二维非静力平衡深厚湿倾斜对流数值模式设计与条件性对称不稳定.PDF

第25卷 第4期 大 气 科 学 Vo1._5.No.4 200]年 ，月 ChineseJournalofAtmosphericSciences In], -001 二维非静力平衡深厚湿倾斜对流数值模式 设计与条件性对称不稳定数值试验 ‘ 宋晓亮 陆汉城 l解放军理I_大学气象学院.南京 211101) 摘 要 设计了 个宜于研究深厚湿倾斜对流运动的一维非弹性非静力平衡数值模式 模 式采用非静力平衡条件、非常值湍流扩散系数.并具有最优协调分辨率 弥补r以往条件性 对称不稳定数值研究中的诸多缺陷 数值试验表明:模式运行稳定可信且对深厚湿倾料对流 运动有较强的描述能力 在条件性对称不稳定条件下，扰动发展呈现为强倾斜环流特证，垂 直速度场有狭窄的强倾斜上升运动，与倾斜上升运动相伴有倾斜云带发展 诊断分析表明: 在扰动发展演化过程中。条件性对称不稳定演化为 种混合不稳定的形式存在 关键词:数值模式;条件性对称不稳定:数值试验 1 引言 对称不稳定作为一种纯中尺度不稳定，具有许多与雨带观测相一致的特征 诊断分 析表明它可作为锋面雨带、雪暴、雷暴及咫线等多种天气的可能形成机制、因此被认为 是中尺度动力学中一个有希望的突破点 由于干大气对称不稳定判据很难在 100km尺 度上得到满足、湿大气条件性对称不稳定逐渐成为人们研究的重点 Bennetts和 Hoskinslll(以下简记为BH79)首先应用含凝结加热函数的数值模式、研究了非线性条 件性对称不稳定问题，得到了运动的倾斜环流特征。这之后 Saitoh和Tanakal-1(以 下简记为ST87),Persson和Warner-51(以 卜简记为PW91,PW93,PW95), Innocentini和Caetano[61(以下简记为IC92)又陆续对该问题做T一系列研究，这大 大增进了我们对于对称不稳定问题的认识与理解 但以上工作中大多采用了静力平衡近 似(PW91,IC92,PW93,PW95)研究表明以静力平衡模式会产生虚假的高频重 力惯性波，夸大能量传播速度，并部分歪曲低频惯性波的结构，这对于中小尺度系统的 模拟是极为不利的。另外，静力平衡近似无力描述对流运动 并限制了模式对于物理问 题细微结构的描述能力 (静力平衡模式水平分辨率下限为10km) 此外PW模式中未 包含云、雨等微物理过程、这在一定程度上限制了其模拟能力 尽管ST87采用了包含 暖云过程的非静力平衡模式，但其模式却采用了极不协调的网格分辨率 (PW91)及常 值湍流扩散系数，这对于正确描述条件性对称不稳定的非线性演变是极为不利的 (PW93)。实际大气对称不稳定问题的进一步深人研究，需要以一个完善合理的数值模 式作为基础 为此.本文设计了一个适于研究深厚湿倾斜对流运动的二维非静力平衡数 1999-11-10收到，2000-04-10收到修改稿 *国家自然科学基金资助项 万方数据 大 气 科 学 2s卷 值模式，并利用所设计模式对条件性对称不稳定问题做了初步数值试验 2 模式设计 2.1棋式方程组 在大气中，声波作为一种 气象噪音”并无重要气象意义 因此研究中