基于物理协调大气分析模型的青藏高原试验区云和降水过程的研究
发布时间：2020-04-10 01:32
【摘要】：通过使用变分客观分析方法处理典型区域数个站点的探空观测数据,使之与大气上下边界的通量相结合,保持观测的气柱总质量、动量、水汽和静力能守恒,建立以那曲为中心的青藏高原试验区物理协调大气分析模型。针对高原试验时段(2014年8月),使用了不同时空分辨率的多源资料,包括ERAInterim再分析资料、L波段探空资料、地面自动站观测资料、CERES卫星产品,以及第三次高原试验期间的边界层观测资料,输入到物理协调大气分析模型中生成了2014年8月份的热动力协调数据集,并利用该数据集对青藏高原试验区夏季云和降水过程的热动力特征进行分析: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;在深对流降水期间,高层含云量较多,整个大气层是强烈的上升运动,浅薄期高云含量少,上升运动仅能延伸到300hPa左右;深厚系统降水期间低层更暖更潮湿,可获得的不稳定能量更多,CAPE值偏大,浅薄系统降水期间CAPE值较小,但两类降水时期的CIN值变化不大;深厚对流降水期视水汽汇Q2的加热作用可以延伸到200hPa,而浅薄期仅到340hPa左右;对于两个降水期Q1在低层大气都表现为明显的冷却作用,而在深厚期中高层Q1存在两个加热中心,中层Q1的大小与相应的Q2基本一致,只是由于较强垂直运动的作用导致Q1的大值中心高于Q2,故中层Q1主要受较强的水汽凝结释放潜热加热的影响,而高层Q2趋向于0,Q1在该层出现大值主要是受空气中大量的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,与Q2对应一致,大气的加热主要来源于水汽的凝结潜热释放。由于边界层综合观测所提供的潜热通量和感热通量源资料不具备长期性,故采用ERA-Interim再分析资料做替换,建立长时间序列的热动力协调数据集(2013-2016),经过对比分析表明使用两种资料对模型最终得出的数据集影响较小。利用该数据集对高原全年的大气状态进行分析,并对干季和湿季的降水过程的大气热动力特征进行分析:试验区上空的气温呈现较强的季节变异性,5月初和9月底分别经历温度的剧增和剧减过程,而在高空100hPa左右温度季节变化呈现相反的趋势,水汽混合比与降水量有着密切的正关系,水汽主要集中在300hPa以下,最大值可以达到10g/kg以上;在干季,降水率明显偏少,相对湿度主要集中在400~250hPa之间的中层大气,云量也主要集中在中低层,垂直速度很强,气柱在300hPa以下表现为上升运动,在300hPa以上表现为下沉运动,上升运动的强度是下沉运动的两倍,Q1与降水过程相关特征不明显,500hPa以下主要为冷却作用,Q2绝大部分时间表现为负值,夜间02时Q2的加热作用最强;在湿季,降水密集,低层大气多受南风影响,相对湿度大值中心主要集中在300hPa以下的中低层大气中,而高层相对湿度、高云云量与降水过程表现地更为紧密,在发生降水过程时,整层气柱都对应着明显的上升运动,Q1在低层大气起冷却的作用、在中高层大气起加热大气的作用,在夜间02时,低层出现的冷却作用会更加明显,Q2与降水的相关性更加明显,在有降水发生时整层基本为正值,极值位于450hPa左右,无降水时Q2的垂直结构正好相反,夜间02时Q2的加热作用达到最强,也从侧面反映出高原夜雨频发的现象。
【图文】：
辐射和长波辐射、地表的向上向下短波辐射和长波辐射、云液态水路径。数据集时间分辨率是3小时，空间分辨率为1 ×1 ，所选取的空间范围是28.5°N~34.5°N、88.5°E~95.5°E。图2.1 物理协调大气分析模型示意图（左）以及输入的各类资料的分布情况（右）2.3 其他资料介绍在本文中进行对流降水分析过程中还使用了国家气象卫星中心提供的 FY-2E 卫星TBB 资料，时间分辨率为 1 小时，空间分辨率为 0.1 ×0.1 。2.4 模型输出资料介绍物理协调大气分析模型所输出的数据集中的变量如表 2.1，包括根据实际观测得到的上下边界资料（如地面的气压、温度、风速等，，大气层顶的净辐射等），基于探空资料调整得到的高空场（如高空温度场、湿度场及风场）。此外，作为物理协调大气分析模型的特色，它还可以产生一系列重要的衍生量，如垂直速度、散度、平流项、视热源、视水汽汇等。表2.1 物理协调大气分析模型所产生的数据种类类别 变量地面大气顶气柱平均量垂直多层次气压、温度、风速、水汽混合比、降水量、蒸发量、潜热、感热、干静力能、净辐射净辐射液态水含量、可降水率、（可降水量、干静力能）的时间变化率、（水汽、干静力能）的水平输送量、（净辐射、净潜热）加热率温度、水汽混合比、水平风速、垂直速?
