构建具有数值计算精度的全球有限体积天气气候模式面临的挑战

近年来,随着对更精细化天气预报和更精准气候预测的需求的不断增加,高分辨率全球网格非静力平衡预报模式的构建一直是大气科学领域研究与应用的热点。目前构建满足各项数学、物理及计算要求的网格模式仍然遇到严峻的挑战。本综述深入讨论了在构造基于有限体积法的全球数值模式动力框架中面临的主要挑战,即如何保证球面上各种算子的离散数值精度、模式的频散关系、预测变量的守恒特性以及计算效率问题。其中,如何在非均匀球面网格上评估以及改进数值精度是本文讨论的重点。
文章回顾了目前已经广泛应用的基于有限体积法的全球数值模式动力框架,逐个分析了其数值精度、频散以及守恒问题,并对各个框架在各项指标上的优缺点进行评估,详尽展示基于有限体积法的全球动力模式的发展状况。尽管文中的分析和讨论主要基于浅水方程系统,但所涉及的大多数概念仍可广泛地用于评估其他更复杂的动力框架模式。优化并解决这些挑战与难点,是未来高精度全球动力模式研究的主要方向。