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深大气动力框架的研究与发展

深大气

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

地球高层大气是数值天气预报和气候模拟中的重要课题。目前主流的高层模式大多数采用浅层近似的非静力或静力框架，且模式层顶偏低，当拓高模式层顶时势必对浅层大气假设带来一定影响，因此亟需研发深大气模式来完善对中高层大气的描述和模拟能力。在研究跨对流层、平流层乃至更高层大气动力过程时。传统的浅大气近似（Shallow-Atmosphere Approximation）在低层大气中具有较好的适用性，但在中高层大气，尤其是中间层（mesosphere）和热层（thermosphere），其误差可能导致显著的动力学偏差。因此，近年来许多全球数值模式（如ICON、MPAS、UM等）已扩展为支持非静力深大气方程（Deep-Atmosphere Equations）。

本文总结并探讨了深大气动力学框架的建模方法，包括三维科氏力、变重力、度量项的完整表达以及垂直坐标几何修正等关键问题。此外，结合现有数值模式的发展，讨论了深大气框架在程序设计上的优化方案。最后，通过理想化算例测试验证了深大气模式的正确性和适用性。