冷水面对积云的影响——数值试验

采用二维平面对称暖积云模式研究了夏季午后水面对移行过境积云的影响.讨论了过冷水面积云发展演变过程、流场结构和雷达回波结构.试验中考虑整层均匀环境风,并对水陆温差进行了适当处理.计算表明,冷水面对过境积云的影响表现在两个方面:水陆环流辐合上升运动使移近水面的积云受到一定程度增强;水陆环流的下沉运动和冷变性气层的共同作用使积云移入水面后发展受抑,强度减弱.受冷水面作用后的积云流场和液水场均发生很大变化,有些积云移过水面后可以重行增强.     

积云中云滴谱形成的数值模拟研究(二)——各种碰并过程、大气层结等的作用

本文利用已建立的一维非定常积云数值模式,分别研究了各种碰并过程、大气层结条件和吸湿性盐核的化学成分对积云中云滴谱形成的影响.计算结果表明,在各种碰并过程对积云发展前期云滴谱展宽的作用中,以重力碰并过程的作用最为显著,小尺度湍流的碰并过程则起到很重要的促进作用,它可以加速大云滴的增长,而电碰并过程的作用并不大.大气层结条件对积云中云滴谱的形成影响较大,而吸湿性盐核的化学成分对积云的宏观特征和微观特征都影响不大.     

水平旋转气流对强雹暴持续降水作用的数值研究

本文以轴对称柱坐标模式,用简化了的微物理处理模拟积云降水过程.水荷重的作用使云体中上部上升气流削弱和下部下沉气流增强扩展,最后导致积云崩溃. 当模拟中加入水平旋转气流作用后,积云中上部的强中心下移,降水物使云体下部出现下沉气流,但积云能在连续降水的情况下维持稳定不衰,较好地解释了超级单体雹暴具有较长生命期的观测结果.气压场分析指出,水平旋转气流是通过调整气压场而产生这种动力学作用的.     

个体积云发展演变特性的一些研究

本文先根据我国的观測事实,分析了个体积云发展演变的一些特性,并在理論上考虑了水滴对空气的拖带作用和水分相变(包括云外未飽和空气混合进云所引起的蒸发)的影响,假定个体积云为結构均匀的云块,由此計算了个体积云发展的层結条件和发展演变过程中的一些特性.計算結果指出,水滴拖带和水分相变作用对积云的发展条件很有影响;計算所得的个体积云发展演变特性与观測所得的結果也比較符合,可以对某些实际現象給以初步的理論解释.     

台风中－α尺度重力惯性波的发展与暴雨增幅

通过数值模拟和诊断研究得出，９２１６号台风暴雨的增幅过程与台风中－α尺度重力惯性波的发展、传播，非均匀层结的分布以及积云对流潜热反馈有关。大尺度非线性平流项的作用激发出大尺度的重力惯性波，积云对流潜热加热作用导致非地转风场扰动大大加强，从而使重力惯性波波幅加大，上升运动增强，暴雨加大。当重力惯性波向稳定度减小的方向传播时，波能量最易加强     

台风中－α尺度重力惯性波的发展与暴雨增幅

通过数值模拟和诊断研究得出,９２１６号台风暴雨的增幅与台风中－α尺度重力惯性波的发展,传播,非均匀层结构的分布以及积云对流潜热反馈有关。大尺度非线性平流希的作用激发出大尺度的重力惯性波,积云对流潜热加热作用导致非地转风场扰动大大加强,从而使重力惯性波波幅加大,上升运动增强,暴雨加大。     

台风凤凰形成发展过程中对流凝结潜热和感热的作用

应用NCEP再分析资料,计算分析了台风凤凰发生和发展过程中的积云对流潜热加热和海面感热通量.表明:感热释放通过海气相关作用使海面风及对流层涡度增强,可能是台风初始低压的形成机制;积云对流潜热释放不但使台风中心增暖并使台风中间层上升运动增强,从而促使台风加强和发展,因此,对流凝结潜热是台风凤凰维持和发展的主要热力和动力因子.     

