A physical subgrid‐scale information exchange (PSIE) system for parametrization schemes in numerical weather prediction models
A physical subgrid‐scale information exchange (PSIE) system for parametrization schemes in numerical weather prediction models
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用于数值天气预报模型中参数化方案的物理亚网格级信息交换（PSIE）系统
DOI：
10.1002/qj.3464
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发表时间：
--
影响因子：
8.9
通讯作者：
A. Bott
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
V. Kuell;A. Bott
数值天气预报模式中参数化方案的选择和相互作用关系到数值天气预报的质量。由于传统的参数化方案只能通过平均网格尺度预测变量的趋势来相互交流，因此方案中大量可用的亚网格尺度信息丢失了，为了克服这个问题，参数化方案之间应该直接交换亚网格尺度信息。在本文中，已经存在的亚网格尺度的通信路径，已成功地用于业务预报在过去，扩展到物理亚网格尺度的信息交换（PSIE）系统，包括所有的大气参数化方案。对于我们的研究，我们选择了参数化方案的微物理，对流，湍流，分数云量和辐射。Deutscher Wetterdienst（DWD）的COSMO模型（网格大小为Δx= 7 km）作为PSIE系统实施的托管模型。然而，耦合制定的方式，也允许PSIE系统被应用到其他NWP模式。对不同天气状况的真实的案例研究进行了模拟，并与来自RADOLAN的DWD观测降水数据（经台站数据校准的雷达测量）进行了比较。这一点得到了分数技能评分（FSS）分析的证实，该分析还可以深入了解PSIE效应的时间发展。PSIE路径和它们的相互作用的相对影响也研究了结合因子分离分析。
The choice and interaction of the parametrization schemes in a numerical weather prediction (NWP) model are crucial for the forecast quality. Because, classically, the parametrization schemes can only communicate to each other via the tendencies of the averaged grid‐scale prognostic variables, a considerable amount of subgrid‐scale informationavailablewithin the schemes is lost.To overcome this problem, subgrid‐scale information should bedirectlyexchanged between the parametrization schemes. In the present paper already existing subgrid‐scale communication paths, which have been successfully used in operational forecasts in the past, are extended to a physical subgrid‐scale information exchange (PSIE) system including all atmospheric parametrization schemes. For our studies we have chosen the parametrization schemes of microphysics, convection, turbulence, fractional cloud cover and radiation. The COSMO model of Deutscher Wetterdienst (DWD) with a grid size of Δx= 7 km serves as the hosting model for the implementation of the PSIE system. However, the couplings are formulated in a way that also allows the PSIE system to be applied to other NWP models. Simulations of real case‐studies of different weather situations are performed and compared to DWD observational precipitation data from RADOLAN (radar measurements calibrated by station data).Visual inspection of precipitation maps reveals that precipitation patterns look more realistic with the full PSIE system, especially during air‐mass convection situations. This is confirmed by fractional skill score (FSS) analyses, which also give an insight into the temporal development of the PSIE effects. The relative impact of the PSIE paths and their interaction is also studied in conjunction with a factor separation analysis.
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