第 18卷增刊 2 系
统 仿 真 学 报 © V ol. 18 Suppl.2
2006年 8月 Journal of System Simulation Aug., 2006
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平湖十八楼许丽人,徐幼平,李 鲲,成 巍,程 锐,邓志武
(北京市应用气象研究所 , 北京 100029
摘 要:大气环境仿真模型 是大气环境仿真试验及大气环境仿真系统建设的基础和前题, 是 综合 自然环境仿真 的重要组成部分。 阐述了 大气环境仿真模型的三种设计方法, 即理想化模型、 统计 特征模型和数值模型, 并着重以统计特征模型为例, 提出了统计建模的具体步骤和方法, 最后指 出了 大气环境仿真模型的关键技术 及其发展中 应注意的问题 。 关键词:大气环境仿真;综合自然环境;仿真模型;关键技术 中图分类号:TP391.9 文献标识码 :A 文章编号:1004-731X (2006 S2-0024-04
Research on Modeling Methods of Atmospheric Environment Simulation
XU Li-ren, XU You-ping, LI Kun, CHENG We, CHENG Ru, DENG Zhi-wu
(Beijing Institute of Applied Meteorology, Beijing 100029
Abstract: The atmospheric environment simulation model is basis and proposition for atmospheric environment simulation
experiment and atmospheric environment simulation system, is one of important parts of
synthetic natural environment(SNE simulateion. Firstly, three design methods of atmospheric environment simulation model are discussed, such as idealized model , statistical characteristic model and numerical model. Secondly, by taking statistical characteristic model as an example, the process and means of statistical modeling are presented. Finally, the key technologies of atmospheric environment simulation model and attentive questions during the process of developing are pointed out.
Key words: atmospheric environment simulation; synthetic natural environment(SNE; simulation model; key technologies
引 言
综合自然环境 (Synthetic Natural Environment, 简称 SNE 仿真是包括地形、大气、海洋和空间在内的整个自然环境, 其研究对象包括了整个自然环境仿真领域, 目标是为国防和 军事领域的建模和仿真应用提供权威、 一致的综合自然环境 数据和模型。大气环境是 SNE 的重要组成部分,对社会活 动、作战过程以及武器装备的性能等具有重要影响。 1995年 美 国 国 防 部 发 布 了 建 模 与 仿 真 主 计 划 (Modeling and Simulation Master Plan, MSM
P[1]。
该计划提出了基本发展战 略和设想, 以及要努力实现的 6大目标, 其中第二大目标就 是提供自然环境适时而权威的表示。
大气的动态和静态物理特性对武器系统性能及作战效 能的影响, 一直是武器系统设计和作战使用所必需考虑的重 要问题 [2-3]。利用大气环境仿真手段深入研究大气环境特征 及其模型, 对于优化武器系统设计、 提高武器系统环境适应 性能及其作战能力,都是非常必要的 [4-6]。
大气环境仿真模型是以计算机和各种物理效应设备为 技术手段,对实际大气环境要素和各种天气现象进行描述, 建立各主要因素之间的逻辑关系和数学关系, 使其反映实际 大气的最本质的机理和物理过程,最大可能地表征真实大
收稿日期:2006-05-12
tubik修回日期:2006-06-10
天津港劳务发展有限公司作者简介:许丽人 (1972-, 女 , 黑龙江人 , 博士 , 高工 , 研究方向为大气 环境建模与仿真、 边界层气象学等 ; 徐幼平 (1963-, 男 , 江西人 , 研究员 , 研究方向为大气环境建模与仿真、中尺度数值模拟等。
气。 大气环境仿真模型是武器装备仿真模型体系的一个有机 组成部分, 是开展大气环境对各种高技术武器系统作战影响 数值仿真试验的重要技术基础。
1 大气环境仿真对象及模型设计方法
1.1 大气环境仿真对象甲基三氯硅烷
由于大气运动包含了各种时间和空间尺度运动,因此其 产生的机理和发展过程各不相同。 大气环境仿真的对象包括:
1 气温、气压、大气密度、空气湿度和风的时空分布; 2 云、雨、雪和雾的宏微观结构及其时空分布和演变; 3 雷暴、台风和暴雨等危险天气系统生成、移动、发 展和消亡的四维演变过程;
4 大气能见度、昏暗度和照明度的场景描述; 5 霾、沙尘和烟尘污染(包括核、生、化武器的再生 环境环境定量描述。
1.2 仿真模型设计方法
开展大气环境对实体模型影响的仿真研究, 需要建立描 述大气特征的仿真模型。 就目前国内外发展现状看, 建立大 气环境仿真模型主要有三种方式:一是通过对大气最基本特 征的理论分析和数学简化提出的理想化模型; 二是基于大量 观测资料和观测事实进行分析和统计, 所建立的统计特征模 型; 三是按照流体力学和大气运动规律建立并求解大气运动 的非线性方程组, 并进行数值模拟, 从中给出的大气环境数 值模型。
2006年 8月 许丽人 ,
等:大气环境仿真建模方法研究 Aug., 2006
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1.2.1 理想化模型张少川
大气扰动的复杂性使得在工程应用中对它难于进行全面 且恰当的表示, 因此在武器系统研制仿真中通常采用简化的模 型。 这些模型只能表征大气变化的简单规律, 难于反映大气复 杂变化的基本事实和基本规律, 如标准大气仅把大气表示为无 空间和时间变化的常态大气。 为提高武器装备系统仿真的逼真 性, 有必要采用最新的科学理论和技术不断地改进理想化的大 气环境仿真模型,使其能够更加准确地反映大气扰动的特征, 不断满足现代武器装备系统对环境仿真的需求。 1.2.2 统计特征模型
利用大量的外场观测资料进行大气环境结构及特征分 析, 寻大气环境的运动规律及变化特征, 是大气环境研究 最基本的方法。 它不仅对揭示大气运动的时空变化规律具有 重要作用, 而且也将为数值仿真模式及模型设计、 模式参数 调整、 模式修正和结果验证等提供观测基础。 利用观测资料 进行统计建模的步骤如下:
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