型号说明
Aeolus 2.0是一个内部开源数值模型，旨在模拟大气环流。该模型的动力学核心基于多层伪光谱湿对流热旋转浅水（mcTRSW）模型。Dedalus算法以处理自旋加权球谐函数而闻名，它管理伪谱问题解决任务。自旋加权球谐函数的一个优点是，球面上的微分在任何地方都保持规则。在浅水模型的经典设置中，流体是均匀的、不可压缩的，并且处于静水平衡状态。因此，平均温度和密度的梯度在此设置中是不变的。然而，TRSW模型使用了非均匀层，允许潜在温度的水平变化。多层热旋转浅水（TRSW）模式及其相关湿对流的解释，以整个球面区域的最小参数化为特征，已在出版物中全面详细阐述罗斯塔米等人，2022年.
该模型捕捉了垂直整合的潜在温度、压力、水汽、降水和海底地形复杂影响的时空演变。它综合表征了对流层下部和上部的速度场，采用了从平滑到粗略的光谱分辨率。这使我们能够探索各种复杂程度不同的动态现象。
层与层模型
风神2.0的另一个特点是它是一个图层模型。层模型和水平模型是地球物理流体动力学中用来表示大气和海洋垂直结构的两种方法。虽然水平模型很容易结合热力学，但它们的准确性不如层模型，尤其是在高垂直模式下。不同之处在于这些模型如何表示密度分布。在水平模型中，假设密度连续分层，并在固定深度处使用有限差分。相反，层模型用分段恒定剖面来近似连续密度剖面，其中界面深度可以随位置和时间变化。水平模型的准确性问题源于小尺度有限差分的固有局限性。相反，层模型不存在这个问题，因为分段恒定密度剖面在物理上是有效的，运动方程精确地表示了这种特殊的分层。拉普拉斯潮汐方程是一个突出的例子，它突出了层模型和水平模型之间的差异。这些方程描述了海洋和大气中潮汐的行为，是一个单层模型，在水平模型族中没有对应的模型。
自旋加权球谐
在风神2.0中使用的数值方法中，使用了Dedalus算法。如Vasil等人（2019年）和Lecoanet等人（2018年）的著作所述，Dedalus算法结合了自旋加权球谐函数的使用。自旋加权球谐函数最初是由Gelfand和Shapiro（1956）在他们关于Lorenz群的研究中引入的。将自旋加权球谐函数与旋量基向量结合使用的一个关键优点是能够以类似于傅里叶级数运算的方式在球域上执行微分运算。该特性使整个球面上的对角波数乘法规则且性能良好，从而消除了极点处传统奇异梯度的必要性。这一有利特性增强了在球形域上mcTRSW动力核内执行的数值稳定性和计算精度。
