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适用于GRAPES模式C-P边界层方案的设计和实现

陈炯 马占山 苏勇

陈炯, 马占山, 苏勇. 适用于GRAPES模式C-P边界层方案的设计和实现. 应用气象学报, 2017, 28(1): 52-61. DOI: 10.11898/1001-7313.20170105..
引用本文: 陈炯, 马占山, 苏勇. 适用于GRAPES模式C-P边界层方案的设计和实现. 应用气象学报, 2017, 28(1): 52-61. DOI: 10.11898/1001-7313.20170105.
Chen Jiong, Ma Zhanshan, Su Yong. Boundary layer coupling to charney-phillips vertical grid in GRAPES model. J Appl Meteor Sci, 2017, 28(1): 52-61. DOI:  10.11898/1001-7313.20170105.
Citation: Chen Jiong, Ma Zhanshan, Su Yong. Boundary layer coupling to charney-phillips vertical grid in GRAPES model. J Appl Meteor Sci, 2017, 28(1): 52-61. DOI:  10.11898/1001-7313.20170105.

适用于GRAPES模式C-P边界层方案的设计和实现

DOI: 10.11898/1001-7313.20170105
资助项目: 

“十二五”国家科技支撑计划 2012BAC22B02

国家自然科学基金项目 41305090

国家自然科学基金项目 41375051

国家自然科学基金项目 41105067

公益性行业(气象)科研专项 GYHY201406005

中国气象局数值预报GRAPES发展专项 GRAPES-FZZX-2016-02

详细信息
    通信作者:

    陈炯, email:cjiong@cma.gov.cn

Boundary Layer Coupling to Charney-Phillips Vertical Grid in GRAPES Model

  • 摘要: 基于K廓线闭合方案,通过考虑不稳定边界层和稳定边界层中热量交换系数在半层上求取及下边界条件的设置,将温湿倾向在整层上直接计算,设计了Charney-Phillips跳点(简称C-P跳点)的边界层方案,使之与GRAPES全球模式的C-P跳点相协调,解决了Lorenz跳点物理过程与C-P跳点动力框架耦合时插值造成的不协调问题,同时避免了耦合时反复插值造成的误差,提高了边界层物理过程参数化方案及其反馈的准确性和合理性。试验表明:C-P跳点边界层方案因为避免了温度和湿度在垂直方向上的插值,消除了温湿变量在垂直方向上的锯齿状抖动,使温湿廓线分布更合理,减小了模式预报误差,形势场的预报效果也得到一定改善。C-P边界层方案的应用提升了GRAPES全球模式的总体预报性能。
  • 图  1  预报6 h的全球平均边界层过程瞬时位温和湿度倾向廓线(a)位温倾向廓线,(b)湿度倾向廓线

    Fig. 1  Global averaged instantaneous potential temperature and moisture tendency profiles for planetary boundary layer (PBL) at 6 h forecast (a) potential temperature tendeny, (b) moisture tendency

    图  2  预报6 h的边界层过程瞬时湿度倾向纬向平均(单位:10-4 g·kg-1·s-1) (a)控制试验,(b) C-P边界层方案

    Fig. 2  Zonal mean instantaneous moisture tendency for PBL at 6 h forecast (unit:10-4 g·kg-1·s-1) (a) CTRL experiment, (b) C-P PBL scheme

    图  3  预报6 h的全球平均温度和湿度廓线(a)位温廓线,(b)湿度廓线

    Fig. 3  Global averaged potential temperature and moisture profiles at 6 h forecast (a) potential temperature, (b) moisture

    图  4  预报6 h的30°S,60°E点的位温和湿度廓线(a)位温廓线,(b)湿度廓线

    Fig. 4  Potential temperature and moisture profiles at 6 h forecast at 30°S, 60°E (a) potential temperature, (b) moisture

    图  5  北半球850 hPa温度场的均方根误差检验(a)均方根误差,(b)显著性水平

    Fig. 5  The root mean square error of 850 hPa temperature in the North Hemisphere during 1-15 May 2013 (a) root mean square error, (b) significance level

    图  6  东亚地区500 hPa温度场距平相关系数对比检验(a)距平相关系数,(b)显著性水平

    Fig. 6  The anomaly correlation coefficient of 500 hPa temperature in the North Hemisphere during 1-15 May 2013 (a) anomaly correlation coefficient, (b) significance level

    图  7  不同方案积分2 h后的结果(a)整层上的瞬时温度倾向,(b)温度

    Fig. 7  Forecast results at 2 h integration (a) temperature tendeny at the full level, (b) temperature

    表  1  边界层方案变量在C-P和Lorenz垂直格点上的分布

    Table  1  C-P and Lorenz configurations of variables in PBL scheme

    垂直层次 C-P Lorenz
    n=N(上边界) θ, q
    n=N-0.5 u, v, KH θ, q, u, v
    n=1.5 u, v, KH θ, q, u, v
    n=1 θ, qKM KH, KM
    n=0.5 u, v, (w′θ′)sKH θ, q, u, v
    n=0(地表) θ, q, u* w′θ′s, u*
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-03-22
  • 修回日期:  2016-10-12
  • 刊出日期:  2017-01-31

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