第七讲高等天气学.pptVIP

7.3 热带地区的凝结加热 凝结加热是热带大气中非常重要的热力过程，它的量值和加热分布取决于凝结过程。一种是由大尺度垂直运动产生的潜热释放；一种是深厚积云对流释放的潜热。前者主要与中纬系统有关，在热力学方程中很易定量计算。但由大量积云形成的潜热加热计算是比较困难的。它需要用天气尺度定量地表征这种中小尺度加热。这就是积云参数化方案，它是目前天气与气候模式中不确定性误差的主要来源之一。以下简略说明这两种潜热释放的计算问题。 （1）大尺度凝结加热单位质量的潜热加热 （7.1） 是饱和比湿，Lc是凝结加热率。 由热力学方程 （7.2） 的变化主要由上升运动引起，可表示为： 式（7.2）可写成（对w0区） (7.4) 代入上式到（7.4）中有（先乘上θ） （7.5） 上式中 在大尺度强迫上升有凝结情况下（ ） （7.5）式与绝热运动情况下热力学方程相同。只是静力稳定度被相当静力稳定度代替。由于有凝结加热，其局地变温要比同样递减率下绝热情况下小。如 ，大气是条件不稳定，凝结主要通过积云对流产生。但（7.3）式仍然成立，只是垂直速度必须是积云单体中上升气流的速度，二不是天气尺度W。这种情况下，不可能只用天气尺度量简单地写出对积云区的热力学方程。因在热带地区，温度脉动很小，绝热运动与非绝热运动近于平衡， 则（7.2）变为： 由于上式中的w实际上是活跃对流单体区的强垂直运动（w’）与周围弱垂直运动（ ）之面积加权平均： a为对流区所占面积百分比。则据（7.3），（7.6）式可化为： （7.8） （7.6） （7.7） 以后的关键问题如何用天气尺度变量表达积云凝结项（7.8式右边项）。这涉及到积云参数化问题，至今有许多种积云参数化方案。 一种简单的方法： P是降水率，Zc与ZT分别为云底与云高， Zm是湿层顶（≈2Km），代入近似的水汽连续方程 （7.9） （7.10） 到（7.10）式中，则有 （7.11） 因而垂直积分的凝结加热与天气尺度度量w（Zm）和q（Zm）联系起来。但由上式只算出了总量，仍需要知道其垂直分布。这可以根据观测用经验方法确定，即 上式即是对积云凝结加热的热力学方程。当ZZc和ZZT时， ，它是一个满足下式的权重函数。 （7.12） 7.4 主要热带天气系统 这里主要只一般性讨论赤道辐合带和热带波。 赤道辐合带是热带环流中十分重要的行星尺度系统。它在海洋上可以产生很长的热带云带。根据最近20多年的研究，从观测方面关于赤道辐合带得到了以下一些主要结果：（1）辐合带一般不在赤道上，常位于离赤道一定纬度的地方。从图7.7可以看到，在亚洲季风区和西太平洋赤道辐合带是弯曲的，1月位于17°S～18°N范围，7月在2°N～27°N之间，在东半球辐合带的位置变化最大，这是由于北半球南亚和北非的夏季风和南半球夏季南非和澳大利亚的季风造成。（2）辐合带在海洋地区纬向位置的季节变化比在大陆上要小。在海洋上大约为10°～15°，而在大陆上为20°～25°。在大洋的东部辐合带位置变化较小。 （3）在北太平洋，辐合带位于赤道与15°N之间，在9～10月其位置最北。在北大西洋，辐合带位于赤道与10°N之间，其最北位置也是出现在9～10月。在南太平洋，虽然可以观测到一条持续性云带，从热带（印尼地区）一直伸展到南半球副热带（约35°S），但通常不把这条云条看作赤道辐合带。在印度洋，赤道辐合带位于10°S～10°N之间。有时在赤道每一侧各存在一条辐合带，即双赤道辐合带现象，目前这种现象被看作是一种主要的气候的特征。（4）陆地上的辐合带一般与太阳加热的季节进程一致。在西非，1～2月位于～5°N，8～9月位于22°N。在印度，当季风中断时辐合带位于25°N，即在喜马拉雅山山麓。辐合带的这种显著北移与西藏高原的热源作用有关。（5）海洋上的辐合带一般出现在暖SST（海表温度）区域。 图7.7 1月（a）和7月（b）亚洲季风区和热带太平洋850hPa平均流场和OLR图。该图由1971~2000NCEP资料制作（柳艳菊提供，2004年） 图7.8 Mean streamline at 850hPa for summer (July-September), (a) for months with many typhoons, and (b) for months with few typhoons. Black circle denot