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《南京信息工程大学》 2007年
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球面阴阳网格与新型多离散矩有限体积方法的应用研究

李兴良  
【摘要】: 现有的全球大气环流模式大多采用普通经纬度球面网格,该网格设计简单,并且有很好的正交性,因而得到广泛应用。然而这种网格也有不足之处,即存在坐标两极为奇异点和极区附近格点辐合的数值计算问题。事实上,坐标奇异点并不是真实的奇异点,即在极点的物理量是有意义的。相对而言,极地附近格点辐合显得更为严重,特别是在高分辨率情况下,不仅原有的数值计算问题显得棘手,而且出现了物理本质性的新问题:赤道与极区网格尺度所描述的不是同一物理属性的流体运动问题。 本论文尝试采用所谓的“阴阳网格”来处理上述的传统经纬度网格系统在极区存在的数值计算问题。所谓阴阳网格由两个完全相同的分量经纬度网格相互“扣接”在一起覆盖整个球面,该网格本质上仍然是经纬度网格,但是已完全避免了普通经纬度球面网格存在的极区计算问题。在成功解决阴阳网格边界数据交换基础上,论文首次在球面阴阳网格上实现了半拉格朗日平流计算,数值试验表明阴阳网格并不损失传统经纬度网格下的数值计算精度。 然而不足的是,阴阳网格在边界交叠处会带来额外的数值计算问题。为此,论文在国际上首先引用了高精度、守恒的数值计算新方法—多离散矩有限体积方法,以便较好地解决阴阳网格中的计算精度和守恒性问题。与传统有限体积方法不同,该数值方法在单网格内构造高阶空间近似,计算经济,一维、二维平流与浅水数值试验表明多离散矩有限体积方法是一个高精度、经济的守恒数值算法;同时,高精度、计算经济的多离散矩有限体积方法与半拉格朗日方法相结合能够使得阴阳网格交叠处面积最小。严格保证阴或阳分量网格数值守恒的情况下,在球面阴阳网格上实施了浅水模式标准数值试验,结果表明该方法具有很好的数值准确性和计算效率,至少对于中期天气预报或短期气候预报来说总质量的守恒性是充分满足要求的。尽管对于阴阳网格边界的数值守恒需要进一步探索,然而论文陈述的数值技术构建了一个令人鼓舞的、实用的球面大气或海洋数值框架。
【学位授予单位】:南京信息工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:P456.7

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【引证文献】
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1 卢风顺;宋君强;张理论;张卫民;任开军;朱小谦;;面向全球数值天气预报模式的加权等积并行数据划分算法[J];计算机研究与发展;2012年04期
【参考文献】
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1 李兴良;陈德辉;彭新东;肖锋;陈雄山;;Implementation of the Semi-Lagrangian Advection Scheme on a Quasi-Uniform Overset Grid on a Sphere[J];Advances in Atmospheric Sciences;2006年05期
2 ;Design of a new dynamical core for global atmospheric models based on some efficient numerical methods[J];Science in China,Ser.A;2004年S1期
【共引文献】
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1 ;Numerical simulations of compressible mixing layers with a discontinuous Galerkin method[J];Acta Mechanica Sinica;2011年03期
2 ;ENSO Hindcast Experiments Using a Coupled GCM[J];Atmospheric and Oceanic Science Letters;2009年01期
3 ;Comparisons of Low-Level Circulation Characteristics between ECHAM5/MPI-OM Results and NCEP/NCAR Re-Analysis Data in East Asia[J];Atmospheric and Oceanic Science Letters;2010年04期
4 ;Aerosol Indirect Effects on Warm Clouds in the Grid-Point Atmospheric Model of IAP LASG(GAMIL)[J];Atmospheric and Oceanic Science Letters;2010年04期
5 ;A Method for Improving Simulation of PNA Teleconnection Interannual Variation in a Climate Model[J];Atmospheric and Oceanic Science Letters;2011年02期
6 ;An Assessment of MJO and Tropical Waves Simulated by Different Versions of the GAMIL Model[J];Atmospheric and Oceanic Science Letters;2012年01期
7 ;Evaluating the Performances of GAMIL1.0 and GAMIL2.0 during TWP-ICE with CAPT[J];Atmospheric and Oceanic Science Letters;2012年01期
8 ;MJO Simulations by GAMIL1.0 and GAMIL2.0[J];Atmospheric and Oceanic Science Letters;2012年01期
