引入考虑凝结作用的连续性方程与积云对流参数化方案修正

文章研究了在热带海洋面上的水蒸发，发现水蒸发进入大气层将改变地面气压场，且蒸发潜热分为内潜热(水汽内能)和外潜热(水汽压力能)，蒸发内潜热立即成为大气热能的一部分，而蒸发外潜热直接对大气层作功，使得大气位能增加；研究了大气中的大尺度凝结降水和积云对流凝结降水对于环境气压场与位势高度场的直接影响。用郭晓岚积云对流参数化方案(已考虑凝结内潜热对大气的加热作用)，加入了考虑因大尺度凝结降水和积云对流参数化凝结降水造成地面气压场及高空位势高度场的变化，后者应是凝结外潜热过程作用的结果。在上述研究过程中，必须引入考虑凝结作用的连续性方程，且最终可以改变有积云对流凝结降水发生的数值预报模式动力框架。     

单块积云对环境大气能量的转换和输送

本文建立了一个二维弹性积云数值模式,利用西太平洋考察的平均探空资料,采用能量学方法,讨论单块积云对环境大气能量的转换和传输,为积云参数化提供依据。 文中计算了积云发展演变过程中各种形式的能量的变化。结果表明在云演变过程中释放的凝结潜热是积云发展的主要能量来源,但积云对大尺度的反馈主要不是凝结潜热直接加热大气,而是通过对流及蒸发等过程使积云对流影响的整个区域内大气位势不稳定减小,而离云较远的地区层结变得更不稳定。     

梅雨静止锋积云群整体属性的诊断研究

本文利用积云群整体诊断模式，对一次梅雨静止锋暴雨过程的积云对流活动进行研究，计算了质量通量、云内温度、比湿、液态水等积云属性，讨论了云中凝结蒸发过程以及对流能量输送特征。结果表明，梅雨积云质量通量比热带扰动大，但积云的发展高度不及热带深厚对流；积云群的降水效率约为50％；潜热在对流能量铅直输送中占显著地位，其量值远大于热带扰动中的对流活动。     

热带积云对流加热在全球大气遥响应中的重要作用──数值试验结果

利用ＩＡＰ两层大气环流模式模拟研究了热带地区积云对流加热在大气对赤道东太平洋海温正异常响应中的作用。通过对积分结果进行分析发现：热带地区积云对流在大气对赤道东太平洋海温正异常的响应过程中起着非常重要的作用。若热带地区的积云对流加热减弱则大气中的遥响应（相关）型也减弱。同时我们还发现，热带地区的积云对流加热加强则响应场的３０—６０ｄ低频振荡也得到加强。     

大气凝结水汽汇、凝结潜热作用与积云对流参数化

从引入包含质量(水汽)源、汇的连续方程出发,重新推导出大尺度凝结降水和积云对流凝结降水之水汽汇起作用的热力学方程,从而重新给出气压、气温预报方程及地面气压与高空位势高度预报方程。发现,在此基础上,才能实现凝结3个作用:气块水汽质量流失与气压降低;气块虚温降低;加热气块;和通过大气运动方程,实现大气凝结潜热“热机”作功。这时,对于预报气压、气温场,积云对流参数化方案中的参数在凝结3个作用中保持一致。否则,通过积云对流参数化方案,虽可以近似实现对于预报气压和气温场的凝结3个作用,但不可能调好参数的降水物理特性及其时空分布特征。且对于静力模式预报地面气压和高空位势高度场,不可能实现上述的第一凝结作用。最后表明,当模式分辨率提高到只用降水显式方案、不再用积云对流参数化方案后,则必须引入包含水汽源、汇的连续方程。因在热带海洋面上的水蒸发过程,水汽进入大气将改变地面气压场,且蒸发潜热可分为内潜热(水汽内能)和外潜热(水汽压力能),内潜热立即成为大气热能的一部分,而外潜热直接对大气层作功,使得大气位能增加。文中研究了大气中的大尺度凝结降水和积云对流凝结降水对气压场与位势高度场的影响。一般积云对流参数化方案都已考虑内潜热对大气的加热作用,但还须考虑因凝结与降水造成地面气压场及高空位势高度场的变化,后者应是外潜热作用的结果。在上述研究过程中,必须引入考虑凝结作用的连续方程,且最终可以改变有降水(包括大尺度凝结降水和积云对流凝结降水)发生时的数值预报模式动力框架。     

