高分辨率模型和常规模型的区别是什么?

Question

我们有高分辨率的模型HRRR(高分辨率快速刷新)。但是高分辨率模型和普通模型到底有什么区别呢?我意识到分辨率越高的模型越准确，但这是为什么呢?有更多的数据输入计算机吗?

另外，一个模型是否必须满足称为高分辨率的标准，或者它只是一个随意的名字?

Answer 1

高分辨率意味着模型使用的网格是好的，或者换句话说，$dx$， $dy$， $dz$和$dt$都是很小的数字。像HRRR这样的模型使用3公里的水平分辨率，而一些较老的区域模型使用30公里的水平分辨率(尽管现在连NAM都使用5公里的水平分辨率)。将分辨率与GFS和ECMWF模型进行比较有点不太直接，因为这些模型使用光谱方法在球坐标系中求解，分辨率将随着纬度而变化)。

更高的水平网格分辨率也意味着更高的垂直分辨率和更小的时间步长。垂直分辨率是想要避免网格框中的大宽高比的结果，而较小的时间步长是为了数值稳定性的需要(参见节能灯的标准)．提高分辨率和减少时间步长的最大直接结果是增加内存和大幅增加的计算需求。正因为如此，业务预测模型的分辨率将受到模型在输出可用之前可接受的运行时间的限制，这是超级计算机处理数字的功能。你通常会发现，在非预测研究环境中，分辨率要比在操作环境中高得多。例如，我以250米的水平分辨率模拟超级supercell雷暴，但我也可以腾出一整天来模拟几个小时，而一个操作模型只有几个小时来模拟比我使用的大得多的领域中的许多天。

我不认为有一个特定的要求来称一个模型为“高分辨率”，我认为你会发现隐含的分辨率在气候建模器和中尺度建模器之间有很大的不同。

高分辨率模型的精度差异通常归结于明确地解决了更多的物理问题。以30公里分辨率运行的模型不能解决对流(雷暴)，必须将其参数化为亚网格尺度效应。因此，您可能会看到“云解析”等术语应用于高分辨率模型。以3公里分辨率运行的模型将能够明确地解决对流问题。一个大的涡流模拟(使用过滤的Navier-Stokes方程)将被限制在基于网格分辨率的尺度上解析涡流，并将较小的尺度参数化。请参阅这篇论文¹进一步讨论分辨率对深湿对流分辨率的影响。

最后，进入模型的数据将产生影响(天气是混乱的，对初始条件极其敏感)。对象初始化HRRR说唱与观测雷达的数据同化周期。RAP目前是13公里的模式，但今年夏天将改为3公里。RAP从GFS中获取背景字段，并在此基础上吸收相当多的数据。虽然更小的网格框有助于捕捉更多的物理，但输入模型的数据质量也有助于提高准确性，因为它改善了初始条件。

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1. Bryan, George H.， John C. Wyngaard, J. Michael Fritsch, 2003:深湿对流模拟的分辨率要求。星期一,我们。牧师。，131, 2394 - 2416。doi:http://dx.doi.org/10.1175/1520 - 0493 (2003) 131 < 2394: RRFTSO > 2.0.CO; 2

Answer 2

只是为了给casey的精彩回答增加一点份量:

“高分辨率”的含义并没有单一的定义。不同的领域，因此不同类型的建模，将对此有不同的看法。

此外，即使在一个领域内，随着可用计算能力的增加，模型必须被称为“高”的分辨率也会随着时间的推移而增加。例如,这篇论文从1993年开始，将一个区域潮汐模型描述为“高分辨率”，网格大小约为1公里。18年后，这篇论文用“高分辨率”来描述一个50米的网格(这是一个嵌套网格，这个分辨率只是在感兴趣的区域，但关键是这个术语的含义在同一类型的建模中发生了变化)。