PDF《“他乡”或许不再是“异乡”》

300 Advances in Meteorological Science and Technology 气象科技进展 8(1)-

2018 Andy Brown用一张目前模拟进程中,变量X在经过动 力、参数化和耦合过程的演化图(图1),描述了物 理参数化过程中产生的灰色地带涉及领域的例子:长波/短波辐射、对流、云与微物理、大气成分、边界 层、湍流混合和重力波拖曳等.他在提出启发参会者 的多个问题之后,给出可能的解答是对不确定性来源 给出全新表达的可能性的探索.他提出的问题包括: 1)开展区域模拟10年多以来,针对灰色地带的认识 有哪些?是否存在一般性的方法,或者是否存在对过 程、个例和模式都十分关键的要素?2)传统的离散 方法从传统物理动力学视角审视,是否在处理灰色地 带时还行之有效,或者我们是否需要换个角度思考? 3)km-量级地表异质性是基本可解析的问题吗?从 复杂地形区域模拟中我们可以得到什么,是否能帮助 我们在全球尺度上规范参数化?4)北半球动力过程 对全球灰色地带天气和气候预报非常重要的证据是什 么?5)在增加分辨率时需要怎样的随机参数化面对 灰色地带?已有的概念是否适合1~10 km范围?6) 含灰色地带的全球模式并不便宜,当实现这样的分辨 率时,计算/可伸缩性的机会和限制是什么?7)如何 获得系统性的进步?是验证个例吗? 图1 变量X经过动力、参数化和耦合过程的演化过程和在物 理参数化过程中与灰色地带相关的过程的例子 同样来自ECMWF的Nils P. Wedi则从区域模拟角 度,进一步阐述了灰色地带.他认为,灰色地带就是 一种在分辨率边缘的模拟(图2),要照亮全球天气 和气候模拟的灰色地带,过去10余年的区域天气预报 或许可以借鉴从而将模拟和预报推进到全球尺度.他 认为,LES(大尺度涡旋模拟,这里指空间分辨率达 到惯性次尺度,但无法分辨运动的最小尺度的模拟活 动,作者注)对于区域天气预报,以及从区域向全球 尺度的过度有一定的对比意义,更有很多信息和做法 可以借鉴. 两位背景介绍专家的发言,大致为读者描绘了 一张较为清晰的灰色地带的图像,即这样的地带是指 数值天气预报和气候模拟活动中,因确定性的动力过 程无法完整解析带来的对模拟对象没有把握的表达, 或在模拟手段上采用的过渡性和缺乏成熟理论依据的 方式.这样的灰色地带,即是气象模拟界面对未知挑 战的一种概括,更是一种 自省 和提示.这样的地 带,不仅会随着模拟活动的拓展而进一步发现,还会 随着新技术或方法的引进而被 收复失地 ,即灰色 地带被照亮.而模式本身的分辨率,则更像是一把双 刃剑,其增加的与尺度相关的解析能力,能照亮一些 灰色地带的同时,还会因为新的更小尺度过程进入模 拟过程,使得在模拟过程中意识到新的灰色地带.而 这样的灰色地带反复扩张和被照亮的过程,生动呈现 了模式能力的进步.

2 认识对流 本次会议报告中,有超过10篇报告主要关注的是 对流问题.对流是让气象学界爱恨交加的主题:成功 揭示大气大尺度对流活动即是数值模式价值的最好体 现,又因为对流活动的多尺度性和复杂性,对这样过 程的全面描述还需要更多的努力. 英国气象局的统一模式(UM)是业务预报模式 分辨率提升的排头兵之一,该模式的流体静力学中 尺度模拟在1990年代初,格距就达到17 km,1998年为12 km.2005年格距为4 km的英国区域模式业务运 行.目前扩展版英国区域模式(UKV),从2017年9 月开始进行每小时循环运算.UKV通过提高分辨率, 更新了对流模式,降水预报能力得到提升.从针对 2014年7月8日一次降水活动的对比模拟结果(图3) 可以看出,全球模式给出的降水在时间上是间歇的而 且没能给出任何地形造成强降水的结果.而4 km分辨 率模式虽然在雨量分布上预报得更好,但也存在强降 水偏多而弱降水偏少的问题.分辨率更高的1.5 km模 式在雨量模拟方面表现更好,尤其是在强、弱降水之 间平衡方面.更高分辨率模式的模拟结果(图4)也图2 从LES(大尺度涡旋模拟)到区域天气预报,再到全 球天气和气候的模拟之间相互借鉴和启发过程 Reading 阅读