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天气模型(或者,正如他们更通常被称为,大气模型)是计算机程序,读入输入数据(初始条件)和解决偏微分方程产生未来的大气状态根据初始条件。虽然@JonEricson提供了一个总体不错,但坊间的总结模型做什么,在这里我所需要的具体步骤描述的大气模型产生一个预测。大部分的回答也适用于海洋环流和气候模型。信不信由你,我还有朋友相信天气预报坐在一张地图和头脑风暴云会的地方。希望,这回答将提供一个简单的要理解,但彻底解释对大气和海洋预测模型是如何工作的。

1. 大气的进化可能是描述一个系统的偏微分方程(pde)。大多数情况下,这些都是原始方程,由动量方程(解决速度v $ \ mathbf {} $或动力$ \ mathbf{\ρv} $),连续性(或质量守恒方程)和热能方程求解温度元新台币和特定的湿度问美元)。连续性方程与动量方程闭合是必要的。这些方程可以近似在许多方面,产生一组减少和/或简化的方程。有些近似静压、Boussinessq滞弹的等等。在最完整的原始方程形式的气氛,预后状态变量你美元,五美元,w美元,$ p $,元新台币,问美元。一个理想化的氛围也可以模拟只有(没有热力学)动量方程和连续性方程,浅水方程,或者只是绝对涡度方程。后者的一个例子,看到开创性的论文恰尼,Fjortoft和冯·诺依曼(1950),数值预测500 mb涡度通过整合绝对涡度方程。因为他们的模型是正压,它不能产生气旋生成。然而,他们取得了史上第一个成功的数值天气预报,跑在第一台通用计算机及其模型,ENIAC。

2. 现在以动量方程为例:

从左到右,我们有时间趋势的动量,平流,科里奥利力,压力梯度,粘性耗散,最后,任何外部强迫或次网格趋势。不幸的是,平流项v $ \微分算符(\ρ\ mathbf{} ^{2})美元是非线性的,因为这一项,这个方程的解析解是不清楚。这一项也是大气的原因(和液体一般来说)是混乱的,和小错误v $ \ mathbf {} $迅速增长,因为他们用这个词。如果方程线性化,v $ \微分算符(\ρ\ mathbf{} ^{2}) = 0美元分析解决方案存在。例如,罗斯比开尔文波庞加莱都解析解在一定减少的势头(或涡度方程)。但是他们都是线性的。它是重要的识别在这里,我们需要非线性平流项如果我们希望产生准确的预测。因此,我们解决方程数值。

3. 这些pde如何解决?处理器不能做衍生品——他们知道如何添加数字和如何乘他们。所有其他操作来自这两个。因此,我们需要以某种方式使用基本的算术运算近似偏导数。感兴趣的领域(全球)是一个网格上离散。每个网格单元都有一个值为每个状态变量。例如,以方向的压力梯度项:

在哪里我美元,j网格索引吗美元$ x, y。这个示例使用有限的差异,集中在空间。还有许多其他离散化偏导数的方法,和那些正在使用在现代模型通常比这个例子更复杂。如果网格间距不是统一的,有限体积方法如果必须使用吗计算quantitity是守恒的。有限元方法更常见的计算流体动力学问题在工程非结构化网格上定义,但可以用于解决大气和海洋。谱方法使用为一些全球模型如GFS和ECMWF。

4. 流程未解决网格规模(术语\φ美元)的形式实现参数化方案。参数化过程可能包括湍流边界层混合,积云对流,云粒子物理学、辐射、土壤物理学、化学成分等参数化方案仍在一个正在进行的研究课题,精益求精。有许多不同的方案,所有上面列出的物理过程。一些工作比其他人在不同气象情况。

5. 一旦所有的条款在纸上离散方程,离散方程的形式编写计算机代码。最大气、海洋环流和海洋波模型是用Fortran编写的。这主要是由于历史原因,有悠久的历史,Fortran的奢侈品有非常成熟的编译器和优化线性代数库。如今,非常有效的C、c++和Fortran编译器可用,它更偏好的问题。然而,Fortran代码仍然是最流行的在大气和海洋建模中,甚至在最近开始项目。最后,上述压力梯度项的示例代码行是这样的:

   dpdx (i, j, k) = 0.5 * (p (i + 1 j k) - p(张j k)) / dx (i, j)

整个代码被编译成机器语言,然后加载到处理器(s)。该模型程序不是任何东西用户友好的图形界面——这是最常见的高性能多处理器集群上运行从哑终端。

6. 一旦启动,程序奔去(但不是小心翼翼地)通过未来的时间步骤。状态变量的计算值在每个网格点都存储在一个输出文件,通常每小时(模拟时间)。输出文件可以读取和图形可视化软件产生相当的图像模型预测。然后用作预测提供有意义的指导和合理的预测(模型并不总是产生合理的结果)。

天气模型(或者,正如他们更通常被称为,大气模型)是计算机程序,读入输入数据(初始条件)和解决偏微分方程产生未来的大气状态。虽然@JonEricson提供了一个总体不错,但坊间的总结模型做什么,在这里我所需要的具体步骤描述的大气模型产生一个预测。这回答一般适用于海洋环流和气候模型也。许多人相信天气预报坐在一张地图和头脑风暴云会的地方。这回答的目标是提供一个简单的理解但彻底解释对大气和海洋预测模型是如何工作的。

