利用"西北干旱区陆气相互作用野外观测实验"加密观测期间敦煌站的实测资料以及大涡模式,通过一系列改变地表热通量和风切变的敏感性数值试验,分析了地表热通量和风切变对边界层对流的强度、形式,以及对对流边界层结构和发展...利用"西北干旱区陆气相互作用野外观测实验"加密观测期间敦煌站的实测资料以及大涡模式,通过一系列改变地表热通量和风切变的敏感性数值试验,分析了地表热通量和风切变对边界层对流的强度、形式,以及对对流边界层结构和发展的影响。模拟结果显示风切变一定,增大地表热通量时,由于近地层湍流运动增强,向上输送的热量也较多,使对流边界层变暖增厚,而且边界层对流的强度明显增强,对流泡发展的高度也较高。当地表热通量一定,增大风切变时,由于风切变使夹卷作用增强,将逆温层中的暖空气向下卷入混合层中,使对流边界层增暖增厚,但是对流泡容易破碎,对流的强度也较弱。另外通过在模式近地层释放绝对浓度为100的被动示踪物方法,用最小二乘法定量地分析了地表热通量和风切变分别与示踪物抬升效率和传输高度的关系。分析结果表明,风切变小于10.5×10-3 s-1时,增大地表热通量加强了上层动量的下传,使示踪物的抬升效率也线性增大;地表热通量小于462.5 W m-2时,增大风切变减弱了边界层对流的强度,从而使示踪物的抬升效率减弱。当风切变一定时,示踪物的平均传输高度随地表热通量增加而增大,而地表热通量一定,只有风切变大于临界值时,示踪物平均传输高度才随风切变的增加而增大,而临界风速的大小由地表热通量决定。展开更多
利用美国航空航天局MERRA(Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications)再分析资料和MODIS(Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer)卫星资料以及欧洲气象中心ECMWF-Interim(European Centre for Medium-...利用美国航空航天局MERRA(Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications)再分析资料和MODIS(Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer)卫星资料以及欧洲气象中心ECMWF-Interim(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)再分析资料,分析了发生于青藏高原北侧上空的一次地形重力波事件,并使用中尺度预报模式WRF-ARW.V3.0(Weather Research and Forecasting model,V3.0)对其进行了数值模拟.在此基础上,诊断分析了此次地形重力波在UTLS(Upper Troposphere and Lower Stratosphere)区域造成的物质和能量垂直传输特征.分析结果表明这一中尺度地形重力波信号的水平波长约为600km,与地形扰动水平尺度接近,重力波在对流层中传播的垂直波长约为3km,在垂直方向上随着高度的增加呈现出由东向西倾斜的结构特征.此次地形重力波上传进入平流层并在150hPa附近破碎,波破碎后动量通量在短时间内发生了强烈的衰减,重力波携带的能量在破碎高度附近释放.重力波破碎的同时垂直方向湍流混合变得异常强烈,湍流交换系数可在短时间内增加到背景值的8倍以上,剧烈湍流混合过程导致了对流层上层的空气进入平流层,使下平流层空气出现了位势涡度和臭氧的低值区,在浮力频率的垂直剖面中也可以看到由于地形重力波过程造成的平流层下层浮力频率异常低值区.展开更多
本论文基于WACCM(Whole Atmosphere Community Climate Model)模式最新版本WACCM6和DART(Data Assimilation Research TestBed)同化工具最新版本Manhattan,开发了中高层大气温度、臭氧和水汽卫星资料的同化接口,搭建了一个包含完整平流...本论文基于WACCM(Whole Atmosphere Community Climate Model)模式最新版本WACCM6和DART(Data Assimilation Research TestBed)同化工具最新版本Manhattan,开发了中高层大气温度、臭氧和水汽卫星资料的同化接口,搭建了一个包含完整平流层过程的数值同化、天气预报和短期气候预测模型(此后简称模型);本模型对2020年3~4月平流层大气变化进行了同化观测资料的模拟,并以同化试验输出的分析场作为初值,对5~6月的平流层大气进行了0~30天天气尺度预报以及31~60天短期气候尺度预测的回报试验。结果表明:本模型能较好地重现2020年3、4月北极平流层出现的大规模臭氧损耗事件随时间的演变特征,模拟结果和Microwave Limb Sounder(MLS)卫星观测结果很接近;而未进行同化的模拟试验,虽然可以模拟出北极臭氧损耗现象,但是模拟的臭氧损耗规模相比MLS卫星观测结果要低很多;利用同化试验4月末输出的分析场作为初值,预报的5月北极平流层臭氧体积混合比变化与MLS卫星观测值的差值小于0.5,预测的6月北极平流层臭氧变化只在10~30 hPa之间的区域,与观测之间的差异达到了1 ppm(ppm=10^(-6))。本模型不但改善了北极平流层化学成分变化的模拟,也显著地提升了北极平流层温度和环流的模拟。本模型同化模拟的3~4月、预报预测的5~6月北极平流层温度和纬向风变化与Modern-Era Retrospective analysis for Research and Applications,Version 2(MERRA2)再分析资料结果具有很好的一致性,仅在北极平流层顶部,预报预测的温度和纬向风分别与再分析资料之间的均方根误差(RMSE)约为3 K和4 m s^(-1)。未进行同化的试验模拟的3~4月、预报预测的5~6月北极平流层的温度和纬向风与MERRA2再分析资料之间的RMSE在大部分区域都达到6 K及5 m s^(-1)以上。从全球范围来看,本模型对平流层中低层模拟性能改善最为显著,其预报预测结果与观测值之间的差�展开更多
