大气环流模式物理参数的优化调试

摘要

大气环流模式的性能除了与采用的具体动力框架和物理过程方案有关外，物理过程中参数的确定往往也很重要。物理参数化方案中的参数一般是在离线状态下进行调试得到的。当物理参数化过程移植到大气环流模式中时，要对其中的参数重新调试，以与模式中的其他过程相匹配，使模式具有好的模拟性能。由于大气环流模式的复杂性，如果只对一个过程中的参数进行调试，在提高模式某些性能的同时，其它方面的性能往往会下降。因此要对模式中的物理参数进行综合调试，使得模式不同物理过程能互相匹配。本文根据Severijns等提出的基于最优理论方法，建立模式模拟结果与模式参数间的目标函数,用下山单纯形迭代方法对模式参数进行优化调试，使模式的总体性能与观测最接近。将该方法应用于国家气候中心大气环流模式(BCC_AGCM2．0.1)，从全球能量收支方面对云辐射和降水过程中的物理参数进行调试，得到优化的参数值。从迭代过程看，目标函数随着迭代有起伏，但在40次以后变化较小，并趋于收敛;而且模式物理参数随目标函数的稳定也趋于收敛，表明这里的优化方法是有效的。本文比较了分别采用缺省和优化参数时模式模拟性能的改变。结果表明总体差别并不大，这是由于模式中云辐射过程模块发展相对成熟，模式在能量收支平衡方面已具有较好的性能。但在某些方面采用优化参数的模拟性能仍有提高，如模式顶和地而能量收支更平衡，地而长波通量和感热通量与观测更接近。而且模式在环流场模拟方而也有一定程度的提高，如纬向风分布等。因此本文提出的优化方法，可以应用于复杂的大气环流模式，提高模式的总体性能。