文摘
这里描述的组成和热结构上对流层和低平流层中穿透中尺度对流复合体(MCC)事件,2009年6月8日发生在中国南部。我们的研究结果是基于卫星观测和气象研究和预测模型模拟。含冰和空气ozone-poor高达17公里。内空气−5°C冷成熟MCC在第一个冷点比外面对流层顶附近17公里,−2°C内冷成熟MCC在第二个冷点比外面对流层顶,和3°C之间温暖的里面成熟的MCC比外面两个冷点对流层顶。与温度对应的结构,有两个外MCC内水汽含量低于17公里和19公里,附近有世纪挑战集团内水汽含量高于外部18公里附近。
1。介绍
深对流系统与恶劣的天气有关,还会影响stratospheric-tropospheric交换和地球辐射平衡的组成和热结构通过改变上对流层和低平流层。最近这个话题吸引了很多注意力随着卫星观测的发展(1- - - - - -6]。穿透中尺度对流复合体(监控化学品)的深对流系统有重要影响stratospheric-tropospheric交换和对流层和低平流层上部的结构。
最下面的深对流活动发生冷点对流层顶(CPT) 16 - 17公里。对流活动很少穿透热带对流层顶层,它被发现之间的温度梯度最小在CPT(10 - 12公里,7),是一个关键地区stratospheric-tropospheric交换(8]。深对流系统可以显著改变热带对流层顶的大气结构层,增加直减率最低的高度和降低CPT的高度(7]。穿透监控化学品和更长的生活比雷暴细胞,因此更有影响的化学和热力学结构上对流层和低平流层(3]。
一些卫星监控化学品样品很少,因为他们查看几何,尽管如此,最终,罕见的某些类型的抽样(尤其是tropopause-penetrating风暴)是卫星测量的时间的结果。大多数卫星系统在与太阳同步轨道,使观测在当地时间之前和之后的时间tropopause-penetrating风暴是最常见的(即。附近最大的表面温度和最高的时候不稳定)。因此,很少有人研究渗透监控化学品,但更多的研究上对流层和低平流层的飓风(9,10]。
穿透MCC是观察到的2009年6月8日由美国宇航局A卫星星座,被广泛用于研究大气的结构(11- - - - - -17]。微波肢体健全的产品版本4,2015年发布的(https://mls.jpl.nasa.gov/),导致了一个伟大的改善数据质量上对流层和低平流层(18,19),提供了一个很好的机会了解上的精细结构渗透MCC对流层和低平流层。卫星遥感和模型模拟,在一起,可以很好地互补研究独特的对流层和低平流层上部结构在一个罕见的渗透MCC。
2。材料和方法
2.1。美国国家航空航天局a卫星数据
“(下午星座)是一组卫星(Aqua GCOM-W1,卡利普索,叫做“和光环)由NASA及其国际合作伙伴(http://atrain.nasa.gov/)。卫星都在极地轨道,所有穿过赤道向北在当地时间下午1时30分左右。该社观察这些卫星的各种参数可以用于一个目的20.]。
微波肢体测深仪(MLS)仪器在美国宇航局的地球观测系统光环卫星措施大气的成分,温度,湿度,和大量的冰云的水平分辨率c。150公里。有10个压力水平上对流层和低平流层在316,261,215,178,147,121,100,83,68和56 hPa。
大气红外探测器(播出)2级标准产品来源于播出的组合产品和先进的微波探测装置从美国宇航局“阿卡”卫星上。的沿着轨道是c。50公里水平分辨率和空间分辨率AIRS-Advanced微波探测装置的最低点的观点是13.5公里(http://airs.jpl.nasa.gov/)[18]。即将离任的长波辐射的播出产品是用于这项研究。