暴雨中尺度环境场特征及积云对流的反馈作用

本文利用一套具有中尺度分辨率的观测资料,对发生在1983年6月下旬的一次长江流域梅雨暴雨过程进行了诊断研究,并比较了该过程的对流降水活跃期和非活跃期的中尺度环境场特征。结果表明,两个时期的动量场存在明显差异,而水热场差异不大,Q₁和Q₂以及涡度收支也存在明显差异。在降水活跃期（暴雨集中期）,积云对流对能量和涡度的垂直输送有着重要作用;在水热收支中,起主要作用的是垂直输送项,潜热加热基本上为抬升冷却所平衡,水汽的垂直输送是积云对流的主要水汽源;在涡度收支中,低层散度项和扭转项制造正涡度,并通过积云对流向上输送,无论在低层或高层积累的正涡度都被平流非线性过程所耗损。      

夏季季风区气候的模拟特征

用一个由大气模式、土壤模式和水域模式三个子模式组成的模式模拟了夏季风区的气候特征。模拟得到的平均气候特征,如温度场、风场、降水和蒸发场均与实际观测场接近;模式模拟出季风区的地面气候特征,表明其与大气状态和下垫面性质关系密切;对加热场的模拟则表明,积云对流凝结潜热加热对总加热率的贡献最大.     

夏季季风区气候的模拟特征

用一个由大气模式、土壤模式和水域模式三个子模式组成的模式模拟了夏季风区的气候特征。模拟得到的平均气候特征,如温度场、风场、降水和蒸发场均与实际观测场接近;模式模拟出季风区的地面气候特征,表明其与大气状态和下垫面性质关系密切;对加热场的模拟则表明,积云对流凝结潜热加热对总加热率的贡献最大.     

积云对流参数化对一次梅雨锋暴雨过程影响的模拟检验

应用1988年版日本谱模式JSM,对比分析了Arakawa-Schubert、Kain-Fritsch、Kuo-Anthes和Gadd-Keers等几种积云对流参数化方案在梅雨锋暴雨对流系统模拟中的表现.对1988年7月中旬日本九州地区一次梅雨暴雨的模拟结果显示,建立在多种积云簇作用平衡基础上、并刻划了积云内上升和下沉气流作用的Arakawa-Schubert方案表现最佳.结果同时显示,在模式积云对流与模式环境场的相互作用过程中,高质量的初始条件和积云对流参数化方案对理想的中尺度数值模拟都是非常必要的.     

蒸发－风反馈机制的进一步研究

对蒸发-风反馈的作用进行了简单动力学研究。结果表明,蒸发-风反馈不能像波动-CISK那样改变热带大气波动的性质(减缓移速),不可能单独成为激发热带大气季节内振荡的动力学机制。在积云对流加热和蒸发-风反馈的共同作用下,CISK-Kelvin波和CISK-Rossby波可以不稳定发展,共同作用比单独的积云对流加热反馈作用能更全面合理地解释热带大气季节内振荡的活动。因此,蒸发-风反馈对于热带大气季节内振荡也有重要作用。      

A comprehensive meteorological modeling system—RAMS

Summary This paper presents a range of applications of the Regional Atmospheric Modeling System (RAMS), a comprehensive mesoscale meterological modeling system. Applications discussed in this paper include large eddy simulations (LES) and simulations of thunderstorms, cumulus fields, mesoscale convective systems, mid-latitude cirrus clouds, winter storms, mechanically- and thermally-forced mesoscale systems, and mesoscale atmospheric disperision. A summary of current RAMS options is also presented. Improvements to RAMS currently underway include refinements to the cloud radiation, cloud microphysics, cumulus, and surface soil/vegetative parameterization schemes, the parallelization of the code, development of a more versatile visualization capability, and research into meso--scale cumulus parameterization.With 18 Figures     

