数值模式常用参数化方案简析及引用文献

1、积云对流参数化方案

1.1 Kain-Frisch方案，也叫KF2方案

此方案是KF方案的修正方案。与老的KF方案一样，此方案也用了一个简单的包含水汽抬升和下沉运动的云模式，包括卷出、卷吸、气流上升和气流下沉现象。

Kain, J. S. (2004) The Kain-Fritsch convective parameterization: An update. J. Appl. Meteorol. 43: 170-181.

PS: 老的KF方案引文如下：

Kain, J. S., J. M.Fritsch (1990) A one-dimensional entraining detraining plume model and itsapplication in convective parameterization, J. Atmos. Sci. 47(23): 2784–280.

1.2 浅对流Kain-Frisch(new Eta）方案

在Eta模式中对Kain-Frisch方案进行了调整，利用了一个简单的云模式伴随水汽的上升和下沉，同时包括了卷入和卷出，以及相对粗糙的微物理过程的作用。

Kain, J. S., J. M.Fritsch (1993) Convective Parameterization for Mesoscale Models: The Kain-Frisch Scheme. Meteorogical Monographs.DOI:10.1007/978-1-935704-13-3_16.

1.3 Betts-Miller-Janjic积云对流方案

对Betts-Miller方案进行了调整和改进，在一给定的时段，对热力廓线进行张弛调整，在张弛时间内，对流的质量通量可消耗一定的有效浮力。此方案为对流调整方案，浅对流调整是该方案的重要部分。

Janjic, Z. I.: The step-mountain eta coordinate model: further developments of the convection viscous sublayer and turbulence closure scheme, Mon. Weather Rev., 112, 927–945, 1994.

Janjic Z I . Comments on ``Development and Evaluation of a Convection Scheme for Use in Climate Models''[J]. J.atmos.sci, 2000, 57(2000):1766-1782.

1.4 Grell-Devenyi集合方案

该方案有效地综合了多个积云方案后，在每个格点里做运算，将计算结果取平均后反馈给模式，用以优化模式结果。

Grell G A , Dezső Dévényi. A generalized approach to parameterizing convection combining ensemble and data assimilation techniques[J]. Geophysical Research Letters, 2002, 29.

2、边界层参数化方案

2.1 YSU(Yonsei University)方案

YSU是MRF边界层方案的第二代，对于MRF增加了处理边界层顶部夹卷层的方法。MRF方案目前已经逐步被YSU所取代。

Hong SY, Noh Y, Dudhia J (2006) A new vertical diffusion package with an explicit treatment of entrainment processes. Mon Weather Rev 134:2318–2341

附MRF引文：

Betts A K , Hong S Y , Pan H L . Comparison of NCEP-NCAR reanalysis with 1987 FIFE data[J]. Monthly Weather Review, 1996, 124(7):1480-1498.

2.2 MYJ方案（Eta Mellor-Yamada-Janjic TKE, 湍流动能方案）

此方案对边界层和自由大气瑞流过程应用Mellor-Yamada2.5阶瑞流闭合参数化方案。

Janjic, Z. I.: The step-mountain eta coordinate model: further developments of the convection viscous sublayer and turbulence closure scheme, Mon. Weather Rev., 112, 927–945, 1994.

3、微物理过程参数化方案

3.1 Kessler方案 主要考虑水汽、云水和降雨，涉及的微物理过程有降雨的形成、降落和蒸发，云水的增长和自动转化以及凝结过程所产生的云水，是一种简单的针对暖云微物理过程的方案。

Kessler E . On the distribution and continuity of water substance in the atmospheric circulation.[J]. Meteor. Monogr. 1969, 32.

3.2 Lin方案 Lin 方案相对来说是比较全面,该方案相对比较复杂，更贴近实际。

Chen Shu-Hua， Sun Wen-Yih. A One-dimensional Time Dependent Cloud Model[J]. Journal of the Meteorological Society of Japan. Ser. II, 2002, 80(1): 99-118.

