长期数值天气预报的滤波方法

在“一种长期数值天气预报方法的物理基础”一文的理论指导下,本文具体地建立了500毫巴高度距平场和地表温度距平场的月预报方法,并给出了预报试验结果,这一尝试性的研究表明,这是长期数值天气预报一条有希望的途径。     

一个退缩椭圆型方程的边值问题

§1.引言在数值天气预报的理论研究与实际预报业务中,需要研究下述退缩椭圆型方程的边值问题     

聚类分析(Ⅰ)

聚类分析(Cluster Analysis)是数理统计中研究“物以类聚”的一种方法,近十年来发展很快,从数值分类学中独立出来成为专门的分枝,并且在地质勘探、天气预报、生物分类、考古学、医学、心理学以及制定国家标准等许多方面都取得了许多很有成效的应用.由于聚类分析的方法简单有效,近年来引起了各方面对它的重视,有关的专著陆续出了几本,如参考资料[3,4]等;有些杂志连载了这个方法的讲座,如[7]等.聚类分析和数理统计传     

发展方程的计算稳定性问题

一、演变过程方程及差分格式 在数值天气预报中以及求解非定常流体运动时,必须设计计算稳定的格式,所以关于计算稳定性问题的理论研究是很有意义的.在这一类问题中,所要求解的问题大都可以     

非线性优化方法在大气和海洋科学数值研究中的若干应用

控制大气和海洋运动的模式是复杂的非线性模式,在考虑到线性奇异向量和线性奇异值只能描述切线性模式有效时段内小扰动发展的情况下,介绍了作者们近年来用非线性优化方法数值研究大气和海洋科学的有关工作,其中包括非线性奇异向量和非线性奇异值、条件非线性最优扰动、以及它们在数值天气和气候可预报性研究中的应用．结果表明,上述非线性优化方法在很大程度上揭示了大气和海洋运动的非线性特征;此外,对可预报性问题的新分类也做了详细介绍,即最大可预报时间、最大预报误差和最大允许初始误差A·D2这种分类的应用背景是针对数值天气预报和气候预测产品的评价;最后,讨论了数值模式敏感性分析的非线性优化方法,该方法在一定条件下可以定量识别模式误差和初始误差,量化判断数值模式的模拟能力．     

数值天气模式参数选择的全局优化方法

１引言数值天气预报模式中关于参数的选择直接影响到天气预报的准确率,在建立一个数值天气预报系统时,为了得到好的预报效果,必须对模式参数进行优化．在这方面已有许多文献［１］－［７］作过有益的探讨,提供了许多有效的方法,在文献［２］中,给出了一种参数反演的方法．并应用广义线性反演,获得较稳定的计算格式．然而,此方法在每一次迭代时,至少需要解ｎ＋１个正问题（其中ｎ为参数的个数）．又在文献［６］中。引进了四维同化的共轭梯度法,适宜于求解高维问题．然而,共轭梯度法只能求得局部最优解,对初始参数的选取很敏感,…     

非线性涡度方程初边值问题的整体光滑解及其应用

§1 引言 大气动力学是数值天气预报的理论基础。正压无辐散模式是大气动力学中的一个基本模式(涡度方程,参见[1])。     

基于人工鱼群和分形学习的雾霾天气预报方法

针对目前较严重的雾霾污染,雾霾天气预报显得十分重要,通过将改进人工鱼群算法和分形学习相结合,提出了基于人工鱼群和分形学习的雾藕天气预报方法.首先对人工鱼群算法离散化改进,结合分形学习理论降维雾霾数据;其次运用支持向量机和5-折交叉验证技术分类分布可能不平坦的数据集;最后建立雾霾天气预报模型.实验结果表明,数据降维后更有利于提高分类器性能,与传统预报方法相比,预报性能更优,具有较高的稳定性和可信性.     

非饱和水流问题的混合元法及其数值模拟

1.引 言 均质土壤中的地下水流动可归结为非饱和土壤水的流动,是土壤水未完全充满孔隙时的流动,是多孔介质流体运动的一种重要形式.非饱和流动的预报在大气科学、土壤学、农业     

解浅水方程离散化线性方程组的PEk方法

定义于球面的浅水方程能够很好地描述浅齐次的不可压缩非黏滞流体层的性状,它在全球大气模型、海洋数字模型和天气预报的数值计算中都有广泛的应用,浅水方程的一般形式如下：     

套网格有限差分方法求解——一阶双曲方程初边值问题的稳定性条件

本文讨论用套网格(Nesting grid)有限差分方法求解一阶双曲方程初边值问题,即在不同的区域做不同的网格剖分,选用相同或不同精度的差分格式.这种方法亦称杂交法(Hybrid Difference Method)或混合型差分方法(Mixed Difference Method),它广泛应用于数值天气预报和流体力学数值计算中,特别,对于局部区域上的解,其梯度变化激烈,而在其余区域上解的梯度变化平稳时,选用这种方法更有优越性。 [5,8,10]是套网格差分格式稳定性方面的工作,上述工作均以Kreiss定理为基础,针对两层显式耗散格式讨论,因而不便于应用,本文旨在利用GKS理论,寻求一般形式套网格差分格式稳定性的判别条件,§1针对模型问题建立套网格差分格式的一般形式,并介绍GKS理论的一种变形;§2建立套网格差分格式稳定性判别条件;§3是对一类差分格式和网格条件给出易于检验的稳定性判别准则;§4推广了Ciment匹配定理,并证明§3中的主要结果,最后§5是数值例子, 本文采用[1],[3]的符号。     

