非静力AREM模式设计及其数值模拟Ⅰ:非静力框架设计

作     者：程锐 宇如聪 徐幼平 王斌 CHENG Rui;YU Rucong;XU Youping;WANG Bin

作者机构：中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)北京100029 地理信息工程国家重点实验室西安710054 

出 版 物：《大气科学》 (Chinese Journal of Atmospheric Sciences)

年 卷 期：2018年第42卷第6期

页      面：1286-1296页

核心收录：

学科分类：07[理学] 070601[理学-气象学] 0706[理学-大气科学] 

基　　金：国家重点研发计划项目2017YFB1002702 国家自然科学基金项目91637211 61572058 

主　　题：AREM模式 非静力动力框架 E网格 ETA坐标 IAP变换 

摘      要：AREM(Advanced Regional Eta-coordinate Model)对中国暴雨、台风等中尺度天气系统的模拟、预报能力突出。但是伴随模式分辨率的提高,制约该模式发展的一个问题日渐突出,即静力平衡近似的约束。本文通过对原静力平衡系统进行修正,引入高阶订正参数定义第三运动方程来构建该模式的非静力动力框架。我们基于Euler原始方程组,有效结合原静力平衡模式的标准层结扣除及IAP(Institute of Atmospheric Physics)变换方法,推导出了球面余纬坐标下的非静力框架,并在E网格和η坐标下进行了时空离散。采用时间两部分离技术进行积分运算以提高计算效率,并通过追赶法结合迭代法计算声波。此框架可方便地继承静力平衡框架的特点,最大限度地保留静力平衡框架的优势。理论推导和数值试验表明,当非静力框架退化为静力平衡框架后,方程形式及其模拟结果一致。在文章第二部分将通过理想和实例试验检验非静力模式性能。