1. 大气的进化可能是描述一个系统的偏微分方程(pde)。大多数情况下,这些都是原始方程,由动量方程(解决速度v $ \ mathbf {} $或动力$ \ mathbf{\ρv} $),连续性(或质量守恒方程)和热能方程求解温度元新台币和特定的湿度问美元)。连续性方程与动量方程闭合是必要的。这些方程可以近似在许多方面,产生一组减少和/或简化的方程。有些近似静压、Boussinessq滞弹的等等。最完整的原始方程形式的大气预后状态变量你美元,五美元,w美元,$ p $,元新台币,问美元。一个理想化的氛围也可以模拟只有(没有热力学)动量方程和连续性方程,浅水方程或绝对涡度方程。后者的一个例子,看到开创性的论文恰尼,Fjortoft和冯·诺依曼(1950)数值预测500 mb涡度通过整合绝对涡度方程。因为他们的模型是正压它不能产生气旋生成。然而,他们取得了史上第一个成功的数值天气预报和他们跑在第一台通用计算机模型,ENIAC。

2. 现在以动量方程为例:

从左到右,我们有时间趋势的动量,平流,科里奥利力,压力梯度,粘性耗散,最后,任何外部强迫或次网格趋势。不幸的是,平流项v $ \微分算符(\ρ\ mathbf{} ^{2})美元是非线性的,因为这一项,这个方程的解析解是不清楚。这一项也是大气的原因和其他液体是混乱的在自然界中和小错误v $ \ mathbf {} $迅速增长,因为他们用这个词。如果方程线性化,v $ \微分算符(\ρ\ mathbf{} ^{2}) = 0美元分析解决方案可以找到。例如,罗斯比开尔文波庞加莱都一定减少组的分析解决方案线性化动力或涡度方程。识别是非常重要的,我们需要非线性平流项如果我们希望产生准确的预测。因此我们解决方程数值。

3. 这些pde如何解决?处理器不能做衍生品——他们知道如何添加和乘数字。所有其他操作来自这两个。我们需要以某种方式使用基本的算术运算近似偏导数。感兴趣的领域(全球)是一个网格上离散。每个网格单元都有一个值为每个状态变量。例如,以方向的压力梯度项:

在哪里我美元,j网格索引吗美元$ x, y。这个示例使用有限的差异,集中在空间。还有许多其他离散化偏导数的方法,和那些正在使用在现代模型通常比这个例子更复杂。如果网格间距不是统一的,有限体积方法如果必须使用吗预测quantitity是守恒的。有限元方法更常见的计算流体动力学问题在工程非结构化网格上定义,但可以用于解决大气和海洋。谱方法使用在一些全球模型如GFS和ECMWF。

4. 流程未解决网格规模(术语\φ美元)的形式实现参数化方案。参数化过程可能包括湍流边界层混合,积云对流,云粒子物理学、辐射、土壤物理学、化学成分等参数化方案仍在一个热研究课题,精益求精。有许多不同的方案,所有上面列出的物理过程。一些工作比其他人在不同气象情况。

5. 一旦所有的条款在纸上离散方程,离散方程的形式编写计算机代码。最大气、海洋环流和海洋波模型是用Fortran编写的。这主要是由于历史原因,有悠久的历史,Fortran的奢侈品有非常成熟的编译器和优化线性代数库。如今,非常有效的C、c++和Fortran编译器可用,它更偏好的问题。然而,Fortran代码仍然是最流行的在大气和海洋建模中,甚至在最近开始项目。最后,上述压力梯度项的示例代码行是这样的:

   dpdx (i, j, k) = 0.5 * (p (i + 1 j k) - p(张j k)) / dx (i, j)

整个代码被编译成机器语言,然后加载到处理器(s)。该模型程序通常不用户友好的图形界面——这是最常见的高性能多处理器集群上运行从哑终端。

6. 一旦启动,程序通过时间离散步骤走向未来。状态变量的计算值在每个网格点都存储在一个输出文件,通常每小时(模拟时间)。输出文件可以读取和图形可视化软件产生相当的图像模型预测。然后用作预测提供有意义的指导和合理的预测。

在哪里我美元,j网格索引吗美元$ x, y。这个示例使用有限的差异,集中在空间。还有许多其他离散化偏导数的方法,和那些正在使用在现代模型通常比这个例子更复杂。此外,网格可能是结构化(矩形)或非结构化(非均匀多边形元素)。

4. 流程未解决网格规模(术语\φ美元)的形式实现参数化方案。参数化过程可能包括湍流边界层混合,积云对流,云粒子物理学、辐射、土壤物理学、化学成分等。

5. 一旦所有的条款在纸上离散方程,离散方程的形式编写计算机代码。最大气、海洋环流和海洋波模型是用Fortran编写的。这主要是由于历史原因,有悠久的历史,Fortran的奢侈品有非常成熟的编译器和优化线性代数库。如今,非常有效的C、c++和Fortran编译器可用,它更偏好的问题。然而,Fortran代码仍然是最流行的在大气和海洋建模中,甚至在最近开始项目。最后,上述压力梯度项的示例代码行是这样的:

   dpdx (i, j, k) = 0.5 * (p (i + 1 j k) - p(张j k)) / dx (i, j)

