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大气凝结水汽汇、凝结潜热作用与积云对流参数化 总被引：2，自引：0，他引：2
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。 相似文献
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论大气中凝结过程水汽内能与压力能的不同作用 总被引：4，自引：1，他引：3
通过计算可逆湿绝热过程与不可逆湿绝热过程,讨论了大气中凝结时的水汽内能(内潜热)与压力能(外潜热)作功过程的不同物理作用及其在不同(对流与非对流)降水天气系统中的影响。发现“可逆”与“不可逆”湿绝热过程中的凝结外潜热都对环境大气作负功,这是因为水汽相变为水而使得水汽压力能减少。最终环境大气通过凝结外潜热过程,对整个“系统”(如降水对流运动的飑、冰雹、龙卷、台风和非对流运动的锋面降水系统等)作功,其作功“热机”效率约为5％。 相似文献
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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 相似文献
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利用可分辨云模式及中国南海北部试验区加密探空的平均水平风场、位温场和水汽场模拟分析了1998年5月15日至6月11日中国南海北部地区中尺度对流系统(Mesoscal Convective System,简称MCS)中冰相相变潜热对云和降水、辐射传输以及大尺度环境场的影响作用。研究表明,冰相相变潜热总体上不会引起明显的大气辐射通量的变化,但会引起较明显的下垫面热通量的变化。凝华潜热释放显著地增加了大气稳定度,造成对流和下垫面热通量的减弱,从而导致地面降水减小10.11%。碰冻潜热释放也使得大气稳定度增加,不利于中尺度对流系统对流的发展,区域累积降水量减小2.2%。融化潜热的冷却效应,使得融化层以下的大气降温,从而增加了低层大气的不稳定性,有利于海面热通量的输送,导致MCS降水增加4.1%。因此,冰相相变潜热对降水的影响主要是通过影响大气环境稳定,进而影响洋面感热通量和潜热通量的垂直输送和对流的发展,导致区域降水改变。 相似文献
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华北一次暴雨过程中潜热对中尺度系统和降水影响的数值研究 总被引：2，自引：0，他引：2
针对2005年7月22日的发生于华北的暴雨中尺度对流系统,在用中尺度ARPS模式数值模拟和分析云场、动力场以及微物理过程释放的潜热垂直分布和作用特征的基础上,通过改变主要微物理过程潜热做敏感性数值试验,研究和分析了潜热对云系发展演变、云系宏观动力场、水汽场、云场和降水的影响,总结出云暖区潜热的影响途径。结果表明,在对流云团中,5000 m以上微物理过程起加热作用,以下起冷却作用。不同物理过程潜热加热的云层高度不同:高层起加热作用的主要为水汽凝结、云冰初生和雪凝华增长、霰撞冻云水过程;中层起加热/冷却作用的主要为水汽凝结、霰/雹融化过程;低层雨水的蒸发过程起冷却作用。微物理过程潜热通过影响云系和降水发展过程、云系动力场,进而影响水汽场、云场和降水。忽略霰/雹融化潜热,相当于增加云系暖区潜热,促进了低层气旋性环流的形成,增强了低层动力场的辐合,使得低层辐合区增多、增强;中低层水汽通量辐合区增多、面积扩大,明显地促进了对流云系的发展,增大了含水量和覆盖范围,云系的降水量显著增加,强降水区覆盖范围扩大。即使减少20%的凝结潜热,云系的发展也受到极大抑制,没有气旋性环流生成,低层辐合区缩小、强度降低,水汽通量辐合区也同样缩小、强度降低,云系对流发展减弱、含水量降低,因此,降水量大为减小,降水范围也显著缩小。此外,微物理过程潜热还影响到此次中尺度对流系统发展演变过程,改变了云系的形态、影响到系统的移动和系统中对流云团的发展强度和分布情况。 相似文献
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《湖北气象》2017,(6)
从物理机制、预报技术方法等方面,讨论了短时强降水和暴雨的异同。主要结论包括:(1)充沛的大气可降水量是形成暴雨或极端短时强降水的必要条件,但对于非对流大尺度降水(层状云)过程,对流层低层的净水汽平流量或水汽通量辐合的强度是判断降水强度的核心因子,这也是大范围暴雨预报分析过程中的关键因素;对于中尺度层云降水过程,水汽垂直输送量和气柱内水汽的净平流量则同等重要;对于对流过程,如果不考虑蒸发过程,瞬时降水强度主要决定于水汽垂直递减率(而非整层大气可降水量)和低层大气对流有效位能(CAPE)而不是整层大气的CAPE。(2)降水强度与实际有效凝结率(形成地面有效降水)关系密切,而有效凝结率与云的形态结构特征直接联系;从另一角度看,对流云的形态特征由大气层结状态和环境风垂直切变决定。(3)对于天气尺度系统造成的大范围稳定性降水过程,降水的持续时间取决于天气系统的移动速度,更确切地说,是降水区域上空水汽辐合维持时间的长短;对于对流降水过程,降水持续时间则取决于对流系统的尺度、移动速度和传播特征。 相似文献