气上下边界的通量资料，对气柱内风场、温度场和湿度场程相互协调，生成了 2014 年 8 月份热动力协调数据集，和多层变量，即包括调整后的风场、温度场和湿度场，还倾向、视热源和视水汽汇等。本章利用该数据集对青藏高分析。分类降水主要集中在夏季，高原夏季降水占年降水量平均比例高原对流活动主要集中在高原的东部地区，并且对流发展下旬到 8 月中上旬，在 8 月中旬之后对流活动开始明显减.1 所示，在 2014 年 8 月份青藏高原那曲试验区基本上每白色实线是试验区的东西边界，中间的那条白色虚线是试以看出，在试验区 8 月 1 号-22 号之间降水比较密集并且量大部分都在1mm/6hour之上，出现的几次降水的极值在8月22号之后，区域平均降水量明显减小，大部分都不超右开始，雨量又有了一个明显增大的现象。
【学位授予单位】：中国气象科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P426;P437
【图文】：
辐射和长波辐射、地表的向上向下短波辐射和长波辐射、云液态水路径。数据集时间分辨率是3小时，空间分辨率为1 ×1 ，所选取的空间范围是28.5°N~34.5°N、88.5°E~95.5°E。图2.1 物理协调大气分析模型示意图（左）以及输入的各类资料的分布情况（右）2.3 其他资料介绍在本文中进行对流降水分析过程中还使用了国家气象卫星中心提供的 FY-2E 卫星TBB 资料，时间分辨率为 1 小时，空间分辨率为 0.1 ×0.1 。2.4 模型输出资料介绍物理协调大气分析模型所输出的数据集中的变量如表 2.1，包括根据实际观测得到的上下边界资料（如地面的气压、温度、风速等，，大气层顶的净辐射等），基于探空资料调整得到的高空场（如高空温度场、湿度场及风场）。此外，作为物理协调大气分析模型的特色，它还可以产生一系列重要的衍生量，如垂直速度、散度、平流项、视热源、视水汽汇等。表2.1 物理协调大气分析模型所产生的数据种类类别 变量地面大气顶气柱平均量垂直多层次气压、温度、风速、水汽混合比、降水量、蒸发量、潜热、感热、干静力能、净辐射净辐射液态水含量、可降水率、（可降水量、干静力能）的时间变化率、（水汽、干静力能）的水平输送量、（净辐射、净潜热）加热率温度、水汽混合比、水平风速、垂直速?
气上下边界的通量资料，对气柱内风场、温度场和湿度场程相互协调，生成了 2014 年 8 月份热动力协调数据集，和多层变量，即包括调整后的风场、温度场和湿度场，还倾向、视热源和视水汽汇等。本章利用该数据集对青藏高分析。分类降水主要集中在夏季，高原夏季降水占年降水量平均比例高原对流活动主要集中在高原的东部地区，并且对流发展下旬到 8 月中上旬，在 8 月中旬之后对流活动开始明显减.1 所示，在 2014 年 8 月份青藏高原那曲试验区基本上每白色实线是试验区的东西边界，中间的那条白色虚线是试以看出，在试验区 8 月 1 号-22 号之间降水比较密集并且量大部分都在1mm/6hour之上，出现的几次降水的极值在8月22号之后，区域平均降水量明显减小，大部分都不超右开始，雨量又有了一个明显增大的现象。
【学位授予单位】：中国气象科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P426;P437
【参考文献】
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本文编号：2621558
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