由于研究天气、气候与大气环境变化过程与机制等问题对全球大气模式的需求,同时随着高性能计算机技术的高速发展,为发展全球大气数值模式提供了机会。由于谱模式（Eliasen et al.,1970;Machenhauer,1979）的并行效率不高,对非连续量的...
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由于研究天气、气候与大气环境变化过程与机制等问题对全球大气模式的需求,同时随着高性能计算机技术的高速发展,为发展全球大气数值模式提供了机会。由于谱模式（Eliasen et al.,1970;Machenhauer,1979）的并行效率不高,对非连续量的处理误差较大,并且提高水平分辨率需要对方程组重新进行谱展开,处理起来较复杂,更新换代较慢。而格点模式容易并行处理,分辨率可调,因此开发全球大气数值格点模式是当前的趋势和热点。球面水平网格的选择是全球大气数值模式的动力框架设计中首先要考虑的问题。最初的球面网格采用的是经纬网格。但由于经线辐合在极点附近会产生奇异,离极点最近的那排网格要么处理为三角形,要么处理为一个边长为零的四边形。同时由于往极点方向,网格间距越来越小,受CFL条件的约束,积分时间步长越来越短,50%以上的计算机时间用在仅占地球面积2%的两极积分上,而两极的天气过程又相对较为简单,势必造成计算上的浪费。再加上目前的一些物理过程参数化方案只适用于一定的尺度范围,不能适用于所有尺度,而一般的经纬网格格距从赤道向两极逐渐减小,目前的物理过程参数化方案（Beljaars,1991）难以胜任。也有作者认为在两极附近的经向上采用空间滤波器过滤快波,以保持计算稳定,但这仅是一种工程技术方法,Purser（1988）认为这种过滤器会产生明显的误差。理想的球面水平网格应该是没有奇点和没有分辨率聚集或膨胀问题,并且最大网格距和最小网格距之比应接近于1。二十面体网格是满足此条件的一种球面网格（Majewski,2002）,是一种由均匀的二十个球面三角形组成的非结构球面网格（如图1所示,已细化为六边形网格）。当然正二十面体的每一个面可以进一步细分,其中最大网格距和最小网格距的近似比率约为1.2,是一种比较均匀的球面网格,但有12个顶点处是5个五边形,五边形可以看作是六边形的特例。因此我们把这种网格也称之为六边形/五边形网格,为叙述的方便,常简称为六边形网格。这种网格没有极点奇异、没有分辨率的聚集,也没有网格的重叠现象。因此二十面体球面网格是全球大气数值模式的首选（刘宇迪等,2014）。二十面体球面网格从网格理论上来讲,是全球数值模式（包括大气模式和海洋模式）的首要选择,但用在数值模式中究竟效果如何?是否就比传统的带有极区过滤器的经纬网格要好?这些问题需要气象工作者给出一个明确的回答。为此,本文将二十面体球面网格应用到正压模式中（Galewsky et al.,2004;Sadourny et al.,1968;Tomita et al.,2001,2002）,和传统的带有极区过滤器的经纬网格正压模式结果进行对比（Williamson et al.,1992）,对比二者的效果差别。然后应用到包括完整物理过程的非静力斜压模式（Tomita and Satoh,2004）中和大家熟知的带有极区过滤器的WRF非静力全球版本结果进行对比（Neale,2000;Smolarkiewicz et al.,2001;Wang,2004）,主要对比实际个例试验的结果。结果表明:在正压情况下,带有极区过滤器的经纬网格产生的误差小于二十面体球面网格产生的误差,但二十面体网格得到的结果对称性更好。在斜压情况下,二者效果大体相当。尽管从理论分析的角度来看二十面体网格优于带有极区过滤器的经纬网格,但在实际模式中的差别并不非常明显。因此,从模拟效果天气过程的最后效果和充分利用已有的程序代码来看,带有极区过滤器的经纬网格不失为一种可继续应用的离散网格。
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