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西北区东部一次暴雨的数值模拟试验 总被引：19，自引：23，他引：19
运用双向嵌套的中尺度数值预报模式MM5，对1998年7月上旬西北区东部一次暴雨过程进行了高分辨率数值模拟和敏感性试验。结果表明，该模式能较好地模拟这次暴雨过程，对这次暴雨过程相关的中尺度系统的发生发展也作出了较成功的模拟；大尺度及积云对流尺度的凝结潜热在降水过程中是一个主要因子，潜热释放将加热中高层大气，促使高层大气辐散，低层辐合，垂直运动加强，导致较大的降水；初始时刻不同地区低层大气水汽含量的多寡直接对本次暴雨产生影响，并为这次暴雨提供了水汽源；地面水汽和感热的垂直输送为暴雨的发生发展补充了能量。 相似文献
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陆气相互作用对中尺度对流系统影响的研究进展 总被引：1，自引：1，他引：0
文章回顾了大气对地表性质的敏感性研究,以及陆气相互作用对中尺度天气过程的影响,说明了地表性质与积云对流及对流降水之间的联系。地表性质的改变对行星边界层的热通量、水汽通量、对流有效位能产生影响,并通过湍流的垂直输送,进而影响到其上大气的性质。陆气之间存在着复杂的、非线性的相互作用。性质不均匀的下垫面造成地表向大气感热通量和潜热通量的差异,从而在近地层大气中形成温度和气压梯度,产生局地环流,在条件适合的情况下可以形成对流,并产生降水,而降水的不均匀分布,又维持了下垫面的不均匀性。土壤湿度对对流的影响受到多个因素的制约,其中天气尺度过程的影响是很显著的;由非均匀的下垫面所产生的局地环流能够触发积云对流。 相似文献
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本文利用基于变分客观分析方法的物理协调大气分析模型,构建了青藏高原试验区大气热力—动力相互协调的数据集,并通过该数据集对青藏高原试验区夏季深厚及浅薄对流降水过程的热动力特征进行分析,结果表明:变分客观分析后的垂直速度场能更好地与实际观测的对流降水过程相吻合;深厚对流降水期高云含量多,整层大气为较强的上升运动,上升运动可达100 hPa左右,浅薄期高云含量少,上升运动仅能延伸到300 hPa左右;两种对流降水过程中视热源Q1在低层为冷却作用,高层为加热作用,在深厚期中高层Q1存在两个加热中心,中层受较强的水汽凝结释放潜热加热所影响,高层主要受过冷云水凝结成冰晶形成高云时释放的热量所影响;在浅薄期中高层Q1只存在一个加热中心,大气的加热主要来源于水汽的凝结潜热释放;深厚对流降水期视水汽汇Q2的加热作用可以延伸到200 hPa,而浅薄期仅到340 hPa左右。 相似文献
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为了进一步了解海气交换在不同天气系统下的差异，本文利用TOGA-COARE IOP考察期间实测资料和国家气象中心逐日的网格点资料，对西太平洋赤道海域的大尺度热量和水汽收支及其他物理量的特征进行分析后指出:（1）在强对流天气系统下加热率、干燥率、垂直速度、散度等物理量强度达到最大，平稳天气系统下次之；此时大气加热主要是由于凝结降水释放的潜热引起的。（2）在西风爆发过程中加热率和平稳天气过程中的量级相同，但干燥率远小于加热率，且为负值；此时表面感热通量和表面蒸发达到最强（大于凝结降水的加热作用），从而造成了在大气低层出现水汽源。 相似文献
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中国东部不同区域城市群下垫面变化气候效应的模拟研究 总被引：6，自引：1，他引：5
本文利用法国动力气象实验室发展的大气环流模式(LMDZ)对珠江三角洲(简称珠三角)、长江三角洲(简称长三角)和北京市、天津市、河北省区域(简称京津冀)城市群下垫面变化的东亚气候进行模拟试验, 以探讨不同区域城市群下垫面变化带来的夏季气候效应及其可能机制, 结果表明:珠三角、长三角和京津冀城市群下垫面类型改变后, 地表潜热蒸发显著减少, 为了平衡地面能量收支, 地面温度升高, 进而感热通量、地表有效长波辐射增强, 地表通过升温对能量进行再分配和再平衡, 且下垫面改变引起的温度、地表能量变化基本集中于城市群下垫面变化区域, 温度响应具有显著的局地性;对比不同区域城市化温度响应的强弱, 发现各区域地表气温变化和能量变化存在较好的对应关系, 长三角、珠三角城市群的总能量变化远高于京津冀城市群, 其局地增温也是京津冀城市群的一倍以上;局地温度增加, 虽有利于低层形成热低压, 出现明显上升运动, 但蒸发减弱使局地水汽明显减少, 最终导致降水减少, 表明水汽条件改变是降水减少的主要因素。同时由于中国东部高层呈现南正北负的异常变化, 西太平洋副高加强西伸, 使降水减少区域并没有集中在局地, 特别是东部城市带试验中, 出现了东部地区大范围的降水偏少。 相似文献