在哪里我美元,j网格索引吗美元$ x, y。这个示例使用有限的差异,集中在空间。还有许多其他离散化偏导数的方法,和那些正在使用在现代模型通常比这个例子更复杂。如果网格间距不均匀,有限体积方法必须是如果使用计算quantitity是守恒的。有限元方法更常见的计算流体动力学问题上定义非结构化在工程网格,但可用于大气和海洋动力学。谱方法用于一些全球模型GFS和ECMWF。

4. 流程未解决网格规模(术语\φ美元)的形式实现参数化方案。参数化过程可能包括湍流边界层混合,积云对流,云粒子物理学、辐射、土壤物理学、化学成分等。参数化方案仍然是一个正在进行的研究课题,精益求精。有许多不同的方案,所有上面列出的物理过程。一些工作比其他人在不同气象情况。

5. 一旦所有的条款在纸上离散方程,离散方程的形式编写计算机代码。最大气、海洋环流和海洋波模型是用Fortran编写的。这主要是由于历史原因,有悠久的历史,Fortran的奢侈品有非常成熟的编译器和优化线性代数库。如今,非常有效的C、c++和Fortran编译器可用,它更偏好的问题。然而,Fortran代码仍然是最流行的在大气和海洋建模中,甚至在最近开始项目。最后,上述压力梯度项的示例代码行是这样的:

   dpdx (i, j, k) = 0.5 * (p (i + 1 j k) - p(张j k)) / dx (i, j)

天气模型(或者,正如他们更通常被称为,大气模型)是计算机程序,读入输入数据(初始条件)和解决偏微分方程产生大气的未来状态,根据初始条件。虽然@JonEricson提供了一个总体不错,但坊间的总结模型做什么,在这里我所需要的具体步骤描述的大气模型产生一个预测。我希望尽可能地清晰。如果有什么不清楚,请留下你的评论。几乎所有我将写在这里也应用海洋环流模式。信不信由你,我还是有朋友相信天气预报坐在一张地图和头脑风暴云会的地方。希望这个答案能提供一个简单的理解,但彻底解释对大气和海洋预测模型是如何工作的。

1. 大气的进化可能是描述一个系统的偏微分方程(pde)。大多数情况下,这些都是原始方程由动量方程(求解速度v $ \ mathbf {} $或动力$ \ mathbf{\ρv} $),连续性(或质量守恒方程)和热能方程求解温度元新台币和特定的湿度问美元)。连续性方程与动量方程闭合是必要的。这些方程可以近似在许多方面,产生一组减少和/或简化的方程。有些近似静压、Boussinessq滞弹的等等。在最完整的原始方程形式氛围,预后状态变量你美元,五美元,w美元,$ p $,元新台币,问美元。一个理想化的氛围也可以模拟只有(没有热力学)动量方程和连续性方程,浅水方程,或者只是绝对涡度方程。后者的一个例子,看到开创性的论文恰尼,Fjortoft和冯·诺依曼(1950),数值预测500 mb涡度通过整合绝对涡度方程。因为他们的模型是正压,它不可能产生气旋生成。然而,他们取得了第一个成功的数值天气预报。

2. 现在以动量方程为例:

天气模型(或者,正如他们更通常被称为,大气模型)是计算机程序,读入输入数据(初始条件)和解决偏微分方程产生大气的未来状态,根据初始条件。虽然@JonEricson提供了一个总体不错,但坊间的总结模型做什么,在这里我所需要的具体步骤描述的大气模型产生一个预测。大部分的答案也适用于对海洋环流和气候模型。信不信由你,我还是有朋友相信天气预报坐在一张地图和头脑风暴云会的地方。希望这个答案能提供一个简单的理解,但彻底解释对大气和海洋预测模型是如何工作的。

1. 大气的进化可能是描述一个系统的偏微分方程(pde)。大多数情况下,这些都是原始方程由动量方程(求解速度v $ \ mathbf {} $或动力$ \ mathbf{\ρv} $),连续性(或质量守恒方程)和热能方程求解温度元新台币和特定的湿度问美元)。连续性方程与动量方程闭合是必要的。这些方程可以近似在许多方面,产生一组减少和/或简化的方程。有些近似静压、Boussinessq滞弹的等等。在最完整的原始方程形式氛围,预后状态变量你美元,五美元,w美元,$ p $,元新台币,问美元。一个理想化的氛围也可以模拟只有(没有热力学)动量方程和连续性方程,浅水方程,或者只是绝对涡度方程。后者的一个例子,看到开创性的论文恰尼,Fjortoft和冯·诺依曼(1950),数值预测500 mb涡度通过整合绝对涡度方程。因为他们的模型是正压,它不可能产生气旋生成。然而,他们取得了第一个成功的数值天气预报在历史上,他们跑在第一台通用计算机模型,ENIAC。

2. 现在以动量方程为例: