RQL's Blog 菜鸟成长记

ISCA大气环流模型框架

2020-05-29
renql

最近发现一个所有参数都需要自己设置的模式框架,名为ISCA,如果以后要跑简单模式,或许可以用这个试一下。下面是介绍该模式的论文翻译。

Vallis, G., Colyer G., Geen, R., Gerber, E. Jucker, M., Maher, P., Paterson, A., Pietschnig, M., Penn, J., Thomson, S.(2018) “Isca, v1.0: a framework for the global modelling of the atmospheres of Earth and other planets at varying levels of complexity.” GMD.

Introduction

理解气候不同于预测和模拟气候。为了提高气候预测,我们需要综合的模式来尽可能地模拟真实的地球。但是,发展和使用这种模式并不一定能提高我们对气候的理解,也不一定提供继续改进这些模式的途径。此时,我们需要提倡一种分层的方法,即使用不同复杂度的模型。于是,各种不同复杂程度的模型建立了起来,其中有些模型常被称为中间模型。但是很难将一个简单模型与另一个模型联系起来,或者与综合模型联系起来。

如果要考虑其他行星的大气层,为每一个行星建立一个全面综合的模型是不现实的,即使这可以,这样的行为也是愚蠢的。此时可以通过适用于这些行星的大气和可能的海洋的更普遍的控制原则的使用,允许更大范围的参数选择,从而使理解其他行星大气变得更容易些。

尽管我们可能会称赞理想模型的好处,但它们如果不连接到更全面、更现实的模型上,它们的效用是有限的。我们可能希望,这些模型能给我们提供准确的模拟,并连接到一个真实的气候系统上。如果没有这样的联系,理想模型可能解决了错误的问题,或者解决了无关紧要的问题。显然,没有适合于所有问题的单一级别的复杂性。

Isca是一个理想的全球大气环流模型框架,具有不同程度的复杂度和现实性。这个框架是 Geophysical Fluid Dynamics Laboratory 为地球大气层设计的模型延伸,但它很容易扩展到其他行星。该框架的基础设施由 Flexible Modeling System (FMS) of the Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (GFDL) 提供。其动力核是GFDL的谱模式(sigma-pressure坐标)。使用消息传递的方法来并行化,因此可以不需要共享内存。

  • 有各种强迫和辐射选项可供选择,从干燥且不随时间变化的牛顿冷却具有辐射传输过程的湿动力学
  • 在干的热松弛方案中又有多种选择,以考虑倾角和偏心率(即季节性)、不同的大气光学深度和表面混合层的影响。
  • 理想的灰色辐射方案,二波段方案或者多波段方案也都可供选择,这些方案都具有简单的湿效应和基于天文观测的太阳强迫。在光谱的复杂一端,该框架提供了与综合AGCM的直接联系。

  • 对于地球模拟,选项包括全水球模拟可配置的大陆轮廓与地形。其中大陆可以通过改变反照率、热容量、蒸发参数或使用简单的桶形水文模型来定义。在任意的大陆分布情景下,可以通过增加海洋Q-fluxes来重现指定的海洋表面温度

  • 行星大气可以通过改变行星的大小和质量、太阳引力、大气质量、辐射和其他参数来配置。有各种各样的行星配置案例,例如木星模拟,金星模拟、潮汐锁定、其他轨道共振的外行星模拟。

模式脚本是用Fortran编写,用Python配置。Python脚本还用于在不同的体系结构上运行模式、存档输出、诊断、图形和后处理。所有这些都可以从基于git的存储库中获得。

A general introduction to the framework can be found at http://www.exeter.ac.uk/isca.

The code is publicly available from github at https://github.com/ExeClim/Isca.


来自Isca官网的一张总体介绍模式的图

Options for dry model

提供了三种干模式选项。

  1. 经典的Held–Suarez模式,这在之前都有介绍 https://renqlsysu.github.io/2019/06/15/cesm_dry_model/#held-suarez,https://renqlsysu.github.io/2019/07/20/dry_model_review_modification/
  2. Held–Suarez模式的扩展版,只是这里的平衡温度随经度变化,存在昼半球和夜半球。最强加热由行星的轨道和转速决定,从而产生日变化。热强迫的速度和方向也可以自行设定,从而产生一个永昼效应。
  3. 根据给定的光学厚度、温度垂直递减率、辐射松弛时间、地表混合层厚度,随后由天文观测的太阳辐射及相关的辐射对流平衡温度来计算 thermal relaxation field。这可以改变季节循环、对流层顶高度变化的强度和范围。

目前还只看了个开头,另外该论文中还介绍到了许多模式原理的东西,等有空的时候再看吧。


Similar Posts

下一篇 linux搜索工具