[发明专利]一种基于次网格占比函数的尺度自适应KF积云对流参数化方法

权利要求书

1.一种基于次网格占比函数的尺度自适应KF积云对流参数化方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤A：通过数据拟合给出次网格占比均值函数；

步骤B：将次网格占比均值函数引入到KF积云对流参数化方案中，得到新的具有尺度意识的积云对流参数化方案，即基于次网格占比函数的尺度自适应KF方案。

2.根据权利要求1所述的一种基于次网格占比函数的尺度自适应KF积云对流参数化方法，其特征在于在步骤A中，次网格占比均值函数的拟合方法包括如下步骤：

步骤A1：构造参考湍流场，作为各分辨率模拟的真值，所构造的参考湍流场可提供网格与次网格尺度的湍流统计信息，用于研究模式在各个分辨率上的湍流特征；

步骤A2：设计12组LES模拟试验，第1-6组为干对流试验个例，第7-12组为湿对流试验个例，模拟不同感热通量、风速、水汽条件下，即不同稳定度条件下次网格感热通量占总感热通量比值；

步骤A3：首先分别拟合第1-6组测试用例的干对流LES模拟结果，对拟合结果进行再拟合，得到干对流条件下次网格感热通量占比的拟合函数，即

然后分别拟合第7-12组测试用例的湿对流LES模拟结果，对拟合结果进行再拟合，得到湿对流条件下次网格感热通量占比的拟合函数，即

3.根据权利要求2所述的一种基于次网格占比函数的尺度自适应KF积云对流参数化方法，其特征在于在步骤A1中，构造参考湍流场的方法为：基于水平网格距为25m的LES结果，构造分辨率从25m至6400m的参考湍流场，分别得到网格距Δ为25m、50m、100m、200m、400m、800m、1600m、3200m、6400m的LES参考湍流场。

4.根据权利要求2所述的一种基于次网格占比函数的尺度自适应KF积云对流参数化方法，其特征在于在步骤A1中，网格解析的感热通量、次网格感热通量、总感热通量及次网格感热通量占比函数的计算方法为：

5.根据权利要求2所述的一种基于次网格占比函数的尺度自适应KF积云对流参数化方法，其特征在于：在步骤A3中，当Δ/h趋于无穷大时，次网格感热通量占比函数趋近于1，当Δ/h趋于0时，次网格感热通量占比函数趋近于0，即次网格占比平均拟合函数近似为Δ/h变量的函数。

6.根据权利要求2所述的一种基于次网格占比函数的尺度自适应KF积云对流参数化方法，其特征在于步骤B具体包括如下步骤：

步骤B1：构造积云调整函数，即

步骤B2：确定需要调整的9个物理量，即单位时间比湿变化量、单位时间云水变化量、单位时间云雨变化量、单位时间云雪变化量、单位时间云冰变化量、单位时间温度变化量、浅积云面积比、深积云面积比、对流降水雨强。

步骤B3：将步骤B2中的9个物理量乘以积云调整函数进行调整，再作为KF输出变量反馈给数值模式动力框架，即

cldfra_sh＝cldfra_sh×Cu_scale (23)

cldfra_dp＝cldfra_dp×Cu_scale (24)

pratec＝pratec×Cu_scale (25)

7.根据权利要求6所述的一种基于次网格占比函数的尺度自适应KF积云对流参数化方法，其特征在于在步骤B1中，积云调整函数的构造方法为：KF方案中计算的积云高度H_cu与云底高度H_LCL作为式(12)中的边界层高度h，构造与模式格点尺度和积云尺度具有依赖关系的积云调整函数。

8.根据权利要求7所述的一种基于次网格占比函数的尺度自适应KF积云对流参数化方法，其特征在于：积云调整函数的取值范围为0-100％。