格点大气环流模式GAMIL2参数不确定性的量化分析与优化

• 作者: 张涛 李立娟 王斌 薛巍 许皓宇 谢丰
• 来源期刊: 地球物理学报
• 学科: 地球科学
• 关键词: 气候系统模式 物理参数化方案 不确定性量化分析 优化算法 机理分析
• 年，卷（期）: 2016,（2）
• 所属期刊栏目: 空间物理·大气物理·大地测量学
• 页码范围: 465-475
• 页数: 11页
• 分类号: P461
• 语种: 中文
• DOI: 10.6038/cjg20160206

摘要

物理过程参数化方案的不确定性是目前气候系统模式不确定性的重要来源之一.随着模式内在复杂度攀升,模拟场景多样化,参数化方案中基于先验的和人工的物理参数选取方法已经逐步成为限制模式模拟能力的瓶颈之一.为此,本文设计并提出了初选与寻优相结合的两步法参数优化方案.初选阶段用全因子采样方法对不确定参数空间进行初始敏感性分析,估计最优解所在区域;寻优步采用单纯型下山法,基于初选阶段确定的参数组合快速寻优.将两步法应用于中国科学院大气物理研究所(英文缩写:IAP)大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(英文缩写:LASG)格点大气模式第2版:GAMIL2,选取其深对流方案和云量方案中的3个重要参数开展寻优,优化以综合减小模式降水、风场、温度、湿度、位势高度以及辐射通量的误差为目标.这些变量用GAMIL2标准版本标准化后形成单一的目标.结果显示,优化后的目标函数值比GAMIL2标准版本改进了7.5％.机理分析表明,调优后的参数优化了大气中的水汽凝结作用,进而减少模式的湿度偏差,改进云量的模拟效果;同时水汽凝结作用的变化通过大气内部动力和热力相互作用及响应影响温度、位势高度和风场的模拟.