mm5说明书(中文版).doc

中尺度模式(Mesoscale Model 5 v3)用户手册
概述
mm5模式系统的结构
第五代中尺度模式mm5是近年来由美国大气研究中心(NCAR)和美国滨州大学(PSU)在mm4基础上联合研制发展起来的中尺度数值预报模式,已被广泛应用于各种中尺度现象的研究。Mm5在以往的模式基础上作了许多变化,主要有以下几点:1)复合区域嵌套功能,2)菲静力部分扩展3)四位数据同化功能以及较多的物理过程参数化,能够方便、广泛地应用于各种计算平台。这些变化使得许多工作在这一模式系统下建立起来。
,它表现了模式的模块次序、数据流程以及各模块主要功能的简短说明。TERRAIN和REGRID模块用来处理在麦卡托或兰博托或极射赤面投影下,地形数据和等压面气象数据从规则经纬网格点到高分辨可变中尺度区域的水平插值。由于插值不能提供全面的中尺度信息,因此插值数据必须加大,RAWINS/little_r就是用连续扫描Cressman客观分析方法和复合二次曲面技术来处理水平网格观测资料和无线电探空资料。INTERP模块处理MM5系统中气压坐标到sigma坐标的垂直插值,接近地面的sigma平面与地形相似,高水平sigma面与等压面近似。MM5模块是系统的核心部分,包含气象过程的主控程序,主要求解大气运动基本方程组。 INTERB模块与INTERP模块作用相反,主要是把MM5模块计算结果从sigma坐标插值到气压坐标中。

介绍模式的格点构造是非常有用的,模式系统通常是从等压面上获得、分析数据的,但是这些资料在进入模式之前不得不被插值到模式的垂直坐标中。垂直坐标是地形伴随的,也就是在底层水平网格伴随地形,而上层表面是平坦的。中间层是随着气压的减小趋向顶层气压逐渐变得平坦()。s用来定义模式水平层:
p是气压,pt是顶层气压,ps是表面气压。
从上图可以看出:在顶层s等于0,在底层s等于1,模式的每一水平层由s值来定义,模式的垂直分辨率由0到1之间的数目决定,通常边界层的分辨率高于顶层分辨率,水平层数尽管原则上没有限制,但通常在10到40层之间变化。
水平格点采用Arakawa-Lamb B型跳点网格,,从图中可以看出T,q等量被定义在格点平面的中央,而向东风速u,向北风速v被配置到两边。模式中中央点被当作叉X,两边点被当作点·,因而水平风速被定义在点上。
所以上层变量被定义在模式垂直层的中央,作为半层由一条虚线表示出来(),垂直速度在格水平层上表示为实线,在定义sigma坐标时所有层都要被列出,包括0层和1层,因此模式层的数量比sigma层少一层。
区域嵌套

mm5具有区域嵌套的功能,最多可以同时运转9个区域的嵌套和相互作用。,对于双向交互作用的区域,它们的嵌套比率为3:1,所谓的双向就是嵌套区域边界条件的输入来自于粗糙区域,而嵌套区域对粗糙区域又有反馈。
(如区域2,3),而且嵌套区域之间也可以相互覆盖。区域4是第三级别,说明他的网格尺寸和时步相当于区域1的1/9。每一个次区域都有一个母区域,而且被完全嵌入,区域2,3的母区域是1,区域4的是3。在模拟试验中嵌套区域可能随时被转动或停止,也就是无论何时母区域被停止,所有他的派生嵌套区域就被停止。在模拟试验中移动一个区域也是有可能的,条件是没有母区域作用嵌套网格和没有粗糙网格。
单向嵌套在模式中也是可能的,这是模式首先被运行产生一个输出,一旦单向嵌套区域位置被定下来,边界条件文档也就生成了。典型的边界条件文档是一小时产生一次(依赖于粗糙区域输出的频率),这些数据被时间插值供给嵌套区域,因此单向嵌套不同于双向嵌套:1、没有反馈2、在边界处分辨率是粗糙临时的。单向嵌套区域也可能被初始化在增强数据分辨率和地形分辨率的条件下。
侧边界条件
在运行任何区域数值天气预报模式中,都要求有侧边界条件,mm5模式中所有的四个边界条件被指定为水平风速、温度、压强和湿度场,如果需要可能指定一些微物理场(比如云)作为边界条件。因此在运行模式前,边介值必须被设定。
边界值来源于对未来时刻的分析或是前粗糙区域的模拟值(单向嵌套),或是来源于其他母区域的实时预报值。对于实时预报侧边界条件最终依赖于全球模式预报。当然通过观察分析侧边界条件可能被被增强,同样的方法用于初始条件。上层空气分析值,边界值只能12小时一次,而对于模式产生的边界值可能更高频率比如6小时一次甚至1小时一次。
通过线性插值模式可以利用离散时间分析值,这些分析值能够全面地说明模式网格输出的行与列的状态。双向嵌套边界条件与单向是相似的,但每粗糙区域一个时步他就会更新,而且没