【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数值天气预报，尤其涉及一种适用于变分辨率的对流参数化方法、装置、设备及介质。
技术介绍
1、积云对流是数值模式中最重要的非绝热加热物理过程之一，它是全球能量、水分和质量循环的重要调节器，在全球气候系统中具有重要的纽带作用，也是影响模式性能的主要瓶颈。例如，气候模式反映出的双赤道辐合带现象，大气季节内振荡的模拟偏差，都与积云对流参数化的不完善有关。因此，改进积云对流参数化方案是提高模式整体性能的一个重要途径。近年来，随着模式分辨率的不断提高，研发尺度自适应对流参数化方案，以解决在粗分辨率网格下所发展的物理过程参数化的理论假设失效问题，是数值预报发展的重大挑战之一。
2、现有方案提出的对质量通量进行尺度调整的自适应方案，将对流参数化的对流调整时间进行依赖分辨率的修正，从而实现了尺度自适应，改进了ecmwf高分辨率模式的对流预报，但是是基于传统的准平衡假定，原有框架并没有被打破，而研究非准平衡条件下的对流闭合假设和次网格云模型，是尺度自适应对流参数化发展的方向。
3、除闭合假设外，积云与环境大气的混合过程(又称夹卷)也是影响积云对流参数化性能的一个重要因素。其通过改变积云质量通量的垂直分布，对温度、湿度倾向产生影响，进而对整个大气环流产生影响。卷入率过小会造成模拟的积云塔过高，对流过于旺盛；相反，卷入率过大则容易稀释云浮力，积云达不到应有的高度。以往的夹卷率参数化都是针对粗网格模式设计的，如何设计尺度自适应夹卷率参数化方案也是对流参数化中亟待解决的难点。
4、且随着模式分辨率的不断提高
5、有鉴于此，亟需提供一种解决非准平衡假定条件下的对流闭合问题，且适用于变分辨率网格的尺度自适应深对流参数化方案，可合理描述积云对流的适用于变分辨率的对流参数化方法。
技术实现思路
1、为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种适用于变分辨率的对流参数化方法、装置、设备及介质，以解决相关技术中的技术问题。
2、本说明书一个或多个实施例提供了一种适用于变分辨率的对流参数化方法，包括步骤：
3、基于粗粒化方法根据不同分辨率的模式网格形成的各子区域，计算各子区域的卷入率，建立卷入率与各子区域对应分辨率之间的统计关系式，获得卷入率伴随分辨率变化的缩放关系式，并作为卷入率参数化公式的订正因子，获得适用于变分辨率模式的尺度自适应卷入率参数化；
4、基于临界浮力条件下的临界混合比参数化对流云量，并根据计算获得的卷入率计算卷出率，确定积云模型；
5、基于闭合假设，生成满足贝塞尔函数统计分布的样本数据，对每个时间步长，基于随机种子数，利用蒙特卡洛方法建立积云质量通量概率密度分布函数；
6、利用对流云量对积云质量通量概率密度分布函数进行尺度自适应订正，获得订正后的积云质量通量，为积云模型的边界条件，计算对流加热率，获取对流参数化方案。
7、本说明书一个或多个实施例提供了一种适用于变分辨率的对流参数化装置，包括：
8、卷入率参数化模块，用于基于粗粒化方法根据不同分辨率的模式网格形成的各子区域，计算各子区域的卷入率，建立卷入率与各子区域对应分辨率之间的统计关系式，获得卷入率伴随分辨率变化的缩放关系式，并作为卷入率参数化公式的订正因子，获得适用于变分辨率模式的尺度自适应卷入率参数化；
9、卷出率计算模块，用于基于临界浮力条件下的临界混合比参数化对流云量，并根据计算获得的卷入率计算卷出率，确定积云模型；
10、积云质量通量确定模块，用于基于闭合假设，生成满足贝塞尔函数统计分布的样本数据，对每个时间步长，基于随机种子数，利用蒙特卡洛方法建立积云质量通量概率密度分布函数；
11、积云质量通量订正模块，用于利用对流云量对积云质量通量概率密度分布函数进行尺度自适应订正，获得订正后的积云质量通量，获得尺度自适应闭合方案；
12、对流参数化方案确定模块，用于将订正后的积云质量通量作为积云模型的边界条件，计算对流加热率，获取对流参数化方案。
13、本说明书一个或多个实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述所述适用于变分辨率的对流参数化方法。
