[科普中国]-大气环流模式

简介

一般要模拟或预测的主要变量为水平风场、温度场、高度场‘湿度场和地面气压场，因此这套方程组包括水平运动方程（x和y方向）、静力方向、热力学方程、连续方程、状态方程和水汽变化平衡方程。由连续方程垂直积分并利用垂直边界条件，就得到地面气压变化的倾向方程。由方程组是高度非线性的，无法求得解析解，给定初边值条件，一般用数值方法就可以求解这套方程组。1

基本方程经过几十年的研究发现，各GCM模式所用的模式控制方程组已经基本定型。

物理过程大气运动并不是孤立的，上面要接受来自太阳辐射的影响，下面与地球表面接触，这就构成了AGCM的下边界。由于地球表面凹凸不平，既有陆地，又有海洋，既有高山，又有平地，既有森林又有沙漠，还有冰雪覆盖，它们对大气的影响既有动力，又有热力的。同时由于大气自身的运动和外界的影响，又会发生凝结，产生降水，改变大气温度和湿度，因此如何处理好这些被称之为非绝热的物理过程对AGCM是至关重要的。这些物理过程主要有：（1）辐射，包括来着太阳的短波辐射和大气及地球自身放出的长波辐射；（2）凝结加热和降水，包括大尺度上升运动产生的凝结和小尺度积云对流的作用；（3）湍流扩散和地面过程，包括来自下垫面（水面和陆地表面）的摩擦、感热和蒸发潜热的计算以及大气中的湍流垂直输送过程和水平扩散；(4)地形的影响，包括大尺度地形的动力。热力作用和小尺度（次网络)地形激发的重力波在稳定层结下上传对运动的·影响。1

主要特点气候模式有多种类型，但作为气候模式系列之一的大气环流模式的主要特点是：一是能显示地模拟日天气系统的演变，而逐日天气系统的演变构成了气候的最基本分量；二是含次网络物理过程的参数化，如湿对流，湍流扩散和辐射等；三是，一般而言，应包含表面参数随时间变化的方程，但大多数模式海表面温度均取为固定的气候分布，不过，对于长期气候变化问题，常常需要考虑大气和海洋双向相互作用，海气耦合模式已成为许多研究目标。3

大气环流大气环流，一般是指具有世界规模的、大范围的大气运行现象，既包括平均状态，也包括瞬时现象，其水平尺度在数千公里以上，垂直尺度在10km以上，时间尺度在数天以上。大气大范围运动的状态。某一大范围的地区（如欧亚地区、半球、全球），某一大气层次（如对流层、平流层、中层、整个大气圈）在一个长时期（如月、季、年、多年）的大气运动的平均状态或某一个时段（如一周、梅雨期间）的大气运动的变化过程都可以称为大气环流。