“与正交偏振激光雷达(CALIOP)仪器在NASA的卡利普索卫星是一个two-wavelength polarization-sensitive提供高分辨率的光探测和测距仪垂直的气溶胶和云。CALIOP使用三个接收器通道:一个测量1064海里背散射强度和另两个正交偏振测量组件532海里背散射信号。2级产品被用于这项研究[21]。
云分析雷达(CPR)仪器在美国宇航局的卫星是一个叫做“94 GHz nadir-looking雷达测量电源背散射的云雷达的距离的函数。原要求CPR仪器灵敏度定义为一个最小可测反射率因子−30 dBZ,沿径抽样2公里,70 dBZ的动态范围,500垂直分辨率,和1.5 dBZ的校准精度。心肺复苏术二级产品被用于这项研究(http://cloudsat.atmos.colostate.edu/)[22]。
2.2。黑体温度从FY2C卫星
黑体温度(《)FY2C地球同步卫星记录的数据来自国家卫星气象中心、中国。每小时的数据水平分辨率为0.1°显示对流在各种尺度(23]。可以找到更多的细节http://www.nsmc.org.cn/。
2.3。全球定位系统无线电掩星宇宙数据
全球定位系统(GPS)无线电掩星温度资料获得http://cdaac-www.cosmic.ucar.edu/cdaac/products.html。尖刺外壳等。24]介绍了气象观测系统星座,电离层和气候(宇宙)数据。我们使用2级湿配置文件数据与垂直分辨率高达100米。
2.4。气象研究和预测模型
天气的研究和预测模型WRF-ARW V3.5.1被用来模拟MCC。模拟的时间步长60年代开始于2009年6月8日00:00 GMT。模型网格设置如图1,内部的10公里水平分辨率和30公里外的MCC。下七十垂直层被任命为20 hPa模型顶部。仿真方案包括GF积云对流计划,RRTM长波辐射方案,DUDHIA长波辐射方案,YSU边界层方案,NSSL妈妈云粒子物理学计划(http://www2.mmm.ucar.edu/wrf/users/)。海绵层厚度的方案5公里是在上部构造边界层避免重力波的反射。仿真是由初始条件和边界条件从全球预报系统为0.5°水平分辨率。
3所示。结果
3.1。一个穿透MCC
一个MCC对流云,持续几个小时,云顶面积> 50000公里2和《低于−52°C (25]。几个强大的监控化学品形成2009年6月在中国南部和世纪挑战帐户集团2009年6月8日是最强的。
FY2C每小时《数据(数据2 (b),4(一),4 (b))表明,三个强大的监控化学品(基础体温低于−65°C)形成然后消失2009年6月7和9之间。世纪挑战帐户集团6月8日是一个非常强烈的特性有一个很大的水平扩展(300公里)和>累积降雨量100毫米。
(一)
(b)
(c)
(d)
“卫星探测到这个世纪挑战集团在2009年6月8日18:00。即将离任的长波辐射从播出仪器< 140 W·m−2在MCC的面积(图2(一个))。美国职业足球大联盟的轨道卫星携带,CPR,和CALIOP仪器通过MCC,允许结构的分析MCC的面积的气氛。心肺复苏术反射率可以用来代表MCC(图的垂直结构2 (c))。MCC的中心位置附近25°N和107°E。对流云团发展> 16公里,云砧上水平向外扩展,和最密集的反射率(> 10 dBz)第5 - 13是位于公里。对流层顶高度的辅助在CALIOP气象数据(图2 (d))表明,温度递减率对流层顶高度(黑点)几乎是在MCC 16公里,但靠近MCC 17公里以外。云顶高度CALIOP > 17公里在MCC(青色点,综合减毒后向散射系数最高的云老> 0.01−1·公里−1根据对于德赛尔(11),锅和Munchak (26]),高于外(蓝点)。红点表示一个大云顶粒子的浓度;综合减毒后向散射系数最高的云在MCC一般老c。0.03−1·公里−1大于0.01 sr的背景值−1·公里−1。因此云是一个渗透MCC。