台湾地形诱生中尺度系统对台风Meranti(1010)迅速加强影响的数值研究

台风Meranti（1010）北上进入台湾海峡过程中迅速加强,登陆时达到其最大强度。利用中国气象局上海台风研究所最佳路径资料、NCEP GFS 0.5°×0.5°资料及中尺度数值模式WRF,诊断分析台湾地形诱生的中尺度系统对台风Meranti迅速加强的影响。研究发现,Meranti在进入海峡过程中,台湾地形在台湾海峡内诱生出中尺度涡旋,激发中尺度扰动波列,加强台风环流内的垂直运动。台风水汽、热量的收支诊断表明,强烈的上升运动使热量和水汽向上输送,加强台风内的积云对流和潜热释放,使其强度增强。计算台湾地形诱生中尺度系统与台风间的动能交换发现,中尺度系统通过加强垂直运动向台风中高层输送涡动动能,使中尺度系统动能向台风动能转换,为Meranti的迅速加强提供能源。敏感性试验表明,如果台湾地形不存在,中尺度系统消失,台风的水汽、热量的向上输送和积云对流明显减弱,Meranti则不能达到迅速加强标准。     

不同降水方案对"03.7"一次暴雨过程模拟的影响

观测和数值模拟研究已经表明,潜热释放对中国东部夏季梅雨锋系统及其锋面降水的维持和发展发挥着非常重要的作用.然而,目前对于梅雨锋降水模拟中各种降水方案的相互协调和系统评估方面的工作仍不多见,为了增进对梅雨锋暴雨模拟中降水过程的认识,作者针对2003年7月4～5日一次梅雨锋暴雨过程,构造了四组试验,利用MM5模式考察了两种分辨率(36 km、12 km),各种隐/显式方案搭配下,对所生成的雨带、雨量和降水类型的配置进行了仔细的研究,得到了一些有意义的结论,为今后更好地使用模式、利用数值模式来认识中尺度降水过程中的气象问题打下基础.主要结论包括:模拟总降水的水平分布和强度,以及显式降水和隐式降水的划分对积云参数化方案的选择非常敏感.但对特定积云参数化方案而言,降水的模拟对36 km、12 km水平分辨率不敏感(除Betts-Miller方案外);在中尺度网格分辨率10～50 km范围内,不同积云参数化方案对梅雨锋降水分布和降水量模拟的影响比不同显式方案带来的变化大得多.     

非绝热加热对冷锋锋生过程影响的比较研究

本文利用半地转模式研究了非绝热加热对冷锋锋生过程的影响。计算结果表明，非绝热加热包括大尺度凝结潜热、积云对流加热和感热都可以在加热区诱发出附加的锋生场。从而使加热区内的锋区强度得到明显加强；三种加热都能使上升速度增大，其中大尺度凝结潜热释放可在锋前出现一条宽约２００ｋｍ的强降水带．积云对流加热可使上升运动区范围缩小或在低层出现中尺度雨带，感热加热是产生中尺度雨带的一种可能机制。计算还表明，大尺度凝结潜热对锋生过程的影响最明显。它可以影响锋生过程中所有物理量。而积云对流加热和感热加热只对位温场和垂直速度场有明显影晌。但影响程度没有大尺度凝结潜热大。     

对流凝结加热对华北夏季锋面影响的数值模拟研究

本文利用改进的ＭＭ２模式，用干、湿过程模拟了一次夏季华北锋面结构。干模式仅能模拟出大尺度特征和明显偏弱的锋面环流，而湿模式可模拟出某些重要的中尺度流场特征。表明只要具有合理的模式物理过程，使用大尺度资料，也可以在一定程度上模拟出中尺度系统。对流参数化的试验表明，系统演变和降水预报对湿润因子ｂ和增温廓线很敏感。在此工作基础上，设计了考虑下沉气流的积云参数化方案。初步结果表明，这种方案使降水量预报有改进。     

