大气海洋环境数值模拟中的相关计算问题解析摘要：为了充分研究与发展气候与环境数值模拟，本文就大气海洋环境模拟有关计算问题进行了简要分析。结果表明大气海洋环境模拟有关计算问题容易发生计算紊乱与非线性计算失稳的情况。并且简述了问题的虚假频散、能量关系损坏及能谱非线性转移，讨论了计算稳定性、能量守恒与算子非负性间的关系问题，希望为广大研究相关问题的人员提供参考。关键词：大气海洋环境;数值模拟;计算问题：X834：A：2095-672X（2020）06-0-01DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.06.074AnalysisofrelatedcalculationproblemsinnumericalsimulationofatmosphericandmarineenvironmentQiuXixi（GuangzhouBlueOceanTechnologyCo.，Ltd.，GuangzhouGuangdong510000，China）Abstract：Inordertofullyresearchanddevelopclimateandenvironmentnumericalsimulation，thecalculationproblemsofatmosphericandoceanicenvironmentsimulationarebrieflyanalyzedinthispaper.Itisshownthatthecomputationalproblemsofatmosphericandoceanicenvironmentsimulationarepronetocomputationaldisorderandnonlinearcomputationalinstability.Inaddition，thedispersion，energyrelationshipdamageandnon-lineartransferofenergyspectrumarebrieflydescribed.Besides，therelationshipamongcomputationalstability，energyconservationandoperatornonnegativityisdiscussed.Hopethisarticlecanprovidereferenceforthemajorityofpeoplewhostudyrelatedissues.Keywords：Atmosphericandoceanicenvironment;Numericalsimulation;Computationalproblems依據我国实行的经济与科学技术、社会与资源、环境与人口的协调性可持续发展战略，以及层次清晰、重点突出的指导思想，不断发展计算地球流体力学与着重增强大气海洋环境数值模拟研究有重要作用及意义。进行数值模拟研究必然无法脱离了相关计算问题的探索。以现阶段情况看，采用的计算方式包含了有限元方式、谱展开法以及有限差分方式。因为大气海洋环境数值模拟诸多要进行大规模长期数值积分，同时要描述多个时间与空间尺度彼此作用的系统，所以为让多种数值模拟获得令人满意的效果，就需要充分解决好计算稳定性、精准性、以及省时性方面的问题。和计算精准度与稳定性相关的就是怎么攻克计算紊乱与非线性计算失稳等问题。根据这部分问题，长时间以来进行了多种问题的探究，得到了一些成果。下面针对数值模拟与有限差分方式如何防止非线性计算失稳等问题进行了简单介绍。1数值模拟概述数值模拟就是指需要构建反映问题本质的数学模型。详细而言，即构建反映问题各量间的微分方程与对应的定解条件，此乃数值模拟出发点。倘若不具备准确的数值模型，那么就谈不上数值模拟了。牛顿型流体流动数值模型为有名的纳维斯托克斯方程与对应的定解条件。当构建好数学模型后，要解决寻找高效与精准的计算方式。因为人们的不断努力，当前出现了诸多数值计算法。计算方式不但涵盖了微分方程离散化方式与求解法，同时也涵盖了贴体坐标构建与边界条件处理等等。这部分以往被忽视的问题，如今备受关注。明确计算方式与坐标系，需要进行程序编制以及计算。相关实践研究表示该工作是这一工作的主要部分。因为求解较为复杂，例如方程非线性问题，其数值求解方式理论方面缺乏完整性，故而必须要经过大量的验证。据此意义而言，数值模拟也被称之为数值试验。2大气海洋环境数值模拟计算问题2.1问题及机理一切偏微分方程的解法均为用1个有限个自由度的物理或者力学系统模拟1个连续介质系统，为确保计算稳定性以及精准性，我们想要原本系统之中的物理规律及其性质在近似方程中尽量较多地存留下，又或是尽量少被损坏。在很早以前，曾有人表明计算紊乱与计算不稳定现象发生是以3种机理导致的，也就是频散效应、能谱非线性转移以及能量增长效应。2.2计算稳定性、算子非负性与能量守恒性三者间的关系通常将大气海洋环境数值模拟方程总结为以下发展方程：（1）式中，F=F（x，t）为待计算函数，A=A（F，x，t）为1个非线性算子，x=x（x1，x2，x3，...xk）为空间价值，...