To understand the effect of the time step on the physics–dynamics interaction in a model, we used an idealized tropical cyclone test to evaluate the sensitivities to the physics time step in the Community Atmosphere Model Version 5 (CAM5). The investigated time steps were 450, 900 and 1800 s at a resolution of 1°, and 225, 450, 900 and 1800 s at a resolution of 0.25° in the corresponding ensemble simulations. We found that the intensity and precipitation of the simulated tropical cyclone and the physics parameterizations are fairly sensitive to the time step. These sensitivities are affected by the dynamical core and the physics–dynamics coupling strategy and vary with the horizontal resolution. In low-resolution runs, the intensity of the simulated tropical cyclone varies little with physics time step in the finite volume (FV) dynamical core, but it tends to weaken with decreasing time steps in the spectral element (SE) dynamical core. The horizontal circulation of the tropical cyclone in both the FV and SE simulations increases as the length of the time step decreases in high-resolution runs, where large-scale condensation dominates. The sensitivities in the physical parameterizations to time step play an important role in regulating the impact of time step on the physics–dynamics interaction, especially in high-resolution simulations. Compared with the sequential coupling approach (ftype1) with a sudden adjustment at each physics time step in the SE core, the dribbling coupling strategy (ftype0) that adjusts the state more gradually weakens the effect of the physical parameterizations.

为了了解时间步长对模型中物理-动力学相互作用的影响，我们使用了理想的热带气旋测试来评估社区大气模型版本5（CAM5）中对物理时间步长的敏感性。在相应的集成模拟中，研究的时间步长为1°的分辨率为450、900和1800 s，分辨率为0.25°的为225、450、900和1800 s。我们发现模拟热带气旋的强度和降水以及物理参数对时间步长相当敏感。这些灵敏度受动力学核心和物理-动力学耦合策略的影响，并随水平分辨率而变化。在低分辨率运行中，模拟热带气旋的强度在有限体积（FV）动力核心中随物理时间步长变化很小，但是随着频谱元素（SE）动态核心中时间步长的减小，它趋于减弱。在FV和SE模拟中，热带气旋的水平循环随着高分辨率运行中时间步长的减小而增加，在高分辨率运行中，大规模冷凝作用占主导地位。物理参数设置对时间步长的敏感性在调节时间步长对物理-动力学相互作用的影响方面起着重要作用，尤其是在高分辨率模拟中。与顺序耦合方法（ftype1）在SE内核的每个物理时间步长进行突然调整相比，运球耦合策略（ftype0）逐渐调整状态会逐渐削弱物理参数化的效果。在FV和SE模拟中，热带气旋的水平循环随着高分辨率运行中时间步长的减小而增加，在高分辨率运行中，大规模冷凝作用占主导地位。物理参数设置对时间步长的敏感性在调节时间步长对物理-动力学相互作用的影响方面起着重要作用，尤其是在高分辨率模拟中。与在SE核中每个物理时间步长进行突然调整的顺序耦合方法（ftype1）相比，运球耦合策略（ftype0）逐渐调整状态，从而逐渐削弱了物理参数化的效果。在FV和SE模拟中，热带气旋的水平循环随着高分辨率运行中时间步长的减小而增加，在高分辨率运行中，大规模冷凝作用占主导地位。物理参数设置对时间步长的敏感性在调节时间步长对物理-动力学相互作用的影响方面起着重要作用，尤其是在高分辨率模拟中。与在SE核中每个物理时间步长进行突然调整的顺序耦合方法（ftype1）相比，运球耦合策略（ftype0）逐渐调整状态，从而逐渐削弱了物理参数化的效果。物理参数化对时间步长的敏感性在调节时间步长对物理-动力学相互作用的影响中起着重要作用，尤其是在高分辨率模拟中。与在SE核中每个物理时间步长进行突然调整的顺序耦合方法（ftype1）相比，运球耦合策略（ftype0）逐渐调整状态，从而逐渐削弱了物理参数化的效果。物理参数设置对时间步长的敏感性在调节时间步长对物理-动力学相互作用的影响方面起着重要作用，尤其是在高分辨率模拟中。与在SE核中每个物理时间步长进行突然调整的顺序耦合方法（ftype1）相比，运球耦合策略（ftype0）逐渐调整状态，从而逐渐削弱了物理参数化的效果。