9 ;Preliminary Evaluation of Cloud Fraction Simulations by GAMIL2 Using COSP[J];Atmospheric and Oceanic Science Letters;2012年03期
10 陈二云;赵改平;戴韧;马大为;;可压缩多介质流动的间断有限元方法[J];爆炸与冲击;2010年04期
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1 刘喜迎;;球面正压大气扰动传播的谱元方法数值模拟[A];第七届全国水动力学学术会议暨第十九届全国水动力学研讨会文集(下册)[C];2005年
2 刘喜迎;刘海龙;李薇;;海洋环流模式正压模经济时间积分方案试验[A];第二十三届全国水动力学研讨会暨第十届全国水动力学学术会议文集[C];2011年
3 肖潺;俞永强;宇如聪;;保形平流方案在海洋环流模式中的应用[A];中国气象学会2005年年会论文集[C];2005年
4 谭季青;陈中贇;许福星;付驹;董贞花;庄世宇;王东海;于京燕;王元;王斌;;台风预报中关于水汽源长距离输送数值模拟的初步研究[A];中国气象学会2007年年会天气预报预警和影响评估技术分会场论文集[C];2007年
5 黄应喜;蒋国荣;倪文琪;何金海;俞永强;;气候增暖对热带大气季节内振荡能量传播的影响及其数值模拟[A];第三届长三角气象科技论坛论文集[C];2006年
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2 李东方;几类常及抛物型微分方程的数值算法研究[D];华中科技大学;2011年
3 汪波;求解时域麦克斯韦方程组的间断伽略金方法[D];湖南师范大学;2011年
4 易年余;基于梯度重构的后验误差估计及自适应有限元方法[D];湘潭大学;2011年
5 李灿华;平均间断有限元的强超收敛性及其应用[D];湖南师范大学;2011年
6 蒋国荣;全球增暖背景下热带大气季节内振荡特征变化及其数值模拟[D];南京信息工程大学;2006年
7 郑华盛;流体力学高精度数值方法研究[D];南京航空航天大学;2005年
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9 夏银华;非线性问题的间断有限元方法及其时间离散[D];中国科学技术大学;2008年
10 张莉;全球海气耦合模式对东亚降水模拟的检验[D];中国科学院研究生院;2008年
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3 刘旭恒;求解二维反应扩散方程的局部间断有限元分裂算法研究[D];南京大学;2011年
4 杨芳;局部间断有限元求解带有抛物边界层的奇异摄动方程[D];湖南师范大学;2011年
5 袁海专;基于自适应有限元方法的CO_2埋藏问题数值模拟及RKDG方法的斜率限制器研究[D];湘潭大学;2011年
6 张弘博;求解Burgers方程的数值方法及其稳定性分析[D];哈尔滨工业大学;2010年
7 赵张益;一维浅水方程的Runge-Kutta间断有限元数值模拟与应用[D];天津大学;2010年
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9 刘彦忠;流动与传热问题的间断有限元法数值模拟[D];上海交通大学;2012年
10 吴威威;Cahn-Allen方程与Cahn-Hilliard方程半隐的交替方向discontinuous Galerkin方法[D];上海交通大学;2012年
【同被引文献】
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3 张理论;叶红;吴建平;宋君强;;基于最大负载偏移率的并行负载平衡性能分析[J];计算机研究与发展;2010年06期
4 陈德辉;沈学顺;;新一代数值预报系统GRAPES研究进展[J];应用气象学报;2006年06期
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6 刘翠,成礼智;一个二阶精度的大粒子有限体积方法[J];国防科技大学学报;2004年03期
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9 汪继文,刘儒勋;一种半隐式有限体积-有限元方法的稳定性[J];中国科学技术大学学报;2001年06期
10 张莉;无结构网格有限体积方法及在热对流中的应用研究[J];数学的实践与认识;2003年04期
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1 高智;向华;;摄动有限体积方法和重构近似高精度的意义[A];第四届《海峡两岸计算流体力学学术研讨会》论文集[C];2003年
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3 高智;;对流扩散方程的摄动有限体积(PFV)方法及讨论[A];计算流体力学研究进展——第十一届全国计算流体力学会议论文集[C];2002年
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6 王振亚;叶友达;;预处理方法对低速流场的数值模拟[A];第十届全国计算流体力学会议论文集[C];2000年
7 叶芳;褚春雷;高金耀;;广义差分法及其在地震正演模拟中的应用[A];中国地球物理学会第二十届年会论文集[C];2004年
8 沈学顺;孙健;薛纪善;;GRAPES全球预报系统(GRAPES_GFS)1.0版本的建立和预报性能[A];第26届中国气象学会年会全球和区域气候模式及极端天气气候事件的模拟研究分会场论文集[C];2009年
9 马秀岭;毛东;周爱辉;;有限体积逼近的外推[A];第七届北京青年科技论文评选获奖论文集[C];2003年
10 崔霞;沈智军;袁光伟;;辐射扩散方程的自适应坐标变换方法[A];中国工程物理研究院科技年报(2005)[C];2005年
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1 李兴良;球面阴阳网格与新型多离散矩有限体积方法的应用研究[D];南京信息工程大学;2007年
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