正压原始方程模式：分离半隐式积分方案研究

"这篇1988年的论文探讨了正压原始方程模式中的分离半隐式积分方案，旨在提高模式稳定性和效率。通过实验，该方案被证实能显著减少计算时间，对于24小时预报，计算时间是分离显式方案的一半，显式方案的四分之一。文章涉及的内容包括控制方程组的分离、平流方程组和适应方程组、差分格式以及时间步长的设定。" 这篇论文详细介绍了在正压原始方程模式中采用的一种新的积分方案——分离半隐式积分方案。正压原始方程模式是大气科学中用于模拟大气运动的基础模型，它基于无粘性、不可压缩和静力平衡的假设，适用于地球中纬度地区的流体运动研究。在论文中，作者采用了特定的控制方程组，这些方程描述了流体的动态行为，并且通过分离方法将其划分为平流方程组和适应方程组。 分离半隐式积分方案的关键在于对这两个方程组分别进行处理。平流方程组使用显式两步平流方案进行积分，而适应方程组则采用全隐式方案，这样做的目的是确保整个系统的稳定性同时减少计算复杂性。为了简化适应方程组的线性求解，论文中还提到在连续方程中处理了辐散项，使其保持常数值，从而使得整个系统更加线性化。 在空间离散方面，论文采用了错位网格，并给出了差分格式的详细表述，特别是显式两步平流方案和平流方程的时间步长设置，这些都是影响数值模拟精度和稳定性的关键因素。通过这些设定，论文展示了分离半隐式积分方案在保持计算精度的同时，能够显著缩短计算时间，这对于天气预报模型的运行至关重要，因为它允许更快地生成预测结果，提高了预报效率。 此外，文中还提供了一个理想的初始自由面高度场，并根据准地转近似计算了初始风场，这是启动模拟过程的必备条件。最后，作者通过实际的计算试验验证了这种方法的有效性，实验结果表明，新方案的性能优于传统的分离显式和显式方案。 这篇1988年的论文对正压原始方程模式的积分方案进行了深入研究，提出的分离半隐式积分方案在稳定性和计算效率上取得了突破，对于当时的气象科学领域具有重要的理论和实践意义。