一种长期数值天气预报方法的物理基础

本文对一种新的长期数值天气预报方法的物理基础作了探讨。在考虑了各种热源(汇)的参数化形式后,建立了海-气联合系统中的闭合运动方程组。对这组方程的频率分析指出,存在两类在性质上完全相异的运动形式,其中一类是振荡周期为几天的短期波,它本质上是Rossby行波;另一类则是时间尺度为月的长期波。在非绝热作用下,这两类波可以是发展的(不稳定)。为了避免短期波以及误差所造成的虚拟过程的强烈发展,而把作为预报对象的、振幅较小的长期波的演变给掩盖掉,作者认为,在方法论上可以把短期波看成是一种“干扰”长期波的“噪音”而滤掉它。文中给出了一种滤掉短期波的方法。最后,分析了海洋的表层温度和大气运动之间的相互适应过程,指出,对于长周期运动,大气运动主要向初始的海温场适应。这就进一步为滤波后的长期预报方法提供了理论根据。     

灾害性天气预报理论模式的稳定性分析

详细讨论、分析了涉及灾害性天气预报的理论模式的稳定性,这些模式包括:非静力完全弹性方程组、滞弹性方程组．证明了非静力完全弹性方程组在无穷可微函数类中是稳定方程;滞弹性方程组则因为对流体的特殊假设,改变了连续方程的形式,于是出现了“流体为粘性与不可压假设的匹配”现象,从而使在实际预报工作中占有重要地位的这一类重要方程组与Navier-Stokes方程呈现了相同拓扑性质的不稳定性,而这是在数值预报工作中首先应该避免的．据此提出了如何修改应用模式的参考意见．     

使用多时刻观测资料的数值天气预报新模式

本文在假设输出信息与干扰无关的情况下,提出了一个多时刻的预报模式。这个模式使用多时刻观测资料,将动力方法与统计方法结合起来。这样,就可以把数值天气预报作为一个演变问题来进行研究。文中对多时刻观测资料连同所要预报的数值在一起,依经验正交函数展开,动力方程采用正压涡度方程。但是,所提出的模式同样可以应用到其它任何动力方程,例如原始方程。为了对统计动力预报方程,进行数值求解,提出了一个三重迭代方法。最后,文中还给出了实际预报的结果。     

多项式插值算法的舍入误差分析

本文定义了多项式插值算子的条件数和多项式插值算法的数值稳定性等概念.主要研究结果是:若n和Y_max不太大,当结点等距分布时,Lagrange插值和Newton插值算法都是数值稳定的.但是不论结点如何分布,上述两法的外推计算可能是数值不稳定的.文中数值例子验证了这些理论结果.     

轮扁之祸——数学学习的“意”

1 天气预报与代数式 用语言表述代数式a-(-b+c)的意义:a与b的相反数与c的和的差.这种代数式意义的表述,不禁让笔者想起了中央电视台的天气预报中的一段专业术语:"西北地区东南部中部偏北地区",其实指的就是宁夏地区.     

基于h指数和g指数的中国大气科学学科的论文评价

本文利用2009-2011年中国拥有大气科学学科的重点高校和两所研究院所发论文的总载文量和总被引次数,分别计算了他们h指数和g指数,并对指数的适用性进行了分析讨论.     

随机微分方程改进的分裂步单支θ方法的强收敛性

本文提出了一个改进的分裂步单支θ方法,在漂移项系数满足单边Lipschitz条件下,证明了当数值方法的参数θ满足1/2 ≤ θ ≤ 1时,该数值方法对于这类随机微分方程是强收敛的,并在现有文献的基础上将方法的收敛阶从1/2阶提高到1阶;当0 ≤ θ ≤ 1/2时,若漂移项系数进一步满足线性增长条件,该数值方法也是强收敛的,收敛阶为1阶.文末的数值试验验证了理论结果的正确性.     

符号和数值混合计算

符号计算和数值计算是两种不同的解决科学和技术发展中问题的计算方法.符号计算可以得到问题精确的完备解,但是计算量大且表达形式往往十分庞大;数值计算可以快速地处理很多实际应用中的问题,但是一般只能得到近似的局部解.特别地,数值计算处理病态问题时,收敛往往较慢且容易出错.着重介绍了符号计算和数值计算之间的密切联系,以及如何运用这两大领域的最新研究成果,探索和开发符号和数值混合计算算法和软件,使之兼备符号计算的完备化和数值计算的高效性.     

带Poisson跳年龄相关随机时滞种群系统的均方稳定性

本文研究了带Poisson跳年龄相关随机时滞种群系统均方稳定性的问题.在一定条件下,给出了数值解均方稳定的定义.利用补偿随机θ法讨论系统数值解的均方稳定性,给出数值解稳定的充分条件.获得了当1/2≤θ≤1时,对于任意的步长?τ/m,数值解是均方稳定的;当0≤θ1,时,如果步长?t∈(0,?t0),数值解是指数均方稳定的的结果.最后通过数值算例推广并验证了结果的有效性和正确性.