968)]、变分处理 、 线 陛和非线性正规波 (NNMI)[Ftattey(1970)，Maehenhauer(1979)和 Bear(1977) 这些方法 虽各有成功之处 ，但总是存在一些理论和技术上的问题 。因此 ，在初始化方法上作研究仍然是 一 项值得关注且有实际意义 的工作 1976年 ，Hoke和 Anthes提 出的牛顿松弛 (Newtonian—Relaxation)方法 ，虽被归为动力 学资料 同化方法 “]，但当用于初始场 同化时+也不失为一种动 力初值化方法 。本文即针对所 采用 的模式 ，在平衡风初值及实测风初值 的基础上 ，成功地 引进和试验 了该方法 ，并 同单纯 的 平衡风初值和实测风初值进行 了比较 ，取得 了明显的成效 。 1 模式简介 本文采用空军气象学院研制 的有 限区域六层 d坐标斜压原始方程数值预报业务模式 。”l 模式大气层顶取在 10hPa，垂直方 向等距分为六层 。变量的垂直配置采用了能正确反映重力 内 波垂直传播特性的一种交错配置 ，水平方 向取正方形网格 ，变量的水平配置采用 Arakawa的 A格式。模式中非线性平流项采用Lilly格式 ，水平气压梯度力项采用截断误差较小的Corby 格式 。模式采用定常 的水平倒边界条件 ，同时采用 Davies技术对变量进行松驰 。时间积分采用 经济蛙跃格式。模式中加进 了地形 ，包含了与降水有关的大尺度凝结及修正的 Kuo积云参数 化方案。考虑了下边界湍流的动量输送和海洋与大气间的水汽和感热的交换以及次网格的水 ① 收稿 日期 l999 04 05}修改稿 日期 ：0o0 oz 28 维普资讯 i期 桂祈军等 ：牛顿松弛方法 的初值化与试验 比较 103 平扩散作用 。 该模式已通过专家鉴定并投入业务使用。模式运行稳定 ，反映 良好 2 牛顿松弛方法及其实施 牛顿松弛方法 的基本思想是在预报方程 中增加预报值与指定时刻客观分析值之 间的松驰 项 ，以期得到一个既协调又较准确的预报场 。 2．1 方法简介 假定模式预报方程为 ： 一 F (n，z ，f) (1) ／ 其中 一p p， 为地面气压，P为模式上界气压 ；为模式变量 ；F表示模式的所有平流项及 物理强迫项 ；x、Y、为空间变量 ；t为时间。现将方程 (I)右端增加松驰