随着临近空间、行星大气数值模拟需求的增涨,大气环流模式层顶需要不断拓高。目前主流的中高层模式大多数仍采用浅层近似的非静力或静力框架,且模式层顶偏低,拓高模式层顶势必对浅层大气假设带来一定冲击,因此亟需研发深大气模式动力框架来完善对中高层大气的描述和模拟能力。在研究跨对流层、平流层乃至更高层大气动力过程时,传统的浅大气近似(Shallow-Atmosphere Approximation)在低层大气中具有较好的适用性,但在中高层大气,尤其是中间层(mesosphere)和热层(thermosphere),其误差可能导致显著的动力学偏差。因此,近年来许多全球数值模式(如ICON、MPAS、UM等)已开始采用支持非静力深大气的动力方程组(Deep-Atmosphere Equations)。本文总结并探讨了深大气动力框架的建模方法,包括三维科氏力、变重力、度量项的完整表达以及垂直坐标几何修正等关键问题。此外,结合现有数值模式的发展,讨论了深大气框架在程序设计上的优化方案。最后,通过理想化试验和气候模拟验证了深大气模式的正确性和适用性,为进一步的临近空间、行星大气建模提供了理论和技术支持。
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