沙尘气溶胶加热对深积云对流系统的影响

基于动力模型,分析在水汽充足的深对流天气系统中沙尘气溶胶的加热作用及其对周围大气稳定性、积云对流及降水的影响.结果表明,沙尘气溶胶可在550 hPa对流层中层被输送至水汽充足的深积云对流系统中,其加热效应使大气温度升高,增强对流扰动的进一步发展,使得大气稳定性减弱,促进积云对流发展及其潜热释放;积云对流引起的对流加热与涡度混合,进一步增强垂直运动和积云对流发展;这种正反馈效应使整个深积云对流系统变得更加不稳定.正反馈强度随着扰动水平尺度的减小而增强,涡度混合引起的强垂直运动可将积云中的沙尘由低层向高层输送.当沙尘同时存在于550和950 hPa两个高度时,上、下两层的加热作用可共同加速深积云对流系统的不稳定化过程,其中上层沙尘的作用更显著.

面向四维变分资料同化的NSAS积云深对流参数化方案的简化及线性化研究

GRAPES全球四维变分资料同化系统需要积云深对流参数化方案的线性化与伴随方案,直接采用原始复杂参数化方案进行线性化并不可行,需要发展简化光滑方案来减缓非线性与非连续性特征。GRAPES全球模式采用NSAS积云对流参数化方案,积云深对流对环境的反馈主要通过补偿下沉来实现,研究突出补偿下沉作用,忽略降水蒸发、动量反馈等贡献,形成简化方案。采用输入温、湿度廓线加入不同幅度小扰动方法,评估参数化方案计算的温度、比湿时间倾向对输入扰动的敏感性,检验非线性与非连续特征。提出避免或减缓非连续"开关"的方法,在简化方案的基础上发展了简化光滑方案。简化光滑方案与原始积云深对流方案相比,在对流触发上一致,在对流的位温与比湿倾向、降水的时序模拟等方面相似,而在减缓非线性、避免非连续性方面显著优于原始方案。基于简化光滑方案发展的线性化方案表明,对小于2倍分析增量幅度的扰动,线性化方案可以较好地模拟非线性方案的扰动发展。发展的简化光滑方案具有合理性和实用性。