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LASG GAMIL模式介绍报告

2018-11-14
renql

2018年11月16日,托数值老师的福,终于有机会回南校区,并有幸了解到大气物理研究所LASG研发的气候系统模模式,去年暑假参加大气所暑期夏令营时就听说LASG有自己研发的模式,但一直不知道叫什么,这次算是知道全名了

李立娟,研究员,博士生导师,研究模式发展,听说刚刚二胎,真是厉害
刘鸿波,副研究员,硕士生导师,研究极端天气气候事件,她好像与前一位是同一年本科毕业
董理,副研究员,硕士生导师,研究模式发展,12年博士毕业后留所工作至今

通过此次讲座,了解到了我国模式的发展情况,动力框架存在的问题,以及ENSO模拟中存在的问题。
发现听报告的时候,如果强迫自己要问问题,就会听得比较认真,并且也会强迫自己去思考,it’s good, So let’s ask questions every time.

李立娟 气候系统模式FGOLAS-g简介

气候系统主要分为大气模式海洋模式海冰模式陆面模式,当然后面又加入了大气化学模式海洋生物模式陆面生物模式空间天气模式,各模块之间主要通过耦合器实现水通量、热通量、动量通量的交换,因此耦合器也是相当重要的。

其中,大气模式主要分为

  • 动力框架:主要指大气运动方程组的离散、差分、积分,第三个报告有着重介绍这一部分
  • 物理过程:包括辐射方案、积云对流参数化方案、层云过程(云宏观/微观物理过程)、边界层方案、重力波拖曳、陆面过程等

随后围绕两类模拟偏差(ENSO模拟偏差、预测的初始冲击)展开论述,说明FGOLAS-g的优越性。
结合第三个报告,得知目前GAMIL还只是静力模式,不支持非静力,当然这对于大尺度的气候模拟的影响或许不大。

ENSO模拟偏差修正

ENSO的模拟是衡量模式性能的重要指标之一,但很多模式都对ENSO振幅的模拟存在偏差,有偏强也有偏弱的

ENSO模拟中重要的挑战————云短波辐射强迫对EINino的负反馈————当海温增加时,对流增强云增加,使到达海表的短波减少,从而抑制海温增加。

之前了解到的四种ENSO负反馈中,似乎没有看到从云短波辐射角度出发的,虽然这样解释似乎也是合理的

大部分CMIP模式模拟的云短波辐射负反馈偏弱甚至模拟出正反馈

如果是这样的话,那么模拟出的ENSO振幅不应该普遍偏强吗?为什么前面看到的振幅模拟偏差中有强有弱呢?且感觉弱的更多?

国际上关于云短波负反馈模拟偏差成因存在争议,主要有以下三种声音:

  1. 海洋模式模拟的海温偏差————但当给定观测海温时,单独的大气模式也存在类似偏差
  2. 对流过程————大量的对流方案改进研究
  3. 分辨率————不同分辨率CMIP模式普遍问题

而他们的团队认为是层云过程,于是他们通过降低大尺度凝结条件,增加其云水雨水转化率等以及改进闭合假设、增加对流触发条件等来协调改进层云和对流过程,并在耦合框架下同时改进大气模式和耦合模式以减少耦合放大偏差。(2014,2015的工作)
而以往的大部分模式只改进对流过程中的一个或几个子过程,如触发条件等。

改进后的FGOLAS-g2对ENSO的模拟确实得以提升。

此外,他们还通过CESM的交叉耦合模式来验证其大气耦合模式GAMIL2对ENSO振幅模拟的准确性(Tang,Li et al. 2018 Clim.Dyn)。

但此处有一个耦合器的问题,即把CAM、POP、GAMIL、LICOM重新组合后,耦合器如何选择?感觉耦合器的选择会影响模式的表现能力

年代际预测中的初始冲击

采用两种方法来解决该问题,

  • 一是使用Nudging,
  • 二是采用四维集合-变分混合同化方法4DEnVar,Dimension-Reduced Projection 4DVar (DRP-4DVar),是国际上最早将该方法用于年代际预测的模式,使用该方法后的效果也很好

刘鸿波 云贵高原东侧一次典型低空急流事件的数值模拟研究

其实没怎么听懂,提取到的有效信息如下:

  • 低空急流low-level jet(LLJ)分为两种,SLLJ(1-4km), BLLJ(<1km)边界层低空急流
  • 利用WRF模拟,两层嵌套,分辨率36/12km,且只模拟了30h
  • LLJ存在明显的日变化,夜间爆发

董理 GAMIL动力框架简介

天哪,这个就更没怎么听懂了,太难了

  • GAMIL的开发始于2003年,目前还只是一个基于经纬网格的全球静力大气环流模式,变量布置采用C网格
  • 采用平方守恒专门的时间积分方案保持能量守恒,而国外的其他模式则是采用通量的方式来使能量守恒
  • 随后讲了一堆关于平方守恒的计算原理、时间积分方案、预估-矫正方案,完全没听懂
  • C网格下,科式力无法直接计算,需采用平均或插值。除C网格外,还有A网格,B网格
  • 快慢分离方案,将空间算子分为快过程、慢过程两类算子,慢过程包括非线性动量平流,快过程包括惯性重力波
  • 经纬网格在极区计算存在不稳定
  • 随后用Rossby-Haurwitz波、急流、地形波进行正压测试,这里就真的完全不懂


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