大气环流模式区域双向嵌套新方法的研究

Nested grid technology has wide application in the regional model and adaptive mesh refinement model. Studies show that the lateral boundary condition directly affects the simulation of numerical model. In order to maintain the numerical stability, bigger buffer zone is adapted in the nested grid for atmospheric state variables interpolation. It smoothes state variables between the coarse grids and fine grids and therefore avoids false reflected wave and refraction wave. However, it damages the basic rule of atmospheric conservation. According to the restriction of flux conservation and flow continuum, we will develop a new method to treat the lateral boundary condition with flux conservation interpolation. Finally, we will implement the two-way nested new method in Atmospheric General Circulation Model (AGCM) GAMIL(the Grid-point Atmospheric Model of IAP LASG) and simulate Low level Jet (LJJ), typhoon ，Madden-Julian Oscillation (MJO) ，and other typical weather and climate events. Intercomparison experiments will be carried out to evaluate the advantages and disadvantages between the new method and traditional one.

区域嵌套技术在区域模式和自适应加密模式中都有广泛应用。很多学者研究表明侧边界的选择和处理直接影响了数值模式的模拟结果。为了保证数值稳定性，目前的区域嵌套侧边界多采用较大的缓冲区处理方式对大气状态变量进行插值。这种方式能够平滑粗细网格间的数值间断，避免伪反射波和折射波。但是它会破坏大气运动所具有的基本守恒性质。本项目拟根据通量守恒及流连续的条件约束，选择适当的守恒通量进行通量守恒插值，从而构造新的侧边界处理方法，发展一个区域嵌套的新方法，使区域嵌套能够保持大气运动所具有的基本守恒性，同时又能避免伪反射波和折射波的产生。最终，本项目将在大气环流模式GAMIL中实现所发展的双向嵌套新方法，并针对大气模式中低空急流、台风、MJO等典型天气和气候现象进行对比模拟研究，分析评估新方法和传统方法的优缺点。。

区域嵌套技术在区域模式和自适应加密模式中都具有重要作用。本项目通过研究大气运动的物理守恒性质，推导通量形式的正压大气浅水波方程形式，从而确定了使用正压大气浅水波系统的质量通量、位势涡度通量、能量通量作为侧边界处理的重要物理守恒通量。以此为基础，采用二阶通量守恒插值算法构建满足大气运动所具有的流连续和基本守恒性质的双向嵌套新方法。. 本项目采用J-Earth领域并行编程框架，构建自适应加密的正压大气浅水波模式。模式在粗细网格间使用新方法进行双向嵌套，并完成了理想实验，从而验证了双向嵌套新方法。. 目前本项目在此基础上，进一步构建自适应加密大气环流模式GAMIL。未来的工作，将在构建的自适应加密大气环流模式中，对低空急流、台风、MJO 等典型的天气和气候现象进行对比研究，从而分析新的自适应加密方法和传统嵌套方法的优缺点。