论文部分内容阅读
东亚夏季风环流是东亚地区夏季最重要的大气环流系统,而大气环流在很大程度上决定着云的出现及其结构。云垂直结构反映了云体内部的热力、动力以及微物理过程,并通过改变辐射收支、能量平衡、水汽循环等影响着大气环流。本文基于CloudSat观测资料和WRF(Weather Research and Forecasting)模式,研究了东亚夏季风活动与云垂直结构的相互作用。
根据降水量的大小和降水持续时间的长短判定了季风活跃期和中断期,然后基于CloudSat资料分南方和北方两个区域分析了季风活跃期与中断期云的垂直结构。结果表明,季风活跃期云量增加,单层云的出现频率减少,多层云的出现频率增加。季风活跃期低层云厚于高层云,而中断期高层云厚于低层云。季风活跃期南方的云层厚于北方,而中断期南方的云层薄于北方。从季风活跃期到中断期南方云层变的更加疏散,而北方云层变的更加紧凑。季风活跃期高云的大值中心位于季风区南部,而中低层云位于季风区中部,导致云量正距平呈现出从高到低向北倾斜的结构。冰相云水含量(IWC)在季风活跃期增加,在季风中断期减少。季风活跃期大多数区域的液态云水含量(LWC)增加,LWC正距平呈现出显著的从高到低向北倾斜的结构。季风中断期北方LWC减少,LWC负距平从高到低向北倾斜,而中断期南方浅对流云没有被完全抑制,且当它们出现时伴有较大的LWC。
基于CloudSat资料研究了东亚夏季风北进期云的垂直结构,发现了云倾斜结构,并用ERA-Interim资料揭示了云倾斜结构的成因。结果表明,伴随着东亚夏季风的北进,IWC正距平的位置与对流中心基本一致,并没有明显的倾斜结构,而LWC正距平位于对流中心以北,从高层到低层向北倾斜约7个纬度。云量的正距平也呈现出从高层到低层显著向北倾斜的结构,该结构是由各类云的空间分布位置构成。深对流云位于对流中心附近,可作为对流中心的参考。高云占据着对流层高层,落后对流中心约4个纬度。高层云位于对流层中层,其大值中心落后对流中心约2个纬度。高积云和积云主要出现在对流层低层,它们的大值中心超前对流中心约3个纬度。伴随着东亚夏季风的北进,低层辐合中心位于对流中心以北,而高层辐散中心位于对流中心以南,这种特殊的大气环流导致了云量的倾斜结构。进一步的研究表明,对流中心以北对流不稳定层较薄,对流不稳定能量较小,水汽汇合凝结形成高积云和积云并释放潜热加热大气。对流中心附近积云对流凝结释放更多的潜热,不稳定能量大,加强了对流活动并产生了大量的深对流云。深对流云解体后的云砧形成高云,并位于对流中心南侧,因而观测到的云量从高层到低层向北倾斜。
根据实际观测资料构造云的垂直结构,并将云倾斜结构加入到WRF模式中,选取典型个例探究了云倾斜结构对东亚夏季风活动的影响。结果表明,云倾斜结构对东亚夏季风活动的影响显著,且东亚夏季风活动的改变主要由LWC引起。增加向北倾斜的LWC后,对流中心以北的气压降低,经向风速增加并促进东亚夏季风的北进。增加向南倾斜的LWC后,对流中心南侧的对流层中低层的气压降低,而对流中心北侧的气压增加,因而东亚夏季风向北推进变得缓慢。进一步的研究表明,在模式中增加LWC后云中水汽蒸发,导致大气湿度增加,大气温度降低,层状云云量增幅普遍超过40%,层状云带来的降水也显著增加。增加向北倾斜的LWC后,这种低温高湿的环境位于对流中心的北侧,因而在对流中心北侧更利于降水的产生,促进了降水带的北进。相反,在模式中增加LWC后,对流中心附近的深对流活动减弱,对应的对流降水减少。而低层增加LWC的地方浅对流活动增强,对流层低层浅对流云的凝结加热作用显著增加,从边界层向自由大气层输出的水汽和能量也随之增加,导致大气压降低,从而影响东亚夏季风的活动。
通过改变WRF模式中的浅对流云探索了浅对流云在东亚夏季风北进过程中的作用。结果表明,浅对流云可加热对流层低层的大气,不仅可以通过凝结过程减少对流层低层的水汽,还能将边界层的水汽输送至自由大气层。没有了浅对流云的作用,对流层低层的温度降低,水汽增加,因而层状云增加。消除浅对流云的作用后,东亚夏季风区北部的位势高度增加,来自孟加拉湾的西南气流减弱,导致东亚夏季风北进开始的时间滞后,北进的速度减缓,到达最北位置的纬度减小。