A MODIFIED CUMULUS PARAMETERIZATION SCHEME AND ITS APPLICATION IN THE SIMULATIONS OF THE HEAVY PRECIPITATION CASES

According to the characteristics of organized cumulus convective precipitation in China, a cumulus parameterization scheme suitable for describing the organized convective precipitation in East Asia is presented and modified. The Kain–Fristch scheme is chosen as the scheme to be modified based on analyses and comparisons of simulated precipitation in East Asia by several commonly-used mesoscale parameterization schemes. A key dynamic parameter to dynamically control the cumulus parameterization is then proposed to improve the Kain–Fristch scheme. Numerical simulations of a typhoon case and a Mei-yu front rainfall case are carried out with the improved scheme, and the results show that the improved version performs better than the original in simulating the track and intensity of the typhoons, as well as the distribution of Mei-yu front precipitation.     

一次江淮气旋及其中尺度系统的数值模拟

本文在十一层原始方程模式中引入Fritsch-Chappell一维云模式，对1982年5月12日江淮气旋上中尺度系统进行了模拟试验，分析表明:Fritsch-Chappell一维云模式对深厚积云的考虑细致合理，比郭晓岚积云参数化方案优越，它能模拟出中尺度系统的一些特征。通过数值计算发现:中尺度江淮气旋是对流层低层的天气系统，气压场上具有中尺度低压的某些特征；对流天气的出现，使得中尺度江淮气旋得到发展，但这种发展有一个变化过程，在对流发展加强时，对流引起的动量变化以及下沉气流造成的低层冷却作用，使其有一个暂时的减弱过程，当对流运动趋于减弱时，气旋才得以发展。     

纯积云降水与积层混合云降水加热剖面的差异

文章对１９９１年７月吉林省连续出现的两次较大的、不同性质的降水过程进行了诊断分析与数值模拟；分析发现，７月２０日的在暖区中发展起来的中尺度对流复合体纯积云暴雨过程，其视热源（Ｑ＿１）的垂直剖面呈双峰状；７月２１～２２日，在稳定的气旋降水中嵌有中尺度积云对流降水，其视热源剖面峰值较低，位于５５０ｈＰａ左右。模拟结果表明，在不同的天气系统中积云加热剖面的峰值高度是不同的，而这一差异对大尺度环境流场的反馈作用也是不同的。     

与海南岛秋季暴雨有关的一类热带中尺度涡旋的动力学分析

对惯性重力内波方程组分别通过线性和非线性求解探讨造成2010年10月海南岛一次特大暴雨中一类热带中尺度涡旋生成发展的动力、热力机制,研究发现:（1）在副热带高压和大陆冷高压南侧反气旋性纬向水平风切变大值区、静力不稳定大气层结、积云对流潜热释放、低空急流、适当强度的冷空气有利于热带中尺度涡旋的形成和发展;（2）非线性惯性重力内波的孤立波解与这类热带中尺度涡旋有很好的联系,在静力不稳定的大气层结下,热带中尺度涡旋的形态主要由对流凝结潜热加热所决定,即潜热加热下的孤立波解要求热带中尺度涡旋在垂直方向是一个浅薄的涡旋系统;另外强盛的对流凝结潜热对热带中尺度涡旋垂直运动振幅的增强起主要作用,更有利于涡旋的发展和维持。基于天气事实分析的理论研究为深化影响海南的热带中尺度涡旋乃至南海中尺度对流系统的机理认识进行了探索。      

The influence of a water surface on mesoscale dynamics as a function of atmospheric stability

Several numerical experiments have been undertaken with a three-dimensional mesoscale model in order to determine to what extent a water surface such as a lake can influence mesoscale flow patterns.It is shown that the influence of the lake is important when cumulus clouds are present. These clouds, generated by evaporation from the water surface are small but induce significant secondary circulations which disrupt the flow field on the mesoscale.Artificial suppression of cloud activity results in a situation where the lake exerts little influence on the atmospheric environment in comparison to the control experiment where the body of water is absent. Atmospheric stability controls the intensity of perturbations to the mean flow when clouds are present.The study is of interest when modeling a number of complex phenomena simultaneously; the results shown here indicate that under certain stability conditions, a small lake can be ignored as to its dynamic and thermodynamic influence on atmospheric processes, thus leading to a neglect of a number of equations taking into account moisture terms explicitly.