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地球系统模式是研究气候变化机理和预测未来气候变化不可替代的工具。由于气候系统的高度复杂性和非线性，目前的地球系统模式对气候系统的模拟仍存在一定的偏差。本论文建立在中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)现有的谱大气模式(SAMIL)和全球海洋-大气-陆面系统耦合模式(FGOALS)基础上，成功研发了新一代有限体积大气模式(FAMIL)及其耦合版本(FGOALS-f)。 FAMIL沿用SAMIL原有物理过程，引入了当前国际先进的立方球网格有限体积动力框架，模式并行效率高，克服了负水汽问题。本研究更新了物理过程中的辐射方案，改进了太阳高度角算法，引入单参数云微物理过程改进模式中的能量水分循环。在此基础上，本研究全面调整所有物理过程中的能量和水分过程，保证能量和水分守恒。本研究利用美国国家大气研究中心研发的地球系统模式(CESM)框架，研发了FAMIL的耦合版本FGOALS-f。FGOALS-f使用了当前最新的耦合器CPL7，耦合了当前最新的陆面、海洋、海冰、陆冰、径流分量模式。利用FAMIL/FGOALS-f，本研究开展了大量数值试验，包括动力框架理想试验，水球试验(APE试验)，大气模式比较计划试验(AMIP试验)，耦合模式比较计划试验(CMIP试验)，试验结果表明FAMIL/FGOALS-f对大气基本环流的模拟与观测是一致的，是可以与国际上其他先进模式相比较的。 高分辨率是当前气候模式发展的趋势。本研究在FAMIL和FGOALS-f200公里稳定版本的基础上，将模式的水平分辨率提高至6.25公里，可灵活使用的分辨率为200公里，100公里，50公里和25公里。本研究比较了不同分辨率下，FAMIL/FGOALS-f的计算性能，发现FAMIL的计算速度足以满足当前科学研究需要。本研究在天河一号上测试了FAMIL/FGOASL-f的12.5公里高分辨率版本，发现在该分辨率下使用3456以下计算机核时，模式具有良好的可扩展性，模式I/O效率在80％以上。本研究进一步分析了不同分辨率下，FAMIL/FGOALS-f对大气环流的模拟，特别是高分辨率下，对地形降水和台风的模拟。发现不同分辨率下FAMIL/FGOALS-f模拟性能相当，主要因为物理过程并没有明显改变。而高分辨率下，FAMIL/FGOALS-f能够更加真实地模拟地形降水和可以捕捉到台风的生成。 利用FAMIL/FGOALS-f，本研究从不同的时空尺度上系统评估了FAMIL/FGOALS-f对能量平衡和水分收支的模拟。发现FAMIL/FGOALS-f对全球平均年平均的大气顶和地表辐射通量、感热潜热通量模拟与观测/再分析数据相一致。能量平衡的季节变化模拟合理。从全球分布来看，FAMIL/FGOALS-f对辐射通量的模拟总体较好，大洋东岸模拟的到达地表短波辐射通量明显偏强，反射的短波辐射明显偏弱，主要因为该地区模拟的低云偏少。另外，FAMIL/FGOALS-f模拟的印度洋西部的到达地表的短波偏少，反射的短波偏多，主要因为该地区模拟的降水偏多，云层偏厚。FAMIL/FGOALS-f模拟的全球平均降水等于全球平均蒸发，这相对SAMIL是一项非常重要的改进。FAMIL/FGOALS-f模拟的降水分布合理，但是仍可以看到双赤道辐合带。FAMIL/FGOALS-f可以模拟降水日变化的强度，但是降水日变化的位相未能合理模拟出来。 FAMIL/FGOALS-f仍处于初步发展阶段，仍有许多方面需要改善。本论文作为一个阶段成果介绍，可以作为FAMIL/FGOALS-f进一步发展的参考。