气候数值模拟-L08模式物理过程参数化和气候敏感性试验
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小尺度的物理过程不能用模式准确的描述，但是我们必须把模块化、 公式化，这就叫次网格的物理过程参数化
9
Physics:
那些小于模式的分辨率物理过程，可以施加尺度的累积效应 它包括大气与外界的能量、水、势等的交换。 云和微物理过程等
Climate models cannot resolve weather features and/or processes that occur within a single model grid box.
q
Sp
D (q)
2
Dynamics
Three-dimension hydrostatic primitive equations on sphere with
sigma coordinate
Physical Processes of AGCM
From (In-Sik Kang 2004)
Physics
6
E2: Convective processes: 通过对流重要的热量和水汽的垂直再分配， 可以很容易地发生之间的尺度网格框。
7
E3: Microphysical processes: 即使在非常高分辨率的模式，由于微物 理过程发生的规模太小，模式分辨不能，其在水平和垂直的重要变化。 在这个例子中，云的微物理过程的凝结和液滴增长1公里的模型网格 内发生的。
2007年10月
5
E1: A simple example for complex flow around a variety of surface features:
高大的树木，有较大的摩擦 周围建筑物或其他障碍物产生的湍流涡 在开放的领域,表面摩擦要少得多
在一个网格框，模型不可能解决任何局地的流，漩涡，或障碍的存在，该 模型必须考虑这些表面上的低级别的流量与单数的摩擦力（F）的长期预测 风方程的聚合效应。
许多其他的物理过程，不能被模式化，因为他们没有充分理解为方程格式或有 没有合适的数据
Accounting for the Effects of Physical Processes
每一个重要的物理过程参数化方案都不能直接预测，只能基于合理的物理联系（ 例如辐射）或统计（例如推断相对湿度混浊）基础之上来表示。 该方案必须基于能获得预测方程变量的一些过程信息，才能实现。 封闭是指在参数的假设和预测变量之间的联系。 （关闭参数及预测方程之间的循环。）
4
▪ Atmospheric motions have different scales.
▪ Climate model resolutions: Regional: 50 km
▪ Global: 100~200 km
▪ Sub-grid scale processes: Atmospheric processes with scales can not be explicitly resolved by models.
▪ Physical parameterization: To represent the effect of subgrid processes by using resolvable scale fields.
什么是参数化（Parameterization）？
在数值模式中，不考虑过程的细节，而是用 其它一些确定的变量所表示的简化函数表示 这个过程，这个方法称为“参数化”。
Radiation
Cumulus convection Shallow convection Large-scale condensation
Gravity wave drag
Planetary boundary Landlaysuerrface
Physics of Atmosphere and Land Surface
10
Parameterizing Physical Processes
在我们还没认清物理过程的细节时候，参数化可以使我们认清物理 过程的影响
所以参数化可以被认为是物理过程的影响，而不是模拟。
Parameterization is necessary for several reasons:
电脑还没有强大到足以把许多物理过程很明确，因为他们要么太小（如前所述） 或复杂的，但是这些都必须要解决
•Radiation
n百度文库
F (z) wi Fi (z)
i
•Cumulus Convection
h M h D(hd h )
t
z
q M q D(qd l d q )
t
z
•Large Scale Condensation
P l P
FP ( p)
p (P E) dp
0
g
•Gravity Wave Drag
t
1 a cos
Av
1 a cos
(
Au
cos
)
D
(
)
D t
1 a cos
Au
1 a cos
(
Av
cos
)
2
(
RT
E)
D (D)
• Mass continuity equation
ln ps t
VH
ln
ps
VH
• Hydrostatic equation
RTv
• Thermodynamic energy equation
E f FL 2 U 3 N
•Planetary Boundary Layer
C t
1
[ wC] z
1
z
Kc
C z
c
•Land Surface Process
FT (Ts ,Ta ) LFqP FR (Ts ) Fg (Ts ,Tg ) 0
3
Different scales involved
T 1 uT 1 (vT cos) T D t a cos a cos
T
T t
VH
Q Cp
Qdiff Cp
D (T )
• Moisture conservation equation
q 1 uq 1 (vq cos) qD t a cos a cos
第 8 讲 模式物理过程参数化和气候敏感性试验
1
Dynamics of Atmosphere
• Three-dimension hydrostatic primitive equations on sphere with sigma coordinate • Vorticity and Divergence equations
小尺度的物理过程不能用模式准确的描述，但是我们必须把模块化、 公式化，这就叫次网格的物理过程参数化
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Physics:
那些小于模式的分辨率物理过程，可以施加尺度的累积效应 它包括大气与外界的能量、水、势等的交换。 云和微物理过程等
Climate models cannot resolve weather features and/or processes that occur within a single model grid box.
