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扩散系数反演及其差分格式研究

刘峰 胡非

刘峰, 胡非. 扩散系数反演及其差分格式研究. 应用气象学报, 2003, 14(3): 331-338..
引用本文: 刘峰, 胡非. 扩散系数反演及其差分格式研究. 应用气象学报, 2003, 14(3): 331-338.
Liu Feng, Hu Fei. Inversion of diffusion coefficients and effect of related difference schemes. J Appl Meteor Sci, 2003, 14(3): 331-338.
Citation: Liu Feng, Hu Fei. Inversion of diffusion coefficients and effect of related difference schemes. J Appl Meteor Sci, 2003, 14(3): 331-338.

扩散系数反演及其差分格式研究

资助项目: 

中国科学院知识创新工程项目资助 KZCX2-204

Inversion of Diffusion Coefficients and Effect of Related Difference Schemes

  • 摘要: 空气污染预报属于正问题,而从污染物浓度来求解扩散系数则属于反问题。正问题和反问题有着本质的不同,在解的定义和求解方法上也有很大的区别。从最优控制的角度定义了大气边界层中垂直扩散系数反演问题的解,用伴随模式方法得到目标函数的梯度并求解反问题。研究中发现,反演的结果与模式差分格式的选取有关,与测试源的设置也有直接的关系。在经过多次数值试验后,对于误差的来源进行了理论分析,发现了反演结果与差分格式及测试源之间的联系,得到了满意的反演结果,并为实验测定扩散系数提供了依据。
  • 图  1  扩散系数的“真实”值

    图  2  源和浓度的垂直分布 (浓度极大值与测试源位置相对应)

    图  3  格式一反演结果

    (测试源间隔为5倍格距;粗实线:反演值,细实线:“真实值”)

    图  4  目标函数梯度 (×10-6) 的垂直分布

    (小圆圈对应着反演不好的点)

    图  5  格式一反演结果 (测试源间隔为4倍格距;实线:“真实值”,圆圈:反演值)

    图  6  格式二的反演结果 (测试源间隔为5倍格距;粗实线:反演值,细实线:“真实值”)

    图  7  反演系数所得浓度与观测浓度的对比

    图  8  格式二反演结果 (测试源间隔为4倍格距;实线:“真实值”,圆圈:反演值)

  • [1] 黄光远.数学物理反问题.济南:山东科学技术出版社, 1993.
    [2] Stull R B.边界层气象学导论.北京:气象出版社, 1991.
    [3] 胡非.湍流、间歇性与大气边界层.北京:科学出版社, 1995.
    [4] Marchuk G I. Mathematical Models in Environmental Problems. Elsevier Science Publishers B.V., 1986.
    [5] Jiang Zhu, Qingcun Zeng, Dongjian Guo, et al. Optimal control of sedimentation in navigation channels. Journal of Hydraulic Engineering, 1999, 125(7): 750-759. doi:  10.1061/(ASCE)0733-9429(1999)125:7(750)
    [6] 桑建国.大气扩散的数值模拟.北京:气象出版社, 1992.
    [7] 朱江, 曾庆存, 郭东建, 等. IAP正压模式的伴随模式和二阶伴随模式的构造.中国科学 (D辑), 1997, 27(3): 277-283. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JDXK199703014.htm
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出版历程
  • 收稿日期:  2002-04-18
  • 修回日期:  2002-07-15
  • 刊出日期:  2003-06-30

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