Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Vận chuyển động lượng đối lưu và tổ chức đa quy mô trong các hệ thống đối lưu quy mô trung bình song song với cắt
Tóm tắt
Cách mà đối lưu ẩm tương tác với các dòng chảy quy mô lớn là một vấn đề nghiên cứu hiện đại quan trọng. Các hệ thống quy mô trung bình có tổ chức, đặc biệt quan trọng cho các tương tác giữa đối lưu và cắt môi trường. Trong bài viết này, chúng tôi trình bày các mô phỏng số về các hệ thống quy mô trung bình phát triển trong một môi trường cắt bằng cách sử dụng mô hình Nghiên cứu và Dự báo Thời tiết. Chúng tôi đặc biệt quan tâm đến việc tích hợp lâu dài, cho phép các hệ thống phát triển và chết đi lặp đi lặp lại và tương tác một cách hiệu quả với cắt nền. Bắt đầu với một cắt vật lý điển hình ở châu Phi và xích đạo, giải pháp mô phỏng trải qua nhiều giai đoạn khác nhau. Đầu tiên, một trạng thái tạm thời, bao gồm các hệ thống giống như bão, được sắp xếp vuông góc với cắt nền, phát triển và sau đó tiến triển thành một chế độ của các hệ thống quy mô trung bình đa tầng với các đám mây tầng lớn. Trong giai đoạn sau, gió nền thay đổi đáng kể qua ảnh hưởng của cả vận chuyển động lượng đối lưu quy mô lớn và quy mô nhỏ. Vào giai đoạn này, các hệ thống trở nên sắp xếp song song với cắt gió, với các đám mây tầng kéo dài trong đó các tế bào đối lưu quy mô meso-beta phát triển và di chuyển theo hướng cắt, tương đối so với các đám mây tầng lớn. Những kết quả này gợi nhớ đến sự phát triển của các hệ thống đối lưu quy mô trung bình song song với cắt đã được quan sát, chẳng hạn như trong Khu vực hội tụ nhiệt đới phía Đông Thái Bình Dương (ITCZ) và corroborate các kết quả lý thuyết gần đây đạt được với một mô hình đa đám mây đơn giản. Do đó, chúng có các tác động quan trọng đối với việc tham số hóa CMT trong các mô hình khí hậu.
Từ khóa
#đối lưu ẩm #tổ chức quy mô trung bình #mô phỏng số #năng lượng cắt #vận chuyển động lượng đối lưu #mô hình đa đám mâyTài liệu tham khảo
Chen SS, Houze RA Jr, Mapes BE (1996) Multiscale variability of deep convection in relation to large-scale circulation in TOGA COARE. J Atmos Sci 53:1380–1409
Chou M-D, Suarez MJ (1994) An efficient thermal infrared radiation parameterization for use in general circulation models. NASA Tech Memo 104606(3):85
Dudhia J, Moncrieff MW (1987) A numerical simulation of quasi-stationary tropical convective bands. Q J R Meteorol Soc 113:929–967
Fovell RG, Tung W (2016) Multiscale convection-coupled systems in the tropics: a tribute to Dr. Michio Yanai. No. 56, Meteorological Monographs. Springer
Françoise G, Fleur C (2017) A short review of numerical cloud-resolving models. Tellus A Dyn Meteorol Oceanogr 69:1. https://doi.org/10.1080/16000870.2017.1373578
Grant LD, Moncrieff MW, Lane TP, Heever SC (2020) Shear-parallel tropical convective systems: importance of cold pools and wind shear. Geophys Res Lett 47(12):1944–8007
Haertel PT, Kiladis GN (2004) Dynamics of 2-day equatorial waves. J Atmos Sci 61(22):2707–2721. https://doi.org/10.1175/JAS3352.1
Hong S-Y, Dudhia J, Chen S-H (2004) A revised approach to ice microphysical processes for the bulk parameterization of clouds and precipitation. Mon Weather Rev 132:103–120
Hong S-Y, Noh Y, Dudhia J (2006) A new vertical diffusion package with an explicit treatment of entrainment processes. Mon Weather Rev 134:2318–2341
Houze RA Jr (2004) Mesoscale convective systems. Rev Geophys 42:G4003+. https://doi.org/10.1029/2004RG000150
Houze J, Robert A (1982) Cloud clusters and large-scale vertical motions in the Tropics. J Meteorol Soc Jpn 60(1):396–410
Janiga MA, Zhang C (2016) MJO moisture budget during DYNAMO in a cloud-resolving model. J Atmos Sci 73:2257–2278. https://doi.org/10.1175/JAS-D-14-0379.1
Khouider B, Han Y (2013) Simulation of convectively coupled waves using WRF: a framework for assessing the effects of mesoscales on synoptic scales. Theor Comput Fluid Dyn 27:473–489
Khouider B, Majda AJ (2006) A simple multicloud parameterization for convectively coupled tropical waves. Part i: linear analysis. J Atmos Sci 63:1308–1323
Khouider B, Majda AJ (2008) Multicloud model for organized tropical convection: enhanced congestus heating. J Atmos Sci 65:895–914
Khouider B, Moncrieff MW (2015) Organized convection parameterization for the ITCZ. J Atmos Sci 72(8):3073–3096. https://doi.org/10.1175/JAS-D-15-0006.1
Khouider B, Han Y, Biello J (2012) Convective momentum transport in a simple multicloud model. J Atmos Sci 69:915–933. https://doi.org/10.1175/JAS-D-11-0152.1
Khouider B, Majda AJ, Stechmann SN (2013) Climate science in the tropics: waves, vortices and PDEs. Nonlinearity 26(1):R1
Kiladis GN, Wheeler MC, Haertel PT, Straub KH, Roundy PE (2009) Convectively coupled equatorial waves. Rev Geophys. https://doi.org/10.1029/2008RG000266, rG2003
