COMPARISON OF ON-LINE COUPLED AND CONSTANT TRANSFER SIMULATION METHODS FOR DIRECT RADIATIVE FORCING OF ANTHROPOGENIC SULFATE

1 INTRODUCTIONOf three main methods for studying the radiativeforcing of anthropogenic sulfate and climatic responseon the regional scale, the first is, with given rates fortransforming SO2 to sulfate, converting actuallyreleased SO2 into sulfate and acqu…     

硫酸盐直接辐射强迫的在线与固定转化率模拟方法的对比研究

以2000年1、4、7、10月为例，利用区域气候模式，比较了模拟硫酸盐气溶胶分布和直接辐射强迫的在线模拟方法与固定SO2到硫酸盐转化率方法，并与全球模式的结果进行了对比检验。结果表明：在线模拟得到的主要结果与全球平均结果符合得很好，但固定转化率方法存在明显偏差；两种方法硫酸盐柱含量的差异在-4-12mg／m^2范围内，占在线模拟柱含量的42％以上，7月份差异最显著，1月份差异最小；大气顶辐射强迫差异在-1.8-0．4W／m^2之间，此差别占在线辐射强迫的26％以上；采用36．7％的固定转化率对冬季过大、夏季偏小，只有春秋季的江南部分地区适合。由于固定转化率方法不能反映温度、辐射、水汽、云水等气象要素的季节性变化对硫酸盐生成率的影响，因而对硫酸盐含量和分布的季节变化模拟存在偏差，这是导致上述差异的重要原因。     

硫酸盐气溶胶直接辐射效应在线与离线模拟方法的比较

利用区域气候模式RegCM 2与大气化学模式连接的模拟系统 ,比较了硫酸盐气溶胶辐射强迫的在线、离线模拟方法的硫酸盐柱含量、大气顶直接辐射强迫及地表温度响应。发现 :在线与离线模拟方法得到的硫酸盐柱含量、有无反馈大气顶直接辐射强迫和地表温度响应在许多地区有很大差异 ,这种差异在较小区域平均的尺度上更显著 ,在全区域平均尺度上也较为明显 ,是不能被忽略的 ;结果显示从硫酸盐含量到辐射强迫和地表温度响应逐渐加大的差异 ,说明硫酸盐气溶胶的辐射强迫与模拟方法有关 ,显示出较大的不确定性。     

GENERALIZED ENERGY CONSERVATION AND UNSTABLE PERTURBATION PROPERTY IN BAROTROPIC VORTEX

Based on a barotropic vortex model, generalized energy-conserving equation was derived and two necessary conditions of basic flow destabilization are gained. These conditions correspond to generalized barotropic instability and super speed instability. They are instabilities of vortex and gravity inertial wave respectively. In order to relate to practical situation, a barotropic vortex was analyzed, the basic flow of which is similar to lower level basic wind field of tropical cyclones and the maximum wind radius of which is 500 km. The results show that generalized barotropic instability depending upon the radial gradient of relative vorticity can appear in this vortex. It can be concluded that unstable vortex Rossby wave may appear in barotropic vortex.     

东亚地区云和地表反照率对硫酸盐直接辐射强迫的影响

文中利用区域气候模式深入探讨了东亚地区云及地表反照率对硫酸盐直接辐射强迫的影响 ,同时定量估算了东亚地区云区气溶胶的直接辐射强迫 ,讨论了硫酸盐对地表和大气短波辐射平衡产生的不同影响。研究表明 :云对气溶胶的直接辐射强迫具有很强的减弱作用 ,这种减弱作用不仅取决于云覆盖份数 ,而且取决于云的光学厚度。就区域平均而言 ,文中模拟的东亚地区气溶胶直接辐射强迫为 - 0 .0 97W /m2 ,占总直接辐射强迫的 10 .4%左右。表明云对硫酸盐直接辐射具有很强的减弱作用 ,在估算其总的直接辐射强迫时 ,云区的贡献不可忽视。较高的地表反照率会减弱硫酸盐的直接辐射强迫 ,而较低地表反照率则会增加硫酸盐的辐射强迫。硫酸盐气溶胶对大气辐射平衡影响非常小 ,但对地表辐射平衡产生重要影响 ,影响程度与大气几乎一致。     

