理想化 squall line 动力学在 NWP 与 LES 模型之间的对比
大气与海洋物理
2025-06-25 v1 流体动力学
摘要
数值天气预报 (NWP) 模型和大尺度涡旋模拟 (LES) 模型均用于模拟对流系统，如 squall line，但其目的不同。NWP 模型旨在实现最准确的天气预报，而 LES 模型通常用于推进我们对物理过程的理解。因此，这些模型在设计上存在差异。随着计算机算力的提升，这些模型的域大小和分辨率趋于一致，这引出了一个问题：模型结果是否也趋于收敛？我们使用 NWP 模型 ICON (ICOsahedral Non-hydrostatic) 和 LES 模型 MicroHH 对一个理想化 squall line 进行研究。这两个模型在设计上存在差异，主要是因为 ICON 在三角网格上求解可压缩方程，而 MicroHH 在规则网格上求解各向异性方程。案例设置，包括分辨率、域大小、边界条件和微物理方案，两者之间保持一致。模型在包含温暖微物理和冰微物理的情形下模拟了相同的 squall-line 结构和循环模式。然而，MicroHH 在所有分辨率 (1 km、500 m、250 m) 上的 squall-line 循环强度都高于 ICON，这主要是因为 MicroHH 的数值扩散较小。差异的大小受到 advection 方案和分辨率的影响，受 turbulent diffusion 公式影响较小。这些模型在不同分辨率下的定性差异突显了模型物理和数值方法的重要性，而良好的定性一致性给我们应用 LES 所获洞见于 NWP 提供了信心。
引用
@article{arxiv.2506.19435,
title = {Comparing the dynamics of idealized squall lines between NWP and LES models},
author = {Mirjam Tijhuis and Axel Seifert and Alberto de Lozar and Bart J. H. van Stratum and Chiel C. van Heerwaarden},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.19435},
year = {2025}
}