عنوان پایان‌نامه
اثر شرایط مرزی در نگهداشت توازن در معادلات پیش بینی عددی وضع هوا برای منطقه محدود
- رشته تحصیلی
- هواشناسی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 52411;کتابخانه موسسه ژئوفیزیک شماره ثبت: 745
- تاریخ دفاع
- ۲۱ شهریور ۱۳۹۰
- دانشجو
- دانیال یازجی
- استاد راهنما
- علیرضا محب الحجه, سرمد قادر
- چکیده
- از جمله راه‌های مرسوم جهت انجام آزمون درستی یک روش عددی برای شارش‌های جوی، کاربست آن به مدلی ساده‌تر از جو واقعی نظیر مدل آب کم‌عمق است. در کاربرد روش‌های عددی برای حل معادلات این مدل در یک منطقه محدود با دو مشکل اساسی فرمول‌بندی و بررسی اثرات شرایط مرزی بر نتایج الگوریتم‌های عددی و نحوه تحلیل کیفیت نتایج حاصل از الگوریتم‌های عددی مواجه هستیم. مطالعه بخش‌های متوازن (تاواری) و نامتوازن (امواج گرانی) و برهمکنش آنها رهیافت مناسبی برای بررسی نتایج یک الگوریتم می‌باشد. در این پژوهش، نتایج دو الگوریتم عددی با استفاده از ایده‌های توازن و وارونگی تاوایی پتانسیلی در سه تفکیک با راهبردهای مختلف مرزی برای مدل بسیطی آب کم عمق تک لایه‌ای در یک منطقه محدود، شامل بخش عمده‌ای از اروپا و خاورمیانه و بخش‌ها از شمال افریقا، مقایسه می‌شوند. این دو الگوریتم عبارتند از: (1) الگوریتم اویلری دارای پایستاری آنزتروفی پتانسیلی (سادورنی 1975) با سه راهبرد در اعمال شرایط مرزی و (2) یک الگوریتم مشتق از آن که بر مبنای تغییر متغیرهای پیش‌یابی از مؤلفه‌های تکانه و ارتفاع ژئوپتانسیلی به‌صورت تاوایی پتانسیلی راسبی، واگرایی و ارتفاع ژئوپتانسیلی با دو راهبرد در اعمال شرایط مرزی به‌دست می‌آید. انتگرال‌گیری توسط این دو الگوریتم با راهبردهای مختلف برای تراز 500 هکتوپاسکال از اول ماه فوریه 2003 و به مدت 48 ساعت انجام شد. نتایج، کاربست موفق سه راهبرد مرزی برای الگوریتم اویلری در سه تفکیک را نشان می‌دهد و در الگوریتم مشتق، راهبرد اول در 24 ساعت اول و راهبرد دوم در 24 ساعت دوم برتری نسبی نشان می‌دهند.
- Abstract
- The application to a model that less complex than the real atmosphere is one of the usual methods to analyze the accuracy of numerical algorithms in numerical weather prediction (NWP). One such model is provided by the shallow water equations. The analysis of the quality of the solution obtained by a numerical algorithm, the formulation of the boundary conditions and analyzing their effects on the solution are the main problems faced when applied to solve this model in a limited-area. A particularly powerful approach is to use the decomposition of flow to balanced (vortical) and unbalanced (gravity-wave) parts to analyze the working of numerical algorithms. In this study, the ideas of balance and potential vorticity (PV) inversion are applied to the analysis of the numerical solutions of two specifically designed numerical algorithms for one-layer shallow water model in a limited-area on the sphere. The two numerical algorithms are solved in three spatial resolutions using different strategies in the formulation of the boundary conditions. These numerical algorithms are: the potential enstrophy conserving of Sadourny (1975), which is an Eulerian algorithm, with three strategies for the boundary conditions, and a PV-based algorithm derived from Sadourny’s algorithm by simply changing the prognostic variables from momentum–geopotential height to PV, divergence, and geopotential height, with two strategies for the boundary conditions. The 48 hours integration of the model equations by these two algorithms with different strategies for the boundary conditions is preformed at the 500 hPa level, starting form the first of February 2003. Results show that the three strategies of the boundary conditions for the Eulerian algorithm in the three spatial resolutions are successful in maintaining the balance, and for the PV-based algorithm, the first and second strategies give better results in the first and the second 24 hours of integration, respectively.
