平缓-混合地形追随坐标对青藏高原及其下游天气过程模拟影响的研究

Affected by the topography，the weather evolution is quit complicated on Tibet Plateau and its downstream areas which brings lots of difficulties on the numerical prediction. Smoothed and hybrid terrain-following coordinate (referred to as S.H.T.F coordinates or smoothed and hybrid coordinate for short) can reduce the pressure gradient force error and the advection error at the coordinate planes and affect the simulation of the weather systems near the Plateau. Based on GRAPES_Meso model，several studies as follows are carried on on the relation between the S.H.T.F coordinates and the weather processes near the Plateau：(1) simulate typical weather processes using several forms of S.H.T.F coordinates，analysis and compare the strength, position, and moving trajectory of the weather systems ; (2) give a constraint condition on the practical application of the S.H.T.F coordinates，perfect the application theory，and propose the better coordinate fitting for the GRAPES_Meso model and the characteristics of the East Asian terrain.

受地形影响，青藏高原及其下游地区的天气发展演变过程比较复杂，模式模拟准确度低，预报难度大。平缓-混合地形追随坐标（简称平缓-混合坐标）可以减小坐标面上的气压梯度力计算误差以及平流输送误差，从而影响高原天气系统的模拟偏差。以GRAPES_Meso模式为平台，针对平缓-混合坐标对高原及下游天气过程模拟的影响展开几方面的研究：（1）采用几种形式的平缓-混合坐标分别对典型的高原天气过程进行模拟，分析比较不同坐标形式对天气系统强度、位置、移动等模拟的影响；（2）通过理论分析和模拟试验研究平缓-混合坐标在实际应用中的约束条件，完善平缓-混合坐标的应用理论，提出适用于GRAPES_Meso模式以及东亚地形特点的坐标形式。

高分辨率GRAPES模式对地形的识别程度更高，模式中各高度坐标面可识别的地形坡度也更大，地形作用带来的气压梯度力计算误差和平流输送误差更突出。平缓（smoothed-level）地形追随坐标可以通过多种方式衰减坐标面上的地形影响进而减小这些计算误差。围绕这个问题进行了两方面工作，一方面选择一种逐层平滑地形的平缓地形追随坐标（klemp坐标）对GRAPES模式动力框架进一步改进。基于GRAPES-3km模式进行理想试验和批量模拟试验，试验结果显示：逐层平滑地形的平缓地形追随坐标相对其他平缓地形追随坐标对地形重力波模拟更接近解析值，月连续模拟试验中逐层平滑地形的平缓地形追随坐标对高层月平均的温度场、风场模拟误差有一定程度衰减，月平均的降水评分也有所提高，因此逐层平滑地形的平缓地形追随坐标在GRAPES-3km模式有较好的模拟应用效果。第二方面，跟随GRAPES模式业务框架的优化进程，目前三维参考大气中扰动预报量大幅减小，其计算误差也大幅减小，个例模拟的定性或者定量结果都变得十分困难，主要研究转向基于GRAPES模式进行更加通用的平缓-混合坐标实现方案的试验，试验结果显示，通用形式坐标的动力框架模拟效果有进一步的改进。