最近在研究WRF-Chem，学到了WRF中的边界层参数化方案，在详细了解过程中，发现网上的资料较少且散乱，故对边界层参数化方案理论进行了梳理并总结了WRF中的边界层参数化方案。
一、一些基础知识
边界层方案主要处理表面流动通量（热、湿度、动量）和空气柱中的垂直扩散
上图局部混合与非局部混合
下图为日变化
稳定边界层——局地
不稳定边界层——非局地
二、边界层方案总结
1.边界层参数化方案的分类
（1）闭合框架角度
①1阶闭合方案
多采用K理论，即假设湍流运动与分子运动具有一致性。
分为K（Ri）和K廓线方案（引入边界层高度）。
YSU(K廓线)、ACM2
②1.5阶闭合方案
主要为K(TKE)方案。（TKE湍流动能），还有K(TKE,ε)方案，但不多见。
仍采用K理论，不过引入了TKE
e湍流动能，S湍流切变产生量，B浮力项，T湍流输送和气压相关项，ε湍流耗散项。
MYJ、BL、QNSE、MYNN2、MYNN3
③2阶闭合方案
利用二阶矩的预报方程
MYNN就是典型,MYNN分为四个级别，其中level2.5即为K（TKE）方案，但是计算的公式有所改变；level2为1阶闭合方案中的K（Ri）方案。后改进添加了湿过程（对有云覆盖的边界层，考虑云和边界层的相互作用）。
- 更多阶闭合方案
计算量太大，不可控变量太多，暂无。
（2）依局地与非局地
下垫面湍流输送主要受浮力与底层风切变影响。
- 局地闭合方案
稳定边界层（多夜间），湍流主要由风切变产生与维持，局地性较强；
传统K理论属于局地方案；
MYJ、BL、QNSE、MYNN2、MYNN3
- 非局地闭合方案
不稳定边界层（晴朗白天），由于热泡，非局地性强；
常有边界层顶部的夹卷；
分三种处理方法：
- 加入逆梯度输送量
- 采用直接混合来描述非局地特性
如ACM2，向上为由浮力热泡引起的向上湍流输送，由底层直接传递到其他层，非局地；向下由于补偿下沉作用逐层传递，局地。（WRF模式对山谷城市边界层…力的检验及地面气象特征分析_王颖）
- 将局地K理论与非局地质量通量结合起来（EDMF方案）
YSU（MRF的改进）
- 局地与非局地混合型闭合方案
ACM2
2.层积云顶的长波辐射冷却和边界层顶的夹卷过程
（1）层积云顶的长波辐射冷却
①在1阶闭合框架下，采用双K廓线，两条K廓线分别以下垫面和云顶辐射冷却为动力来源；（A new boundary layer mixing scheme. Part I: Scheme description and single-column model tests；）
②在1.5、2、更高闭合框架下，直接写入湍流动能收支方程中，隐式表达。（Parameterization of PBL Processes in an Atmospheric General Circulation Model: Description and Preliminary Assessment）
（2）夹卷过程
依上，可将夹卷参数化转化为对夹卷速度的计算。
夹卷速度正比于湍流能量项，反比于边界层特征长度和层顶附件的稳定度。
- WRF中边界层常见参数化方案
- YSU
对MRF方案（存在逆梯度项过大问题）的改进，相比MRF热对流产生的混合层高度升高，风剪切产生的混合层高度降低（YSU单独添加了夹卷过程的影响——两者的主要区别）；（MYJ和YSU方案对WRF边界层气象要素模拟的影响；边界层方案对一次西南涡背景下局地暴雨过程影响分析_吴钲；边界层方案对南京地区PM_(2.5)浓度模拟的影响_王安庭）
1阶非局地闭合方案，K理论K廓线方案，用负梯度项表述非局地输送过程，显式计算边界层顶的夹卷过程；
边界层顶部为理查逊数为0的高度；（WRF模式对山谷城市边界层…力的检验及地面气象特征分析_王颖）
- MRF
见上YSU
- MYJ
MYNN的level2.5
1.5阶局部闭合方案，利用TKE确定扩散系数，易低估大气边界层高度；
适用与稳定和弱稳定边界层；
边界层顶部由TKE廓线诊断，即湍流强度下降到0.001m2/s2的高度；
- ACM2
1阶局地与非局地混合型闭合方案；
向上为由浮力热泡引起的向上湍流输送，由底层直接传递到其他层，非局地；向下由于补偿下沉作用逐层传递，局地；
不稳定条件下考虑了夹卷层的热力穿透和风切变；
边界层顶部为理查逊数为0的高度；
- MYNN2
1.5阶局地闭合方案，MYJ基础上改进；
将气压相关项进行了参数化处理，同时考虑浮力影响，更适合在对流状态下；
- SH
优化对流环境下的1阶非局地闭合K方案；
由YSU改进；
- BL（BouLac）
1.5阶局地闭合方案；常适用于城市模型；
- WRF官方文件中还有一些其他非常用边界层参数化方案，见(http://www2.mmm.ucar.edu/wrf/users/docs/technote/v4_technote.pdf)
资料补充：
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