面向四维变分资料同化的NSAS积云深对流参数化方案的简化及线性化研究

论文摘要

GRAPES全球四维变分资料同化系统需要积云深对流参数化方案的线性化与伴随方案,直接采用原始复杂参数化方案进行线性化并不可行,需要发展简化光滑方案来减缓非线性与非连续性特征。GRAPES全球模式采用NSAS积云对流参数化方案,积云深对流对环境的反馈主要通过补偿下沉来实现,研究突出补偿下沉作用,忽略降水蒸发、动量反馈等贡献,形成简化方案。采用输入温、湿度廓线加入不同幅度小扰动方法,评估参数化方案计算的温度、比湿时间倾向对输入扰动的敏感性,检验非线性与非连续特征。提出避免或减缓非连续"开关"的方法,在简化方案的基础上发展了简化光滑方案。简化光滑方案与原始积云深对流方案相比,在对流触发上一致,在对流的位温与比湿倾向、降水的时序模拟等方面相似,而在减缓非线性、避免非连续性方面显著优于原始方案。基于简化光滑方案发展的线性化方案表明,对小于2倍分析增量幅度的扰动,线性化方案可以较好地模拟非线性方案的扰动发展。发展的简化光滑方案具有合理性和实用性。

论文目录

• 1 引 言
• 2 NSAS积云深对流参数化方案
•   2.1 公式表达
•     2.1.1 一维静态云模式中的热动力变量
•     2.1.2 积云对环境的反馈
•     2.1.3 云底质量通量
•   2.2 对流触发条件等参数确定
• 3 雅可比矩阵评估NSAS方案
•   3.1 雅可比矩阵评估
•   3.2 分析增量模拟廓线
•   3.3 NSAS方案的非线性表现
• 4 NSAS方案非连续特征分析与简化方案
•   4.1 NSAS简化方案
•   4.2 非连续特征与光滑处理
•     4.2.1 对流触发与抬升参数
•     4.2.2 上升与下沉气流的处理
•     4.2.3 对流夹卷率与归一化质量通量
•     4.2.4 云底质量通量的规则化处理
•   4.3 简化光滑方案预报误差分析
•     4.3.1 简化光滑方案与原方案的预报差异
•     4.3.2 雅可比估计矩阵的特征
• 5 线性化NSAS方案评估
•   5.1 NSAS线性化方案
•   5.2 线性化方案的降水预报效果
•   5.3 线性化方案对原始NSAS预报误差的模拟
• 6 结果与讨论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 龚建东,刘永柱,张林

关键词: 积云深对流参数化,雅可比矩阵评估,简化与线性化,全球四维变分资料同化

来源: 气象学报 2019年04期

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学

单位: 国家气象中心/数值预报中心

基金: 国家公益性行业专项(GYHY201506003),国家重点研发计划课题(2018YFC1506705)

分类号: P45

页码: 595-616

总页数: 22

文件大小: 3008K

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