山地对积云的影响数值模拟

使用二维平面对称暖积云模式模拟了三种理想地形对随坏境风移动的积云的作用,试验了山地处理技术,计算结果与观测事实比较一致。结果表明,积云移过孤立山地或移入山区时受到增强,雨量增大;而移出山地的积云则被减弱。地形作用在积云发展初期较明显。山地表面加热形成的山地环流回流下沉运动区对向山地靠拢的积云有一定削弱作用。     

积云并合在强对流系统形成中的作用

利用中尺度非静力平衡模式（MM5V3）,模拟研究了积云并合过程在北京2001年8月23日一次产生强降水和冰雹对流天气形成中的作用。研究结果表明,积云并合在此次强中尺度对流系统（MCS）形成中有非常重要作用。整个形成过程经历了从单体并合、积云团并合和强中心并合的多尺度并合过程。首先,相邻孤立对流单体之间通过在中层形成云桥并合成为积云团,接着相邻积云团之间也通过中层云桥并合形成具有多个强中心的中尺度对流系统,最后,中尺度对流系统内强中心实现并合。而强中心并合过程伴随着强降水、大风等剧烈天气的产生。积云下沉气流对于积云并合有着重要作用,由强辐散出流形成的上升气流及与环境风相互作用有利于并合的形成和发展。并合过程导致云内上升－下沉气流增强,对流运动发展加强,有利于水汽转化,形成大量过冷云水和冰相粒子。大量冰晶和霰的形成有利于强降水的产生。     

关于积云对流对环境作用的述评

在研究大气运动时,往往按时间长短和范围大小分成不同的尺度。这是因为不同的运动尺度反映了不同的物理本质,也决定了该种大气运动影响的范围。这种分尺度研究运动的方法,有利于突出主要矛盾,搞清问题的主要性质。但是这种做法並不等于说不同尺度的运动相互之间是截然分隔而互不相关的,事实上,它们是互为条件而相互影响的。 首先指出积云尺度的运动能影响大尺度的是Riehl,Malkus,他们认为厚的积云对流在热带大气平衡中有重要作用,以后他们和Yanai讨论穿透积云塔在热带气旋的形成和增长方面的作用时指出,高层冷心涡旋转化成暖心结构,主要是积云中凝结潜热释放的结果,並且建议积云对流作为一个加热机制必须在大尺度运动中以参数化形式加以考虑。Charney,Eliassen考虑了边界层辐合,首先提出积云对大尺度运动作用的公式。Kuo认为,潜热对大尺度环流的作用主要是通过深厚的积云对流释放,而不是平均垂直运动产生的。他指出,积云在消散时,通过和环境空气混合,对平均大气的热和水汽平衡施加影响,而积云的产生量取决于大尺度水汽辐合和近地面的水汽向上输送。他在1974年     

中国关于积云参数化方案的应用

文中简要评述并比较了４类积云参数化方案,着重总结了各种积云参数化方案在中国的应用,最后结合中国特点讨论了积云参数化方案在应用中存在的一些问题和改进途径。     

西北太平洋温带气旋爆发性发展的热力-动力学分析

利用天气、位涡分析和导出的Lagrangian型广义Z－O发展方程的诊断分析,考查了两个西北太平洋温带气旋爆发件发展的主要强迫机制和热力一动力空;司结构。结果表明,热力强迫对爆发性气旋发展起主要控制作用,当反映大气斜乐性的Laplacian温度平流、积云对流和湍流加热为主的热力强迫共同作用使地转相对涡度急剧增长时,气旋便出现了爆发性发展,其中积二尺度的对流加热贡献更大。Laplacian绝热冷却、大气向海洋的感热输送和摩擦效应起阻滞发展的作用,也是控制气旋衰亡的主要过程。爆发性发展启动同子因例而异,涡度平流、Laplacian温度平流和Laplacian大尺度加热均可成为主要启动因子。垂直积分平均分布和垂直结构考查进一步佐证了诊断分析的结果,并揭示了气旋爆发性发展过程中一些重要的热力-动力学分布特征。     

大涡模式分辨率对海洋信风区大气边界层结构和演变模拟的影响

利用BOMEX（巴巴多斯海洋与气象学试验）的探空资料和LEM（大涡模式）,通过改变LEM水平分辨率的敏感性数值试验,对比分析不同尺度的湍涡对信风积云边界层中混合层和云层的结构、演变以及对流形式和强度的影响。结果表明,水平分辨率较高时模拟的湍涡尺度较小、混合层顶的夹卷作用较强,模拟的混合层较暖、较干,而且模拟的对流泡尺度较小、强度较大,能够模拟出较精细的边界层结构;而水平分辨率较低时则相反。模拟的湍涡尺度对海洋信风区边界层积云中液态水混合比的模拟结果影响较大:LEM模拟的湍涡尺度较小时模拟的信风积云形成的时间较早、云顶高度较高,单个云块的体积较小但数目较多,液态水含量较高;而模拟的湍涡尺度较大时则相反。虽然水平分辨率为50 m和125 m的试验都能模拟出较精细的信风边界层中混合层、云层的结构和演变特征,但是,考虑到提高分辨率在模拟过程中产生的噪音信号对结果的影响以及计算时间等问题,LEM采用125 m的水平网格距是对海洋信风边界层积云对流模拟较为理想的选择。      

