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中尺度模式〔Mesoscale Model 5 v3〕用户手册
概述
mm5模式系统的结构
第五代中尺度模式mm5是近年来由美国大气研究中心〔NCAR〕和美国滨州大学〔PSU〕在mm4基础上联合研制发展起来值，这些分析值能够全面地说明模式网格输出的行与列的状态。双向嵌套边界条件与单向是相似的，但每粗糙区域一个时步他就会更新，而且没有松弛区域。
5. 四维数据同化
拓展时间上的的数据可以输入到模式中，四维数据同化只是模式中的一个选项。本质上四维数据同化允许模式在强迫条件下执行，也就是张弛朝着观测场和分析场。这样做得好处是一段张弛逼近后，模式将某种程度上适合那一时间间隔内的所有数据，而保留值接近动力平衡。这样做是优于一个简单天气分析初始化过程，因为一段时间内的附加数据将有效增加数据的分辨率。在一个位置上的观测数据通过模式将被带入下一阶段，从而可以填充下一时段数据的空缺。
四维数据同化的两个主要应用是：1、动力初始化2、四维数据设置。动力初始化就是在实时预报中利用前面的预报值是初始条件最优化。结果说明相对于静态初始化附加数据对预报是有益的。第二个应用，四维数据设置是一种产生动态平衡分析的方法，在一个拓展是段张弛逼近数据同化过程中这种方法包含流程中的实际连续性和地转风与热量风的平衡。
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数据同化的两种方法依赖于数据是否是格点的还是单个观察的。考虑模式网格分析场的形成，在一个给定时间间隔格点数据将用来张弛逼近模式点对点数据，对于一个大尺度信息这是非常有用的。对于小尺度信息，非天气图定时资料或特殊平台象机床、飞行器等不能被利用，但个观测资料能够被用来张弛逼近模式。这些观测资料被给定一个时间窗和影响半径。每个格点上的观测资料的权重依赖于他们在时间上和空间上到观测站的距离。
6. 地表资料的分类
关于地表分类模式有三个选项设置，这些设置在TERRAIN模块的存档资料中，它们是13、16、24种，〔植被、沙漠、城市、水、冰〕。模式每个格点单元被分派一种地表资料，从而决定了外表特性如反射率、粗糙长度、长波反射率、热容量和湿度等。此外如果积雪覆盖着一项被设置，外表特性相应的被改动。列表中的值相应季节变化。
7. 地图投影及地图比例因子
模式系统有几种投影方式可供选择，兰博托投影适合中纬度，极射赤面投影适合高纬度，麦卡托投影适合低纬度，模式的x,y方向不对应东西或南北，麦卡托投影除外，因此观测到的风俗不得不被旋转到模式中。模式的u,v在于观测支队比前需要旋转。这些变换在模式的前处理中就被计算出。
地图的比例因子m被定义为：
m = (distance on grid) / (actual distance on earth)
它的值通常接近于1，虽纬度变化，模式投影保持小区域的形状，以便每处dx=dy，但是网格长度是变化的，对应的区域在平面上表示为球面。无论那儿水平梯度被用到时，地图比例因子都会在模式的方程中被计算出。
8. 运行模式系统所需要的数据
因为mm5模式系统首先是为实时资料研究设计的，因而它需要以下资料来运转：
地形资料和地表分类资料
网格大气资料至少有以下几种：海平面气压、风、温度、相对湿度、位势高度，气压分层：外表气压、1000、850、700、500、400、300、250、200、150、100mb
观测资料
模式中提供了一些基本的地形、地表分类和全球覆盖但分辨率可变的植被数据，关于怎样从NCAR上获得资料，请查阅网站:
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模式分模块介绍
TERRAIN模块
用途
mm5模式系统中的第一个模块是TERRAIN，这个模块水平插值规则经纬度上的地形高度和植被〔地表分类资料〕到指定的中尺度区域上，。如果地表模式LSM在MM5中应用时，附加资料如土壤类型、植被分布率、每年深层土壤温度将被产生。
TERRAIN模块的任务
TERRAIN模块主要完成两个任务：
建立中尺度区域：粗糙区域和划分网格区域〔移动嵌套区域除外〕
为所有的中尺度区域产生地形数据场，这将首先被REGRID模块用到，以后将被MM5和NESTDOWN模块使用。这一模块仍然计算一些模式需要的常数：经纬度、地图比例因子、柯里奥利参数。
TERRAIN模块流程
原始数据输入
从规则经纬度的原始数据到中尺度网格的插值
嵌套区域的调整和反馈
地形高度、地表分类资料和其他地形数据以MM5格式的输出
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输入数据
原始数据
作为输入到TERRAIN模块的可利用数据包括地形高度、地表分类资料/植被，海陆分界线、土壤类型、植被分布率和深层土壤