亚欧及北太平洋相当正压层高度的分析及数值模拟

本文利用相当正压层方法,分析了亚欧及北太平洋中纬度地区47个站点的相当正压层高度,其结果与文献[1]类似。计算表明:亚欧及北太平洋的相当正压层高度平均位于359hPa,略去高原站点后,平原地区的平均高度为374hPa。相当正压层是一个波动很大的不同气压的曲面,并随地区和季节变化较大。高原和西风急流的强弱可能都是其影响因子,尤其是高原的作用值得进一步探讨。数值模拟也证实了300hPa上Rossby波比500hPa效果好。     

The generalized energy equation and instability in the two-layer barotropic vortex

The linear two-layer barotropic primitive equations in cylindrical coordinates are used to derive a gen- eralized energy equation, which is subsequently applied to explain the instability of the spiral wave in the model. In the two-layer model, there are not only the generalized barotropic instability and the super high- speed instability, but also some other new instabilities, which fall into the range of the Kelvin-Helmholtz instability and the generalized baroclinic instability, when the upper and lower basic flows are different. They are perhaps the mechanisms of the generation of spiral cloud bands in tropical cyclones as well.     

中尺度斜交不稳定的波动性质及其数值模拟

使用三维中小尺度扰动动力学方程组,讨论了一类与基本气流方向成任意夹角的纬向线状扰动的斜交不稳定问题,其主要分析结论如下:(1)在基本气流的切变为线性切变的情况下,可以发生斜交不稳定。但是发生斜交不稳定必须要求沿着线状扰动方向的基本气流存在切变或者垂直于线状扰动方向的基本气流存在切变。此时,斜交不稳定的波动性质是重力惯性内波,而不存在涡旋Rossby波。(2)对于基本气流具有非线性二阶切变的情形,此时斜交型不稳定中的扰动除了包含重力惯性内波之外,还包含了涡旋Rossby波。对于本文所讨论的纬向线状扰动来说,涡旋Rossby波产生的物理根源是基本流场的经向风速V二次切变(β*=Vzz≠0),该涡旋Rossby波相对于基本气流V0是单向传播的。在中尺度斜交不稳定中,涡旋Rossby波的产生主要是由于在与线状扰动相垂直的方向上存在基本气流的二阶切变,而与线状扰动相平行的方向上基本气流是否存在二阶切变无关。(3)对于通常讨论的纬向线状扰动的情况,在基本流场的南北风速V存在二次切变(β*=Vzz≠0)时,即与线状扰动相垂直的方向上存在基本气流的二阶切变,则斜交不稳定有可能是混合的涡旋Rossby—重力惯性内波的不稳定。最后采用WRF模式,对2006年6月的一次福建闽江暴雨过程进行了数值模拟,部分验证了上述结论。通过分析6月6日13时降水区域平均的东西方向风速U随高度变化的曲线,发现在950—100 hPa的大气中,纬向风速U随高度的变化具有二次切变,在对流层低层以及高层附近纬向风速较小,而在对流层中层400 hPa附近的纬向风速则较大。在这种情况下,平均纬向风速随高度变化的二阶导数不为零,因此激发产生沿着纬向传播的涡旋Rossby波,这对于暴雨区域中β中尺度雨团的移动起到比较重要的作用。再分析6月5日23时和6月6日13时的850 hPa以及500hPa降水区域平均纬向风随南北方向的变化,发现在6月5日23时和6月6日13时的850 hPa层次上,都显示出平均纬向风速在南北方向具有二次切变;而在这两个时次的500 hPa层次上,平均纬向风速在南北方向不具有二次切变,只具有线性切变。说明在垂直方向上,对流层低层涡旋Rossby波容易被激发产生;而在对流层中层以上,由于不具备产生涡旋Rossby波的条件,因此不容易激发产生涡旋Rossby波,波动只是具有重力惯性内波的特征。