The Arctic has experienced several extreme springtime stratospheric ozone depletion events over the past four decades,particularly in 1997,2011 and 2020.However,the impact of this stratospheric ozone depletion on the ...The Arctic has experienced several extreme springtime stratospheric ozone depletion events over the past four decades,particularly in 1997,2011 and 2020.However,the impact of this stratospheric ozone depletion on the climate system remains poorly understood.Here we show that the stratospheric ozone depletion causes significant reductions in the sea ice concentration(SIC)and the sea ice thickness(SIT)over the Kara Sea,Laptev Sea and East Siberian Sea from spring to summer.This is partially caused by enhanced ice transport from Barents-Kara Sea and East Siberian Sea to the Fram Strait,which is induced by a strengthened and longer lived polar vortex associated with stratospheric ozone depletion.Additionally,cloud longwave radiation and surface albedo feedbacks enhance the melting of Arctic sea ice,particularly along the coast of the Eurasian continent.This study highlights the need for realistic representation of stratosphere-troposphere interactions in order to accurately predict Arctic sea ice loss.展开更多
对流激发的重力波能够向中层大气输送动量和能量,准确获取重力波主要特征对于研究中层大气的动力学和热力学结构非常重要。本文利用COSMIC(constellation observing system for meteorology,ionosphere and climate)资料,结合中尺度数...对流激发的重力波能够向中层大气输送动量和能量,准确获取重力波主要特征对于研究中层大气的动力学和热力学结构非常重要。本文利用COSMIC(constellation observing system for meteorology,ionosphere and climate)资料,结合中尺度数值预报模式WRF(weather research and forecasting),对2010年8月4日发生在华北地区上空的一次对流激发的重力波事件进行分析。结果表明:此次事件激发的重力波在平流层以中低频重力波为主,且在平流层中垂直波长、水平波长分别为9~11 km和650~800 km,约62%的动量聚集在15~25 km高度的低平流层。在对流活动发生期间,低平流层重力波势能密度一直维持较大数值,而上平流层重力波势能密度则在对流减弱后迅速减小,且伴随着下一次对流活动的出现再次迅速增大。平流层不同高度上重力波势能密度对对流活动的响应主要与对流发展高度和背景风场有关,当对流发展较浅时,其激发的重力波在低层西风中易耗散;当对流发展较深到16 km甚至更高时,其激发的重力波接近零风层,并在东风中迅速上传,使得高层重力波势能密度增加较快。展开更多
文摘利用"西北干旱区陆气相互作用野外观测实验"加密观测期间敦煌站的实测资料以及大涡模式,通过一系列改变地表热通量和风切变的敏感性数值试验,分析了地表热通量和风切变对边界层对流的强度、形式,以及对对流边界层结构和发展的影响。模拟结果显示风切变一定,增大地表热通量时,由于近地层湍流运动增强,向上输送的热量也较多,使对流边界层变暖增厚,而且边界层对流的强度明显增强,对流泡发展的高度也较高。当地表热通量一定,增大风切变时,由于风切变使夹卷作用增强,将逆温层中的暖空气向下卷入混合层中,使对流边界层增暖增厚,但是对流泡容易破碎,对流的强度也较弱。另外通过在模式近地层释放绝对浓度为100的被动示踪物方法,用最小二乘法定量地分析了地表热通量和风切变分别与示踪物抬升效率和传输高度的关系。分析结果表明,风切变小于10.5×10-3 s-1时,增大地表热通量加强了上层动量的下传,使示踪物的抬升效率也线性增大;地表热通量小于462.5 W m-2时,增大风切变减弱了边界层对流的强度,从而使示踪物的抬升效率减弱。当风切变一定时,示踪物的平均传输高度随地表热通量增加而增大,而地表热通量一定,只有风切变大于临界值时,示踪物平均传输高度才随风切变的增加而增大,而临界风速的大小由地表热通量决定。
文摘利用美国航空航天局MERRA(Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications)再分析资料和MODIS(Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer)卫星资料以及欧洲气象中心ECMWF-Interim(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)再分析资料,分析了发生于青藏高原北侧上空的一次地形重力波事件,并使用中尺度预报模式WRF-ARW.V3.0(Weather Research and Forecasting model,V3.0)对其进行了数值模拟.在此基础上,诊断分析了此次地形重力波在UTLS(Upper Troposphere and Lower Stratosphere)区域造成的物质和能量垂直传输特征.分析结果表明这一中尺度地形重力波信号的水平波长约为600km,与地形扰动水平尺度接近,重力波在对流层中传播的垂直波长约为3km,在垂直方向上随着高度的增加呈现出由东向西倾斜的结构特征.此次地形重力波上传进入平流层并在150hPa附近破碎,波破碎后动量通量在短时间内发生了强烈的衰减,重力波携带的能量在破碎高度附近释放.重力波破碎的同时垂直方向湍流混合变得异常强烈,湍流交换系数可在短时间内增加到背景值的8倍以上,剧烈湍流混合过程导致了对流层上层的空气进入平流层,使下平流层空气出现了位势涡度和臭氧的低值区,在浮力频率的垂直剖面中也可以看到由于地形重力波过程造成的平流层下层浮力频率异常低值区.