积云凝结加热对海陆风的作用

本文用参数化方法研究积云凝结加热对海陆风的作用。第一部分是线性理论,在静力稳定度参数和湍流扩散系数为常数时,加热使风场的结构发生很大的变化。积云加热还起到修正静力稳定度的作用。第二部分是数值模拟,加热作用的主要贡献是使垂直速度增大,若海陆风是暴雨的触发机制,则积云凝结加热使这一机制加强。比较两部分结果,它们之间有一定的差异,但在风场的变化与加热场分布的对应关系上,两者是一致的。     

Sensitivity experiments on summer monsoon circulation cell in east asia

The East-Asian summer monsoon meridional circulation (SMMC) cell is simulated together with two vigorous rainbands in terms of a primitive-equation model including in itself a variety of diabatic heating, frictional dissipation and moist processes under the condition of mountains available. Results are comparable to observations. Also, performed are experiments with the reduction of water content, and exclusion of the cumulus convective process and mountain effect. Contrast analyses indicate that the cell is strongly sensitive to the condition of the humidity field in the atmosphere, more intensely at 120o than at 100oE, and the presence (absence) of the cumulus convection has considerable effect on the intensification (weakening) of the cell, with the mountain ranges exhibiting more influence upon the cell at 100o than 120oE. This may suggest that a great difference lies in the cause of the cell for the two meridions.     

一次夏季东北冷涡中积云发展过程的数值模拟

运用中国科学院大气物理所设计开发的三维冰雹云模式,对2002年7月11日至15日期间,发生在中国东北地区的一次由冷涡天气诱发的积云对流变化过程进行三维数值模拟。模拟结果表明:(1)冷涡诱发的积云自然降水呈中小尺度复合体的特征;(2)积云起源于低层暖湿区域里,并由强上升气流抬升到高层,得到充分发展;(3)冷涡中积云同样存在液态水累积区,一般出现在最大上升气流上,其中液态水含量随着积云的发展而变化,冰雹即在此液态水累积区0℃以下的区域内生长;(4)在模拟区域内,模拟出了多个积云单体的并合现象,而后发展为积云团;(5)模拟出的积云形态与雷达回波基本吻合。     

IMPACTS OF CUMULUS PARAMETERIZATION AND RESOLUTION ON THE MJO SIMULATION

Madden-Julian Oscillations (MJO) in six integrations using an AGCM with different cumulus parameterization schemes and resolutions are examined to investigate their impacts on the MJO simulation. Results suggest that the MJO simulation can be affected by both resolution and cumulus parameterization, though the latter, which determines the fundamental ability of the AGCM in simulating the MJO and the characteristics of the simulated MJO, is more crucial than the former. Model resolution can substantially affect the simulated MJO in certain aspects. Increasing resolution cannot improve the simulated MJO substantially, but can significantly modulate the detailed character of the simulated MJO; meanwhile, the impacts of resolution are dependent on the cumulus parameterization, determining the basic features of the MJO. Changes in the resolution do not alter the nature of the simulated MJO but rather regulate the simulation itself, which is constrained by cumulus parameterization schemes. Therefore, the vertical resolution needs to be increased simultaneously. The vertical profile of diabatic heating may be a crucial factor that is responsible for these different modeling results. To a large extent, it is determined by the cumulus parameterization scheme used.     

南亚季风活跃和中断的物理机制

采用由赤道平衡模式导出的低阶谱模式,考虑了积云对流加热和辐射冷却的作用,用多平衡态理论解释南亚季风活跃和中断的物理可能机制。结果表明,当积云对流加强时,南亚季风活跃;当积云对流减弱时南亚季风中断,这与Ｋｒｉｓｈｎａｍｕｒｔｉ等提出的云－辐射假说一致。     

ENSEMBLE PREDICTION EXPERIMENTS OF TRACKS OF TROPICAL CYCLONES BY USING MULTIPLE CUMULUS PARAMETERIZATION SCHEMES

Ensemble prediction experiments of the tracks of eight tropical cyclones occurring between 2004 -2006 over the western Pacific have been performed by using MM5 with five cumulus parameterizations chemes. The results show that the predictions of the tracks of the tropical cyclones are sensitive to the selection of cumulus parameterization schemes. Each scheme has its own advantage and disadvantage, and the predications without cumulus parameterization schemes are not the worst, sometimes even better than the others. And all of the three ensemble methods improve the predictions of the tracks significantly, among which the ensemble method without parameterization schemes, the Grell, Betts-Miller and Kain-Fritsch schemes are the best.