海绵边界条件 _生活百科

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海绵边界条件【海绵边界条件】海绵边界条件（sponge boundary condition）是指由边界向内一定範围人为设定一个过渡区，以减小边界附近要素的水平梯度力，抑制这种边界条件引起的计算波。
对于向外传播的重力惯性波，过渡区就相当于一个能量的吸收带，因此将这种边界条件形象地称为海绵边界条件。
基本介绍中文名：海绵边界条件
外文名：sponge boundary condition
学科：动力气象学
实质：能量的吸收带
作用：消除计算波和抑制计算不稳定性
类别：属于水平侧边界条件
定义海绵边界条件（sponge boundary condition）是指由边界向内一定範围人为设定一个过渡区，以减小边界附近要素的水平梯度力，抑制这种边界条件引起的计算波。套用背景固定边界条件比较简单，使用方便。但是由于天气系统不能自由地穿越边界，容易在边界附近形成很强的要素水平梯度，产生计算不稳定。为了减小边界附近要素的水平梯度力，抑制这种边界条件引起的计算波，可採用所谓的海绵边界条件，即由边界向内一定範围人为设定一个过渡区。计算公式在过渡区外边界，即预报区域边界处取固定边界条件；在过渡区内边界，即过渡区最内一圈上取预报值，而过渡区内格点 i 处（n+1）时步的预报值按一下公式计算：

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图1 海绵边界条件示意图

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式中

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为过渡区内边界上 n+1 时步的预报值，

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是过渡区外边界上的初值，ai为鬆弛係数，如图 1 所示，在过渡区内ai 的值由 1 向内递减为零。一般来说，过渡带需要取 5 - 7 圈，ai 可以取线性分布，也可以取非线性分布。作用对于向外传播的重力惯性波，过渡区就相当于一个能量的吸收带，因此将这种边界条件形象地称为海绵边界条件。试验表明，海绵边界条件对消除计算波和抑制计算不稳定性有很好的作用。变式在套格线模式中，细格线区域的水平侧边界条件若取为海绵边界条件，可将其计算公式改为如下形式：

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式中

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为过渡区内细格线的预报值，

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是细格线边界最外圈值，取为粗格线模式的预报值。

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为经过鬆弛协调后得到的新值。为了抑制由于粗细格线不协调所激发出的短波，还需要在边界过渡区内採用空间平滑。