文摘本论文基于WACCM(Whole Atmosphere Community Climate Model)模式最新版本WACCM6和DART(Data Assimilation Research TestBed)同化工具最新版本Manhattan,开发了中高层大气温度、臭氧和水汽卫星资料的同化接口,搭建了一个包含完整平流层过程的数值同化、天气预报和短期气候预测模型(此后简称模型);本模型对2020年3~4月平流层大气变化进行了同化观测资料的模拟,并以同化试验输出的分析场作为初值,对5~6月的平流层大气进行了0~30天天气尺度预报以及31~60天短期气候尺度预测的回报试验。结果表明:本模型能较好地重现2020年3、4月北极平流层出现的大规模臭氧损耗事件随时间的演变特征,模拟结果和Microwave Limb Sounder(MLS)卫星观测结果很接近;而未进行同化的模拟试验,虽然可以模拟出北极臭氧损耗现象,但是模拟的臭氧损耗规模相比MLS卫星观测结果要低很多;利用同化试验4月末输出的分析场作为初值,预报的5月北极平流层臭氧体积混合比变化与MLS卫星观测值的差值小于0.5,预测的6月北极平流层臭氧变化只在10~30 hPa之间的区域,与观测之间的差异达到了1 ppm(ppm=10^(-6))。本模型不但改善了北极平流层化学成分变化的模拟,也显著地提升了北极平流层温度和环流的模拟。本模型同化模拟的3~4月、预报预测的5~6月北极平流层温度和纬向风变化与Modern-Era Retrospective analysis for Research and Applications,Version 2(MERRA2)再分析资料结果具有很好的一致性,仅在北极平流层顶部,预报预测的温度和纬向风分别与再分析资料之间的均方根误差(RMSE)约为3 K和4 m s^(-1)。未进行同化的试验模拟的3~4月、预报预测的5~6月北极平流层的温度和纬向风与MERRA2再分析资料之间的RMSE在大部分区域都达到6 K及5 m s^(-1)以上。从全球范围来看,本模型对平流层中低层模拟性能改善最为显著,其预报预测结果与观测值之间的差�
基金supported by Project of Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory(Zhuhai)(SML2021SP312)the National Natural Science Foundation of China(4207506242130601,and 41922044)+3 种基金the National Key Research&Development Program of China(2018YFC1506003)the Fundamental Research Funds for the Central Universities,China(lzujbky-2021ey04)Young Doctoral Funds for Gansu Provincial Education Department(2021QB-009)supported by Supercomputing Center of Lanzhou University。
文摘The Arctic has experienced several extreme springtime stratospheric ozone depletion events over the past four decades,particularly in 1997,2011 and 2020.However,the impact of this stratospheric ozone depletion on the climate system remains poorly understood.Here we show that the stratospheric ozone depletion causes significant reductions in the sea ice concentration(SIC)and the sea ice thickness(SIT)over the Kara Sea,Laptev Sea and East Siberian Sea from spring to summer.This is partially caused by enhanced ice transport from Barents-Kara Sea and East Siberian Sea to the Fram Strait,which is induced by a strengthened and longer lived polar vortex associated with stratospheric ozone depletion.Additionally,cloud longwave radiation and surface albedo feedbacks enhance the melting of Arctic sea ice,particularly along the coast of the Eurasian continent.This study highlights the need for realistic representation of stratosphere-troposphere interactions in order to accurately predict Arctic sea ice loss.
文摘对流激发的重力波能够向中层大气输送动量和能量,准确获取重力波主要特征对于研究中层大气的动力学和热力学结构非常重要。本文利用COSMIC(constellation observing system for meteorology,ionosphere and climate)资料,结合中尺度数值预报模式WRF(weather research and forecasting),对2010年8月4日发生在华北地区上空的一次对流激发的重力波事件进行分析。结果表明:此次事件激发的重力波在平流层以中低频重力波为主,且在平流层中垂直波长、水平波长分别为9~11 km和650~800 km,约62%的动量聚集在15~25 km高度的低平流层。在对流活动发生期间,低平流层重力波势能密度一直维持较大数值,而上平流层重力波势能密度则在对流减弱后迅速减小,且伴随着下一次对流活动的出现再次迅速增大。平流层不同高度上重力波势能密度对对流活动的响应主要与对流发展高度和背景风场有关,当对流发展较浅时,其激发的重力波在低层西风中易耗散;当对流发展较深到16 km甚至更高时,其激发的重力波接近零风层,并在东风中迅速上传,使得高层重力波势能密度增加较快。