14、本说明书一个或多个实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述适用于变分辨率的对流参数化方法的步骤。
15、本公开提供的一种适用于变分辨率的对流参数化方法、装置、设备及介质，优点在于，针对高分辨率和变分辨率模式设计的，适用于不同网格尺度的对流强天气过程模拟，通过建立对流卷入率与水平分辨率的统计关系式，提出尺度自适应卷入率参数化方案；其次通过参数化对流云量来隐式计算卷出率确定积云模型，再生成满足贝塞尔函数统计分布的样本，并采用蒙特卡洛方法从该分布中获取积云质量通量，利用大涡模拟结果，分析不同空间尺度下积云质量通量的概率密度分布，通过订正理论模型，改进描述积云质量通量的概率密度分布函数，以解决非准平衡假定条件下的对流闭合问题，最终通过对积云质量通量进行尺度自适应订正，并与积云模型耦合，完成整个对流参数化方案。本方法在传统对流参数化中引入改进后的随机模型以解决非准平衡假定条件下的对流闭合问题，可适用于任一质量通量型对流方案，具有建模先进性、计算灵活性的特点，可用于不同分辨率模式，能提高模式预测准确度，尤其为对流频发的夏季中高纬陆地，满足台风、暴雨等强天气过程降水预报需求，对气象行业发展具有重要意义。
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1.一种适用于变分辨率的对流参数化方法，其特征在于，包括步骤：
2.如权利要求1所述的适用于变分辨率的对流参数化方法，其特征在于，所述立卷入率与各子区域对应分辨率之间的统计关系式具体如下：
3.如权利要求1所述的适用于变分辨率的对流参数化方法，其特征在于，所述基于临界浮力条件下的临界混合比参数化对流云量，并计算卷出率包括以下步骤：
4.如权利要求1-3任意一项所述的适用于变分辨率的对流参数化方法，其特征在于，所述临界混合比χc计算如下式：
5.如权利要求4所述的适用于变分辨率的对流参数化方法，其特征在于，所述通过计算确定归一化的中性浮力条件下的总水汽比湿梯度，与对流云量σ的归一化梯度大体呈线性相关，获得拟合关系，拟合关系式具体如下：
6.如权利要求4所述的适用于变分辨率的对流参数化方法，其特征在于，所述对流云底向上逐层迭代计算重构云底到云顶间每一层的对流云量，计算公式具体如下式：
7.一种适用于变分辨率的对流参数化装置，其特征在于，包括：
8.如权利要求7所述的适用于变分辨率的对流参数化装置，其特
9.计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述适用于变分辨率的对流参数化方法。
10.计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述适用于变分辨率的对流参数化方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种适用于变分辨率的对流参数化方法，其特征在于，包括步骤：
2.如权利要求1所述的适用于变分辨率的对流参数化方法，其特征在于，所述立卷入率与各子区域对应分辨率之间的统计关系式具体如下：
3.如权利要求1所述的适用于变分辨率的对流参数化方法，其特征在于，所述基于临界浮力条件下的临界混合比参数化对流云量，并计算卷出率包括以下步骤：
4.如权利要求1-3任意一项所述的适用于变分辨率的对流参数化方法，其特征在于，所述临界混合比χc计算如下式：
5.如权利要求4所述的适用于变分辨率的对流参数化方法，其特征在于，所述通过计算确定归一化的中性浮力条件下的总水汽比湿梯度，与对流云量σ的归一化梯度大体呈线性相关，获得拟合关系，拟合关系式具体如下：
6.如权利要求4所述的适...
【专利技术属性】
技术研发人员：王晓聪，赵雅昕，王凯，缪昊，刘艳婕，
申请(专利权)人：中国科学院大气物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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