区域模式的嵌套边界条件研究0.PDFVIP

第 19 卷第 4 期 南 京 气 象 学 院 学 报 Vo l. 19 No. 4 1996 年 12 月 Journal of Nanjing Institute of M eteoro logy Dec. 1996 区域模式的嵌套边界条件研究0 沈桐立1) 　　丁一汇2) 　　李　骥2) 　　赵远东1) ( 1) 南京气象学院气象学系, 南京　210044, 2) 国家气候中心, 北京　100081) 摘　要　在对现今常用的几种嵌套边界条件进行对比研究的基础上, 提出一种普遍 边界条件, 它可以在不同的假定下转变成各种常用的嵌套侧边界条件。由此可清晰地 分析对比各种常用嵌套边界条件使用时的优缺点以及应注意的问题。 关键词　区域模式, 嵌套, 普遍边界条件 分类号　P456 在数值天气预报及模拟中, 为提高预报的效果, 常在有限区域内缩小网格距, 构成嵌套网 格〔1〕方案。Phillips 等〔2〕将这种嵌套网格资料的衔接按作用方式分为单向作用和双向作用。单 向作用只考虑粗网格区域通过边界对嵌套网格的影响且操作方便, 故实际工作中大多采用这 种方案。嵌套模式的效果, 关键在于处理好不同分辨率网格之间的衔接, 气象工作者对它进行 了大量的研究, 提出了许多边界处理方法。例如海绵边界条件、辐射边界条件〔3〕、Davies 松驰边 〔〕 〔〕 界条件 4 、Perkey 倾向松弛边界条件等 5 。如此众多的处理方案, 给实际工作中择优选用带来 了困难。一些气象学家曾对上述方案进行了比较, 但因个例不同、模式不同, 得出了一些相互矛 盾的结论。本文提出的普遍嵌套边界条件, 可在不同假设条件下化为上述各种常用方案。分析 其假设条件就可达到对比各种常用方案的目的。有利于进行有限区域的天气预报与模拟工作。 1　普遍嵌套边界条件的设计 在深入研究各种常用嵌套边界的基础上, 提出一种普遍嵌套边界条件, 其形式为 * n+ 1 n+ 1 ~n+ 1 5 i = ( 1 - Ai ) 5 i + Ai5 i ( 1) * ~ 式中, 5 i 表示在边界松驰区内协调后的预报量; 5 i 为嵌套模式计算出的预报量( 未协调) ; 5 i 为边界松驰区内由粗网格提供的预报量或者由其他方式给定的值。上角标 n 及 n+ 1 表示时间 层; 下角标 i 为自边界( i= 1) 沿法向向内的格点序号; Ai 为协调系数, 在 1～0 之间变化。 2　普遍嵌套边界条件的应用 2. 1　应用方案 1 ~ n+ 1 若( 1) 式中 5 i 由粗网格或其他大区域模式提供随时间变化的值, 则此时( 1) 式的形式不 变仍为 * n+ 1 n+ 1 ~n+ 1 5 i = ( 1 - Ai ) 5 i + Ai5 i ( 2) 　0 　国家“九·五”科技攻关气候项目及自然科学基金资助项目 　　　收稿日期: 1995- 12- 25; 改回日期: 1996- 07- 01 428