用SPADE框架研究对流参数化方案分辨率依赖性

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随着数值天气预报逐渐向更高分辨率发展,研究更适用于高分辨率的积云对流参数化方案对提高模式预报性能有重要意义,急需在分辨率的灰色区域发展尺度自适应的积云对流参数化方案。客观地分析和理解对流参数化方案在灰色区域的分辨率依赖性将更有利于尺度自适应积云对流参数化方案的发展和改进。由于模式中各种物理过程方案的分辨率依赖关系,因此很难确定单独对流方案的分辨率依赖性。如何分离出对流方案的分辨率依赖性,以及在灰色区域如何实现从次网格到网格尺度过程之间的平稳过渡是目前所遇到的挑战。本研究利用WRF1km高分辨率模拟诊断了次网格湿静力能垂直输送,作为后续对流参数化方案分辨率依赖性分析的对照。本文采用分离物理和动力试验框架(SPADE:the Separate Physics and Dynamics Experiment framework)对积云对流参数化方案的分辨率依赖性进行分析,并讨论了大尺度背景场的改变对对流参数化的影响。研究表明:
  1.传统高分辨率模拟及其升尺度结果显示,在灰色区域次网格湿静力能垂直输送随分辨率提高而减小,随分辨率提高对流参数化的需求越低。
  2.利用SPADE框架分离出了KFeta对流参数化方案的分辨率依赖性,发现其对流降水、次网格水汽、次网格湿静力能垂直输送随分辨率提高而减小,表明KFeta方案本身具有分辨率依赖性。
  3.在SPADE的D-grid中关闭对流参数化方案(即SPADE cu0),与不关闭对流参数化方案的试验相比,P-grid产生的对流降水会出现强度增加和分辨率依赖性减弱的现象。对流降水的这种变化与对流参数化方案中水凝物和对流有效位能弛豫时间对大尺度背景场改变的响应有关。
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