根据降水量的大小和降水持续时间的长短判定了季风活跃期和中断期,然后基于CloudSat资料分南方和北方两个区域分析了季风活跃期与中断期云的垂直结构。结果表明,季风活跃期云量增加,单层云的出现频率减少,多层云的出现频率增加。季风活跃期低层云厚于高层云,而中断期高层云厚于低层云。季风活跃期南方的云层厚于北方,而中断期南方的云层薄于北方。从季风活跃期到中断期南方云层变的更加疏散,而北方云层变的更加紧凑。季风活跃期高云的大值中心位于季风区南部,而中低层云位于季风区中部,导致云量正距平呈现出从高到低向北倾斜的结构。冰相云水含量(IWC)在季风活跃期增加,在季风中断期减少。季风活跃期大多数区域的液态云水含量(LWC)增加,LWC正距平呈现出显著的从高到低向北倾斜的结构。季风中断期北方LWC减少,LWC负距平从高到低向北倾斜,而中断期南方浅对流云没有被完全抑制,且当它们出现时伴有较大的LWC。
基于CloudSat资料研究了东亚夏季风北进期云的垂直结构,发现了云倾斜结构,并用ERA-Interim资料揭示了云倾斜结构的成因。结果表明,伴随着东亚夏季风的北进,IWC正距平的位置与对流中心基本一致,并没有明显的倾斜结构,而LWC正距平位于对流中心以北,从高层到低层向北倾斜约7个纬度。云量的正距平也呈现出从高层到低层显著向北倾斜的结构,该结构是由各类云的空间分布位置构成。深对流云位于对流中心附近,可作为对流中心的参考。高云占据着对流层高层,落后对流中心约4个纬度。高层云位于对流层中层,其大值中心落后对流中心约2个纬度。高积云和积云主要出现在对流层低层,它们的大值中心超前对流中心约3个纬度。伴随着东亚夏季风的北进,低层辐合中心位于对流中心以北,而高层辐散中心位于对流中心以南,这种特殊的大气环流导致了云量的倾斜结构。进一步的研究表明,对流中心以北对流不稳定层较薄,对流不稳定能量较小,水汽汇合凝结形成高积云和积云并释放潜热加热大气。对流中心附近积云对流凝结释放更多的潜热,不稳定能量大,加强了对流活动并产生了大量的深对流云。深对流云解体后的云砧形成高云,并位于对流中心南侧,因而观测到的云量从高层到低层向北倾斜。
根据实际观测资料构造云的垂直结构,并将云倾斜结构加入到WRF模式中,选取典型个例探究了云倾斜结构对东亚夏季风活动的影响。结果表明,云倾斜结构对东亚夏季风活动的影响显著,且东亚夏季风活动的改变主要由LWC引起。增加向北倾斜的LWC后,对流中心以北的气压降低,经向风速增加并促进东亚夏季风的北进。增加向南倾斜的LWC后,对流中心南侧的对流层中低层的气压降低,而对流中心北侧的气压增加,因而东亚夏季风向北推进变得缓慢。进一步的研究表明,在模式中增加LWC后云中水汽蒸发,导致大气湿度增加,大气温度降低,层状云云量增幅普遍超过40%,层状云带来的降水也显著增加。增加向北倾斜的LWC后,这种低温高湿的环境位于对流中心的北侧,因而在对流中心北侧更利于降水的产生,促进了降水带的北进。相反,在模式中增加LWC后,对流中心附近的深对流活动减弱,对应的对流降水减少。而低层增加LWC的地方浅对流活动增强,对流层低层浅对流云的凝结加热作用显著增加,从边界层向自由大气层输出的水汽和能量也随之增加,导致大气压降低,从而影响东亚夏季风的活动。
通过改变WRF模式中的浅对流云探索了浅对流云在东亚夏季风北进过程中的作用。结果表明,浅对流云可加热对流层低层的大气,不仅可以通过凝结过程减少对流层低层的水汽,还能将边界层的水汽输送至自由大气层。没有了浅对流云的作用,对流层低层的温度降低,水汽增加,因而层状云增加。消除浅对流云的作用后,东亚夏季风区北部的位势高度增加,来自孟加拉湾的西南气流减弱,导致东亚夏季风北进开始的时间滞后,北进的速度减缓,到达最北位置的纬度减小。