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The diagnostic model of the cumulus convection proposed by Yanai et al. (1973) was applied to the atmosphere over the Tibetan Plateau, and used to estimate the vertical mass flux, entrainment and detrainment, excess temperature and moisture, liquid water content, and condensation and precipitation rates of highland cloud clusters. The re-sults illustrated that in clouds over the Tibetan Plateau, the water vapor condensation rate, liquid water content, and efficiency of the rain generation process are less than those in the tropics (represented by the Marshall Islands region). Therefore, the condensational latent heat released over the Tibetan Plateau, overall, is much smaller than that in the tropics. The water vapor and liquid water detrainment from shallow nonprecipitating cumulus clouds, and their entrainment into deep cumulus clouds, serve as a growing mechanism for the deep precipitating cumulus towers over the Tibetan Plateau. It should be noted that there is a stronger detrainment of liquid water from cumulus clouds and a stronger re-evaporation rate in environment. The process of the condensation-detrainment-re-evaporation-entrainment is repeatedly in progress. It would play an important role in maintaining of cumulus convection on the condition that the supply of moisture is not plentiful over the Tibetan Plateau.The analyses also showed that the cloud mass flux Mc over the Tibetan Plateau is less, and the large-scale av-erage upward motion is much less than those over the Marshall Islands. Stronger compensating downward motion in the cloud environment over the Tibetan Plateau, responsible for the area’s strong environmental heating rate was re-vealed, and would link to the stability of the South Asian High in summer. 相似文献
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两种对流参数化方案对辐射能量收支的影响研究 总被引：1，自引：0，他引：1
利用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的格点大气环流模式(GAMIL)1.0版设计了两组数值模拟实验来研究两种不同的对流参数化方案对辐射能量收支的影响.这两种对流参数化方案分别是:Zhang and McFarlance/Hack方案(简称ZM)和Tiedtke/Nordeng方案(简称 TN).对应的数值模拟实验分别取名为EX-ZM和EX-TN.通过对实验结果的分析表明:在对流过程中,EX-ZM允许深对流和浅对流同时发生,因此两种对流同时在模式低层消耗了更多的水汽,释放了更多的潜热,引起了更大的增温;EX_TN每次只允许一种对流发生,也就避免了不同类型的对流在同一层同时消耗水汽的现象.因此对流过后,EX-ZM的环境空气相对湿度较小,而EX-TN周围空气的相对湿度较大,有利于低云云量的生成和大尺度的凝结,因此EX-TN模拟的低云云量偏多,低层的云水含量偏高,模式低层的云光学厚度偏大,这就使得EX_TN中更多的太阳短波辐射通量被云反射掉,严重低估了模式对短波波段的辐射通量的模拟.此外,不同的对流参数化方案通过改变云的长波发射率和降水,进而影响了模式对长波波段的辐射通量、感热和潜热通量的模拟. 相似文献