3.3 WSM系列方案3 方案 包括WSM3、5、6、7。后面的数字表示考虑了多少种水的相态。WSM3、5的引文：

Hong S Y , Dudhia J , Chen S H . A Revised Approach to Ice Microphysical Processes for the Bulk Parameterization of Clouds and Precipitation[J]. Monthly Weather Review, 2004, 132(1):103-120.

WSM6：

Hong Song-You, Jeong-Ock Jade Lim. The WRF Single-Moment 6-Class Microphysics Scheme(WSM6). Journal of the korean meteorological society, 2006, 42(2): 129-151.

WSM7:

Bae Soo Ya, Song-You Hong, Wei-Kuo Tao. Development of a Single-Moment Cloud Microphysics Scheme with Prognostic Hail for the Weather Research and Forecasting (WRF) Model. Asia-Pacific Journal of Atmospheric Sciences. 2018. https://doi.org/10.1007/s13143-018-0066-3

3.4 WDM系列方案 WDM5和6引文如下：

Lim K S S , Hong S Y . Development of an Effective Double-Moment Cloud Microphysics Scheme with Prognostic Cloud Condensation Nuclei (CCN) for Weather and Climate Models[J]. Monthly Weather Review, 2010, 138(138):1587-1612.

WDM7引文同WSM7

4、辐射过程参数化方案

4.1 最新的RRTMG-K辐射方案

利用一个预先处理的对照表来表示由于水汽、臭氧、二氧化碳和其他气体，以及云的光学厚度引起的长波过程。

Baek S . A revised radiation package of G-packed McICA and two-stream approximation: Performance evaluation in a global weather forecasting model[J]. Journal of Advances in Modeling Earth Systems,9,3(2017-07-10), 2017, 9.

4.2 GFDL辐射方案

该方案来自GFDL实验室（Geophysical Fluid Dynamics Laboratory），它将Fels和Schwarzkopf的两个简单方案结合了起来，计算了二氧化碳、水汽、臭氧的光谱波段。

Fels S B , Schwarzkopf M D . The Simplified Exchange Approximation: A New Method for Radiative Transfer Calculations[J]. Journal of the Atmospheric Sciences, 1975, 32(7):1475-1488.

4.3 Dudhia辐射方案

由简单地累加由于干净空气散射、水汽吸收、云反射和吸收所引起的太阳辐射通量。采用了Stephens的云对照表

Dudhia, J., Numerical study of convection observed during the winter monsoon experiment using a mesoscale two-dimensional model. Journal of the Atmospheric Sciences, 1989. 46(20): p. 3077-3107.

Stephens G.L. and P.J.Webster，Clouds and climate: Sensitivity of simple system. J. Atmos. Sci., 1981, 38, 235-247

5、陆面过程参数化方案

5.1 NOAH陆面方案

Noah陆面模式考虑4层土壤变量，土壤层厚度分别为距离地面10，30，60和100cm处，包含植被根区、蒸散发机制、土壤排水和径流，考虑植被种类、月覆盖比例和土壤结构，该方案为边界层方案提供感热和潜热通量，另外可预测城市地区土壤中的含冰量和积雪覆盖效应。

Chen, F., J. Dudhia(2001) Coupling an advanced land surface hydrology model with the Penn State–NCARMM5 modeling system. Part I: Model implementation and sensitivity. Mon. Wea.Rev. 129: 569-585.

5.2 RUC快速更新循环的陆面模式 最多可以考虑9层土壤，缺省考虑6层，分别为距离地面0，5，20，40，160和300cm处，该方案对热扩散和Richards水汽传输方程作了解答，在冷季可以考虑土壤水分的相变，可以预报土壤温度、冻土和总土壤湿度、地面和地面副层径流、冠层水汽、蒸散发、感热和潜热，积雪密度和厚度，积雪温度等很多变量。

Smirnova N P , Eremenko A M , Gastilovich E A , et al. Low Temperature Structural Fluorescence Spectra of Tetrahydroxy-Anthraquinone Adsorbed On Silica[J]. Research on Chemical Intermediates, 1997, 23(1):49-53.

Smirnova T N , Sakhno O V , Tikhonov E A , et al. Self-processing photopolymers for holographic recording in spectral range 500 to 700 nm[J]. Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, 2000, 4148:209-213.