My first seminar in Japan 1-NICAM model main structure

起源：
在系上隋中興老師幫忙之下，又獲得了一次可以出國見世面的機會。這次是由東京大學所主辦的NICAM模式研討會，主要關於他們模式在近年來的成果，並希望能給參與的年輕科學家有所啟發，而開啟大氣科學界的另外一面。而這次的研討會，除了主辦國家日本以外，還有中國以及韓國的科學家和學生前來參加，也算是亞洲國家在氣象領域的交流。




一.NICAM model簡介：

這邊大概對NICAM model做一個簡介，NICAM model本身是一個非靜力平衡的雲尺度氣候模式，這個部分突破了我們以往的觀念，因為基本上，時間尺度和空間尺度必須有所搭配，才不會導致數值模式計算結果出現所謂的「爆掉」，但雲尺度也就是對流尺度，所對應的時間尺度約數個小時，與氣候似乎沾不上邊，但他們在數值方法和網格點設置的部分做了一些設計，也因此模式能夠達到雲尺度解析，又不會在長期計算的狀況下產生嚴重的誤差。

1.主架構介紹：
Governing Equation：
在governing的部分，跟一般流體力學的所使用的Eulerian form沒有太大差異，最主要的不同是，它採用的是可壓縮流體的計算方式(compressible liquid)，在座標的部分，為了消除地形效應，則加入了sigma coordinate的方法。

                                       

                                      

                                      

Numerical Methods

數值方法的部分，因為有不同尺度的系統，因此積分的時間長度也有所調整，甚至在不同時間尺度上採用不同的ode解法。

                                                                        S(B)                   S(C)

如上圖，delta T是slow mode的積分時間長度，delta tou是fast mode的積分時間長度

(1)當A點是已知點，則slow mode的第一點趨勢S(A)就可求得

(2)在fast mode的部分用delta tou採用Euler method求解，求得B點的值

(3)當B已知時，slow mode的第二點tendency就可求得S(B)

(4)利用S(B)作Runge-Kutta的中間點斜率，再作積分到C點，並可得S(C)

小區間利用Euler method或者稱作1st order Runge-Kutta method，中間點再利用S(B)作斜率，繼續用Euler Method從A點計算至C點，可以看作1st order Runge-Kutta & Second order Runge Kutta method的混合版。

Split explicit scheme：

利用上面不同時間尺度混和積分方式，就可以對動量和能量方程作更新，採下面三個步驟

(1)horizontal explicit step

(2)vertical implicit step

整理完後

(3)energy corrction method

 

如此便能求得更新的水平垂直動量以及能量(即有(n+1)delta_tou的項)。