导读 大气测量和精细模拟的结合提高了对模型分辨率接近湍流特征长度尺度时出现的建模异常的理解——这是一个被称为 Terra Incognita 的大气模

大气测量和精细模拟的结合提高了对模型分辨率接近湍流特征长度尺度时出现的建模异常的理解——这是一个被称为 Terra Incognita 的大气模拟问题。该研究发表在《每月天气评论》上，提供了宝贵的见解，帮助我们了解如何最好地将大尺度和小尺度的模拟联系起来，以保持两个尺度上物理过程的准确性。

圣母大学的 Paul Giani 与同事 Paola Crippa 和 KAUST 的 Marc Genton 在深入了解这些物理过程的建模方式的基础上，试图找到解决这个问题的方法。

“鉴于所涉及的空间尺度范围广泛，准确模拟大气的工作原理，例如计算风、污染物运输、气候预测和天气预报，可能具有挑战性，”Giani 解释说。“这样的模拟必须模拟天气尺度的风，如信风和季风，以及由山区地形或城市地区建筑环境引起的局部尺度湍流。这些尺度之间的耦合非常具有挑战性和计算性要求很高。”

Terra Incognita 或未知土地一词是指实现这种耦合的最大挑战之一。传统上，大气模型使用由较大和较小尺寸的单元组成的网格，具体取决于大气过程或扰动的预期规模：在全球模拟中，通常大型单元覆盖数公里，在山脉、城市和其他物理环境周围尺寸减小到一公里或更小捕捉局部湍流效应的特征。

“在 Terra Incognita 决议中，当前湍流模型背后的大多数假设都被违反了，”克里帕说。“因此，我们设计了不同的策略来模拟这些分辨率下的湍流，以探索问题的严重性和可能的​​解决方案。”

该团队对沙特阿拉伯利雅得周边地区进行了精细的数值模拟，由于强烈的太阳辐射产生的热气流上升、下降气流和湍流，形成了非常深的对流边界层 (CBL)。

“CBL 对于探索 Terra Incognita 问题特别有用，因为沙特阿拉伯 CBL 涡流的典型尺度类似于模型的精细网格分辨率，使其成为一个很好的案例研究，”Genton 说。

通过将模拟与在利雅得机场对 CBL 进行的实际无线电探空仪测量进行比较，该团队能够确定建模中可以提供最大改进的因素，例如使用三维湍流模型和考虑比例的计算框架。

“结果表明，仍有一些领域我们应该努力进一步改善中尺度和微尺度模型之间的耦合，这就是我们接下来要开展的工作，”Genton 说。