Lafore J, Moncrieff M (1989) A numerical investigation of the organization and interaction of the convective and stratiform regions of tropical squall lines. J Atmos Sci 46(4):521–544
Lane TP, Moncrieff MW (2010) Characterization of momentum transport associated with organized moist convection and gravity waves. J Atmos Sci 67(10):3208–3225. https://doi.org/10.1175/2010JAS3418.1
Liu C, Moncrieff MW (2017) Shear-parallel mesoscale convective systems in a moist low-inhibition mei-yu front environment. J Atmos Sci 74(12):4213–4228. https://doi.org/10.1175/JAS-D-17-0121.1
Liu Y, Fan J, Xu K, Zhang GJ (2018) Analysis of cloud-resolving model simulations for scale dependence of convective momentum transport. J Atmos Sci 75(7):2445–2472
Madden R, Julian PR (1972) Description of global-scale circulation cells in the tropics with a \(40-50\)-day period. J Atmos Sci 29:1109–1123
Majda AJ (2007) Multiscale models with moisture and systematic strategies for superparameterization. J Atmos Sci 64:2726–2734
Majda AJ, Biello JA (2004) A multiscale model for the intraseasonal oscillation. Proc Natl Acad Sci USA 101(14):4736–4741
Majda AJ, Shefter M (2001) Models for stratiform instability and convectively coupled waves. J Atmos Sci 58:1567–1584
Majda AJ, Stechmann SN (2008) Stochastic models for convective momentum transport. Proc Natl Acad Sci 105(46):17614–17619
Majda AJ, Xing Y (2010) New multi-scale models on mesoscales and squall lines. Commun Math Sci 8:113–144
Majda AJ, Khouider B, Kiladis G, Straub KH, Shefter MG (2004) A model for convectively coupled tropical waves: nonlinearity, rotation, and comparison with observations. J Atmos Sci 61:2188–2205
Mapes BE (2000) Convective inhibition, subgridscale triggering energy, and “stratiform instability’’ in a toy tropical wave model. J Atmos Sci 57:1515–1535
Mapes B, Tulich S, Lin J, Zuidema P (2006) The mesoscale convection life cycle: building block or prototype for large-scale tropical waves? Dyn Atmos Oceans 42(1–4):3–29
Mlawer EJ, Taubman SJ, Brown PD, Iacono MJ, Clough SA (1997) Radiative transfer for inhomogeneous atmosphere: Rrtm, a validated correlated-k model for the long-wave. J Geophys Res 102(D14):16663–16682
Moncrieff MW (2004) Analytic representation of the large-scale organization of tropical convection. J Atmos Sci 61:1521–1538
Moncrieff MW (2010) The multiscale organization of moist convection and the intersection of weather and climate. Why does climate vary? Geophys Monogr Am Geophys Union. https://doi.org/10.1029/2008GM000838
Moncrieff MW, Klinker E (1997) Organized convective systems in the tropical western Pacific as a process in general circulation models: a TOGA COARE case-study. Q J R Meteorol Soc 123(540):805–827
Moncrieff M, Shapiro M, Slingo J, Molteni F (2007) Collaborative research at the intersection of weather and climate. WMO Bull 56:204–211
Moncrieff MW, Liu C, Bogenschutz P (2017) Simulation, modeling, and dynamically based parameterization of organized tropical convection for global climate models. J Atmos Sci 74(5):1363–1380
Nakazawa T (1988) Tropical super clusters within intraseasonal variations over the western Pacific. J Meteorol Soc Jpn 66(6):823–839
Parker MD, Johnson RH (2004) Structures and dynamics of quasi-2d mesoscale convective systems. J Atmos Sci 61:545–567
Stevens B (2005) Atmospheric moist convection. Annu Rev Earth Planet Sci 33(1):605–643
Straub K, Kiladis G (2002) Observations of a convectively-coupled kelvin wave in the eastern pacific itcz. J Atmos Sci 59:30–53
Tao WK, Moncrieff MW (2009) Multiscale cloud system modeling. Rev Geophys 47(RG4002):1–47
Tompkins AM, Semie AG (2017) Organization of tropical convection in low vertical wind shears: role of updraft entrainment. J Adv Model Earth Syst 9(2):1046–1068. https://doi.org/10.1002/2016MS000802
Tulich SN, Randall D, Mapes B (2007) Vertical-mode and cloud decomposition of large-scale convectively coupled gravity waves in a two-dimensional cloud-resolving model. J Atmos Sci 64:1210–1229
Waite M, Khouider B (2010) The deepening of tropical convection by congestus preconditioning. J Atmos Sci 67:2601–2615
Weisman ML, Rotunno R (2004) A theory for strong long-lived squall lines: revisited. J Atmos Sci 61(4):361–382. https://doi.org/10.1175/1520-0469(2004)061<0361:ATFSLS>2.0.CO;2
Wheeler M, Kiladis GN (1999) Convectively coupled equatorial waves: analysis of clouds and temperature in the wavenumber-frequency domain. J Atmos Sci 56(3):374–399
Wu X, Moncrieff MW (1996) Collective effects of organized convection and their approximation in general circulation models. J Atmos Sci 53:1477–1495
Zhang C (2005) Madden–Julian Oscillation. Rev Geophys 43:G2003+. https://doi.org/10.1029/2004RG000158
Zhang GJ, Cho HR (1991) Parameterization of the vertical transport of momentum by cumulus clouds. Part I: theory. J Atmos Sci 48:1483–1492. https://doi.org/10.1175/1520-0469(1991)048<1483:POTVTO>2.0.CO;2