q
Sp
D (q)
2
Dynamics
Three-dimension hydrostatic primitive equations on sphere with
sigma coordinate
Physical Processes of AGCM
From (In-Sik Kang 2004)
Physics
6
E2: Convective processes: 通过对流重要的热量和水汽的垂直再分配， 可以很容易地发生之间的尺度网格框。
7
E3: Microphysical processes: 即使在非常高分辨率的模式，由于微物 理过程发生的规模太小，模式分辨不能，其在水平和垂直的重要变化。 在这个例子中，云的微物理过程的凝结和液滴增长1公里的模型网格 内发生的。
2007年10月
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E1: A simple example for complex flow around a variety of surface features:
高大的树木，有较大的摩擦 周围建筑物或其他障碍物产生的湍流涡 在开放的领域,表面摩擦要少得多
在一个网格框，模型不可能解决任何局地的流，漩涡，或障碍的存在，该 模型必须考虑这些表面上的低级别的流量与单数的摩擦力（F）的长期预测 风方程的聚合效应。
许多其他的物理过程，不能被模式化，因为他们没有充分理解为方程格式或有 没有合适的数据
Accounting for the Effects of Physical Processes
每一个重要的物理过程参数化方案都不能直接预测，只能基于合理的物理联系（ 例如辐射）或统计（例如推断相对湿度混浊）基础之上来表示。 该方案必须基于能获得预测方程变量的一些过程信息，才能实现。 封闭是指在参数的假设和预测变量之间的联系。 （关闭参数及预测方程之间的循环。）
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▪ Atmospheric motions have different scales.
▪ Climate model resolutions: Regional: 50 km
▪ Global: 100~200 km
▪ Sub-grid scale processes: Atmospheric processes with scales can not be explicitly resolved by models.
▪ Physical parameterization: To represent the effect of subgrid processes by using resolvable scale fields.
什么是参数化（Parameterization）？
在数值模式中，不考虑过程的细节，而是用 其它一些确定的变量所表示的简化函数表示 这个过程，这个方法称为“参数化”。
Radiation
Cumulus convection Shallow convection Large-scale condensation
Gravity wave drag
Planetary boundary Landlaysuerrface
Physics of Atmosphere and Land Surface
10
Parameterizing Physical Processes
在我们还没认清物理过程的细节时候，参数化可以使我们认清物理 过程的影响
所以参数化可以被认为是物理过程的影响，而不是模拟。
Parameterization is necessary for several reasons:
电脑还没有强大到足以把许多物理过程很明确，因为他们要么太小（如前所述） 或复杂的，但是这些都必须要解决
•Radiation
n百度文库
F (z) wi Fi (z)
i
•Cumulus Convection
h M h D(hd h )
t
z
q M q D(qd l d q )
t
z
•Large Scale Condensation
P l P
FP ( p)
p (P E) dp
0
g
•Gravity Wave Drag
t
1 a cos
Av
1 a cos
(
Au
cos
)
D
(
)
D t
1 a cos
Au
1 a cos
(
Av
cos
)
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(
RT
E)
D (D)
• Mass continuity equation
ln ps t
VH
ln
ps
VH
• Hydrostatic equation
RTv
• Thermodynamic energy equation
E f FL 2 U 3 N
•Planetary Boundary Layer
C t
1
[ wC] z
1
z
Kc
C z
c
•Land Surface Process
FT (Ts ,Ta ) LFqP FR (Ts ) Fg (Ts ,Tg ) 0
3
Different scales involved
T 1 uT 1 (vT cos) T D t a cos a cos
T
T t
VH
Q Cp
Qdiff Cp
D (T )
• Moisture conservation equation
q 1 uq 1 (vq cos) qD t a cos a cos
第 8 讲 模式物理过程参数化和气候敏感性试验
1
Dynamics of Atmosphere
• Three-dimension hydrostatic primitive equations on sphere with sigma coordinate • Vorticity and Divergence equations