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网格均匀性对大气数值模式性能的影响

网格均匀性,计算误差,尺度自适应物理过程参数化,坐标旋转,YUNMA模式

主题1 天气、气候、全球变化、行星大气 > 专题1.2 模式数值算法研究

为了追求球面上大气环流模式高的计算效率，准均匀网格成为空间离散化的首要选择，可以避免由于最小网格对积分时间步长严格限制带来的计算时间浪费。另一方面，就网格离散精度而言，粗网格对应较大的离散误差，不均匀网格理论上造成不同区域模式精度的变化和对天气系统动力过程计算误差不均匀，导致系统模拟强度和运动路径偏离。从物理过程角度考虑，网格的不均匀性，造成对应的次网格物理过程变化，物理过程参数化需要相应改变，这就是要求尺度自适应物理过程参数化才能更好刻画建立在不均匀网格上的大气动力模式次网格过程。基于这一分析，我们应用建立在球面准均匀阴阳网格上的非静力YUNMA模式，采用坐标平移、旋转和嵌套等手段，对理想涡旋和台风、对流性暴雨过程模拟发现：在动力上，均匀网格更准确模拟涡旋运动和发展强度；在实际台风个例模拟中，同样可见具有更好均匀性网格的模式能更好模拟台风路径，但由于网格大小差异较小及受到物理过程参数化的影响，台风强度的模拟差异表现不够显著。采用尺度自适应的物理过程参数化可以减小不均匀网格对台风强度模拟的影响。