一种适用于复杂地形的平流模式系统及其操作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于复杂地形的平流模式系统及其操作方法，其中，平流模式系统由地形滤波模块、坐标转换模块、平流模式时间积分模块、水平平流模块、垂直平流模块和分维误差修正模块等6个模块组成。平流模式系统的输入为外部驱动风场及输入的标量分布，输出为预报的平流标量空间分布。平流模式系统应用程序在运行时，相应的计算过程将被启动，并作为平流模式系统应用程序的子过程进行数值计算，完成相应的计算功能，实施平流模式系统程序以提供目标平流功能服务。本发明专利技术提供的适用于复杂地形的平流模式系统可适用于不同数值模式、能有效处理复杂地形、具有良好的性质。具有良好的性质。具有良好的性质。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于复杂地形的平流模式系统及其操作方法


[0001]本专利技术属于平流模式
，具体涉及一种适用于复杂地形的平流模式系统及其操作方法。

技术介绍

[0002]大气平流过程描述了大气中水汽、化学物质和气溶胶等平流物质随空气的运动，是大气运动的基本过程。数值平流模式是在高性能计算机上采用数值方法求解描述平流运动的控制方程，它在大气模拟系统中有着广泛的应用，是发展所有大气模式的基础。例如数值天气预报中模拟水汽输运过程，地球化学模式中模拟各种化学物质的平流过程，空气质量预报中模拟污染物的分布等。因而，设计能准确模拟大气平流过程的三维数值平流模式系统具有重要的科学意义和实际工程应用价值。
[0003]在大气数值模式中，平流模式是模式物质输送的核心组成部分。平流过程中平流物质随给定的驱动风场运动，而驱动风场一般由大气数值模式动力框架计算得到。数值平流方案要准确高效地模拟平流过程一般需要具有以下几方面的属性：(1)高精度性：数值解能够有效捕捉极值；(2)稳定性：长时间积分能得到合理的模拟结果；(3)守恒性：模拟无源的平流过程应保证平流物质总本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于复杂地形的平流模式系统，其特征在于：包括地形滤波模块、坐标转换模块、平流模式时间积分模块、水平平流模块、垂直平流模块和分维误差修正模块；所述地形滤波模块为平流模式系统生成高质量网格尺度地形，采用通量修正算法对精细化地形进行调节；所述坐标转换模块将平流模式物理空间转换为适合于数值运算的计算空间；所述平流模式时间积分模块采用分维算法，将水平离散算子和垂直离散算子分维，通过“水平
‑
垂直
‑
水平”顺序时间积分办法保证时间积分精度，依次调用水平平流模块、垂直平流模块和水平平流模块，完成三维平流过程更新；所述水平平流模块模拟水平方向的平流运动，包括空间离散、斜率限制、通量修正和时间积分四个子模块；水平平流模块采用欧拉型多矩算法保证该方向的高精度性；所述垂直平流模块模拟垂直方向的平流运动，包括空间重构、正定修正、上游点计算和时间积分四个子模块；垂直平流模块采用半拉格朗日方法有效解决垂直方向底层网格稠密引起的因计算稳定性限制而导致的时间步长过小问题；所述分维误差修正模块使平流模式系统具有保一致性，即当初始场为均匀场且背景风场散度为0时，模拟结果能够保证均匀的初始场不变。2.根据权利要求1所述的适用于复杂地形的平流模式系统，其特征在于：所述平流模式系统包括以下运行步骤：S1、输入驱动风场及标量分布；S2、调用地形滤波模块；S3、根据地形滤波模块计算结果调用坐标转换模块；S4、坐标转换模块的相关标量和矢量分布投影到计算空间后，调用平流模式时间积分模块将对平流预报量进行更新；S5、输出标量分布。3.根据权利要求2所述的适用于复杂地形的平流模式系统，其特征在于：所述步骤S4还包括以下子步骤：S401、调用水平平流模块：调用空间离散子模块，采用单元边界处的两个点值、单元积分平均值和单元中心处斜率四个约束条件重构一个三次多项式来近似该单元中平流物质的空间分布函数，将近似函数带入控制方程得到空间离散方程；调用斜率限制子模块调节单元中心处的斜率，抑制高精度算法中容易产生的非物理数值噪音；调用通量修正子模块修正单元边界处的点值，完成单元界面通量调节，消除数值计算中出现的非物理负值；调用时间积分子模块，采用TVD保真型龙格
‑
库塔积分方法，完成水平平流模块时间步长内的预报变量的更新；S402、调用垂直平流模块：调用空间重构子模块，采用单元边界点值和单元积分平均值重构具有单调性的有理函数作为空间近似分布函数；调用正定修正子模...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈学顺，唐杰，李兴良，陈春刚，
申请(专利权)人：中国气象局地球系统数值预报中心，
类型：发明
国别省市：