大气模式实习指导书

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1、《大气模式及模拟基础》实习指导书王澄海编兰州大学大气科学学院12一．实习目的：通过有关地图投影的计算，多点（5，9点）平滑算子、客观分析，差分格式的设计和基本计算，让学生掌握数值模式中的基本计算方法和程序设计。并通过正压涡度模式的格点和谱模式程序设计的综合训练，达到学生对数值模式设计和运用的基本技能的掌握。二．实习要求所有实习提交的内容均为Fortran/C语言实现的程序。要求学生必须在机房现场操作，实习教师随堂讲解和指导。运行环境提倡Linux/Unix，第5-6部分必须为Linux环境下完成。NetCDF，Grads，NCL等软件由管理员统一安装。Fortran编译器可选Intel和Pg

2、f。每位同学必须在理解计算方法的基础上，独立编写完成以下程序。最好写出一个主程序，每题最好为一个可以被主程序调用的子程序。提倡使用Linux/Unix系统，并把常用的计算函数写为一个静态库的形式。必须按时通过网上、E-mail提交作业。三．实习内容实习共分为六部分，前五部分从基本技能的训练，客观分析、数值差分格式的设计，正压涡度模式的设计，正压谱模式的设计。循序渐进，使学生掌握数值模式的基本方法和技能。第六部分为实际应用。12实习一：基本技能训练：1．通过有关地图投影的计算，使学生熟悉和掌握地图和实际计算之间的关系2．通过有关地图投影的计算，使学生熟悉和掌握地图投影的基本思路和方法；3．通过

3、有关地图投影在格式设计、守恒格式设计，边界条件中的作用和形式，使学生熟悉和掌握地图投影在模式中的应用.实习步骤：1.编写出Fortran/C程序。根据最小二乘法，对函数y(t)展开为两项傅里叶级数y(t)=这里=2k/(=4)。2.设天气底图的比例尺为=1：2，对上述三种投影计算天气底图上1.5厘米长度在上述四个纬圈上所代表的实际距离l。3．兰勃脱投影，d=300公里。北极点P的坐标=（-10，4）。分别求点Q(j,i)=(5,7)和（9,11）的地图投影放大系数m和科氏参数f。注意格点值的确定如图1.9所示，这时北极点的坐标应相应变为（-9，5），因一般坐标原点定为（0，0），这里格点值是

4、自1开始。4．在极射赤面地图投影平面上，计算九个站的笛卡尔坐标x和y。各站的编号和地理坐标列于表1。12如果坐标原点位于宣恩站（57541），而y轴沿经线指向北。结果用公里和网格步长（等于300公里）来表示。表1编号站名纬度经度海拔1陇西3500104391728.82内江县293710507349.53永济3453110273554开封34461142373.75黄石30151150320.66定南244711502251.57宣恩300010929533.48桂林251911018166.29兴义2505104541296.6编制用于计算机Fortran/C程序，并进行计算。5.在Lam

5、bert投影天气底图上，选取的预报区域内共有MN个网格点，网格是均匀的，网格距为d，预报区域左下角的格点相对于北极点的坐标为。试编写一个计算各网格点的地图放大系数RM(i,j)和科里奥利参数f(i,j)的子程序6．在Lambert圆锥投影图上，d=300公里，对x=id（i=1，2，…20）,y=jd（j=1，2，…,16）的有限区域，北极点坐标P(j,i)=（-10，4）。写出求各格点的地图投影放大系数m和地转科氏参数f的Fortran程序（计算f时，当N取）。7.已知预报区域MN个网格点的初始位势高度ZA(i,j)，初始地转风UA（I,J）、VA(I,J),地图放大系数RM(i,j)和科

6、氏参数F(i,j)，时间步长取dt，空间步长取d，采用固定的水平侧边界条件，应用正压原始方程组的二次守恒平流格式如下式所示。（12略去放大系数的水平变化）编制一个时间积分子程序，并要求该子程序具有实施时间前差、中央差和欧拉——后差等时间积分方案的功能。式中：12实习二：客观分析1．通过空间平滑的计算过程和程序设计，使学生熟悉和掌握平滑的基本概念和基本计算方法；2．通过在格点上计算不同的物理参数，使学生掌握和进一步理解差分求解的概念和方法。实习步骤：1.用表1中列出的给定地理坐标上九个站的高度值，对宣恩站的500毫巴等压面高度的插值拟定算法和编制程序。在H（x,y）场用多项式内插法得到如下多项

7、式：求：（1）所有站的权重是一样的（=1）。（2）各站的权重取决于该站到进行内插点的距离式中，r用千公里表示。x和y的值采用解习题4的结果。对30种形势下H的资料进行计算，这些资料列于表2.计算30次插值误差的均值、平均绝对误差和均方误差。表2日期台站序号1234567891969.10.1618202373767673677878656984687378555674716971707370717968748