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基于球面质心泰森多边形网格的高效TVD-FFSL混合大气传输方案

tracer transport,unstructured grid

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

高分辨率大气化学模式是实现空气污染精细化预报及探究大气污染物-天气气候效应的重要工具。然而，包含上百种气溶胶与化学气体物种的传输过程计算，已成为制约高分辨率模式发展的关键性能瓶颈。为此，本研究针对球面质心泰森多边形（SCVT）网格，发展了一种水平方向采用TVD、垂直方向采用通量形式半拉格朗日（FFSL）的混合传输方案（TVD-FFSL），并在变分辨率大气物理化学耦合模式iAMAS上进行了测试。理想试验（刚体平移与变形流）结果表明，相较于iAMAS原传输方案（2H1FCT），TVD-FFSL方案虽在极值耗散方面略强，但具有更高的收敛率。分辨率提高至30 km分辨率后，TVD-FFSL方案的L2误差范数与2H1FCT相当甚至更小。耦合TVD-FFSL后，iAMAS模式可稳定连续积分至少25天，且25天平均PM10柱浓度与地表浓度的模拟结果与使用2H1FCT方案的模拟结果高度一致（相关系数>0.98）。性能评估显示，在物种数（20–200种）与并行核数（56–448核）变化范围内，TVD-FFSL的计算速度较2H1FCT提升2倍以上，展现出优异的计算效率与扩展性。