热带大气对流垂直结构与降水模拟偏差的关系:基于GAMIL3模式的分析

针对LASG/IAP发展的大气环流模式GAMIL(Grid-point Atmospheric Model of IAP LASG)的两个版本GAMIL2(G2)和GAMIL3(G3),评估了其对热带降水气候态以及对流垂直结构的模拟能力,在此基础上探究了新版本模式降水模拟改进的原因以及热带对流垂直结构与降水模拟偏差的关系。两个版本的GAMIL模式都较好地捕捉到了热带降水的主要特征,且G3的模拟结果整体优于G2。新版本的主要改进在于显著减小了热带西北太平洋正降水偏差。水汽收支诊断显示,模式降水偏差主要来源于蒸发项和水汽垂直平流动力项,而后者的偏差则来自于对流强度和对流垂直结构的共同作用。对流垂直结构偏差主要存在于赤道印度洋与赤道大西洋区域,表现为大气低层辐合分量偏小,对流卷出层高度偏高;在热带西北太平洋与赤道东太平洋区域,模式较好地还原了典型的“头重型”和“脚重型”对流垂直结构,但依然存在有整体性的对流偏深。湿静力能(MSE)收支显示,热带西北太平洋区域过量的净能量通量是模式垂直运动偏差的主要来源。而对流垂直结构偏深造成的总湿稳定度(Gross Moist Stability,简称GMS)偏大,在一定程度上抵消了模式中的净能量通量偏差,抑制了模拟的对流强度。诊断结果显示,G3中热带西北太平洋区域的降水改善主要源于对流强度正偏差的减小。G3中对流阈值和层云阈值的下调,使得对流发生频率增加,从而抑制了过大的对流强度。热带对流垂直结构与降水偏差有着紧密且多样的联系,在未来模式发展中应当予以重视。

基于CloudSat探测的西南低涡对流云垂直结构特征

基于CloudSat卫星数据,结合多源常规和遥感等气象资料,研究分析了2013年8月6~7日的一次受西南低涡向西北方向移动发展影响的强降水天气过程中,对流云发展的三维结构和演变特征,结果表明:西南低涡发展有利于受其影响的对流云团发展为深厚对流云。西南低涡发展和成熟阶段低涡中心与强对流中心均不一致,强对流中心位于低涡中心以南。西南低涡不同发展阶段对流云团发展均符合“撒播-供水”机制。低涡发展成熟阶段对流云内部存在高温高湿中心。

对流降水云中大气垂直运动反演及个例试验

为深入认识对流降水云结构及动力特征,基于降水频段调频连续波5520 MHz垂直指向雷达(VPR-CFMCW),使用地面至15 km高度的反射率因子及径向速度,建立对流降水云中大气垂直运动的反演方法,分析对流垂直结构及大气垂直运动随高度分布的演变特征。对在广东龙门测站探测的2019年4月20—22日前汛期4次对流降水进行反演试验发现,对流降水前大气上升运动对降水云反射率因子及地面降水有正贡献,深厚对流具有倾斜性,会导致垂直剖面在某些时刻呈分层结构;对流降水整层以下沉运动为主导,高层大气上升运动与下沉运动交替出现,低层大气下沉运动占比最高,大气上升运动在6 km高度以上占比有所增加;大气垂直速度在高层较大、在低层较小,超过10 m·s^(-1)的强上升运动与下沉运动多出现在6 km高度以上,4~6 km高度垂直运动变化较大,4 km高度以下的平均下沉运动小于5 m·s^(-1),上升运动约为2 m·s^(-1)。