3.2。上对流层和低平流层大气结构从卫星观测MCC
穿透监控化学品的结构有很大的影响上对流层和低平流层,包括臭氧的分布(O3)、冰水内容(IWC)和温度和水蒸气的量(H2O)。
O的浓度3国际捕鲸委员会是向上运动强烈影响的MCC的面积。阿云对流系统可以减少的数量3通过运输O在大气水平较低3——可怜的空气上升到上对流层和低平流层因为平流层的臭氧浓度显著高于在对流层。O的浓度3在MCC的面积< 100 ppbv低于100 hPa。然而,O的浓度3在MCC明显> 100 ppbv(图3(一个))。世纪挑战集团内的某处缺失值是基于数据可靠性MLS的臭氧。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(一)
(b)
相比之下,空气高IWC 50 mg·m−3向上运输14公里,空气的IWC 10 mg·米−3被运送到16.5公里在MCC(图3 (b))。
美国职业足球大联盟的温度曲线(数据3 (c)和3 (e))显示了一个冷中心(低于−85°C)在MCC 17公里的云顶(图2 (d))。然而,有一个温暖的异常冷中心2公里以上,这是一个典型的特征的世纪挑战集团云顶(10]。MCC的云顶温度是2 - 6°C低于MCC外的温度在同一水平上。MCC是2 - 3°C内的温度比外面暖和第一CPT 2公里以上。
GPS无线电掩星温度资料高垂直分辨率支持美国的数据。GPS无线电掩星只检测监控化学品2009年6月7日和9。这两个温度资料是相似的。因此我们使用了2009年6月7日MCC(图数据4(一)为MCC)作为参考2009年6月8日。2009年6月7日MCC发生时,第一个CPT从17岁下降到近16公里(图4 (b))。世纪挑战集团内部的温度在第一和第二部署比室外温度低但内部的温度两个部署3 - 4°C之间的MCC比室外温度MCC(图暖和4 (b))。
H的分布2O MLS测量的仪器(数字3 (d)和3 (f))显示了低浓度的H2O (< 2 ppmv)在云顶100 hPa和高浓度的H2O (> 6 ppmv) 68 hPa在MCC。H的分布2O和温度分布是一致的,因为温度对H的浓度有很大影响2啊,特别是在冻层附近。高的IWC的环境下,氢的浓度2O上对流层和低平流层直接相关的饱和蒸气压冰晶的表面。当温度升高时,饱和蒸汽压也会增加,水蒸气的浓度增加由于蒸发。因此H的分布2O后温度分布。
3.3。上对流层和低平流层大气结构从WRF MCC模拟
MCC的位置和高度被WRF模拟以及模拟(数字2和5)。对流系统下午一点开始发展,云顶MCC日14:00以后达到17公里和MCC成熟15时左右,稍微领先于卫星探测。
(一) = 13
(b) = 13:30
(c) =夏令时间
(d) = 14:30
(e) = 3
(f) =下午15:30
(g) = 16:00时
(h) =下午
(我) = 17点
MCC的大气结构(例如,温度,捕鲸委员会,和H2O分布)充分体现在模型的输出。模型的输出是一个很好的匹配对观察到的差异,垂直速度,和潜在的伪等效温度。上升流−0.8 Pa·s−1近200 hPa在MCC(图的成熟阶段6(一))。有一个强大的散度中心(> 3×10−3年代−1)对应于一个寒冷的子午偏离中心(−5°C)的顶部附近的MCC上升流地区100 hPa。模型显示一个扰动的结构与消极的经向温度偏差异常在第一个CPT和−−5°C在第二个CPT 2°C和积极的子午偏差异常3°C之间的两个部署在相对成熟的阶段,在早期阶段(数据6(一)和6 (b)),同意GPS无线电掩星结果如图4 (b)。温度异常与重力波活动和长波辐射在卷云砧顶部的MCC (27,28]。空气总IWC 250毫克公斤−1达到(图17公里6 (c)),这是与卫星观测图一致3 (b)。除了上面的对流层和低平流层温度扰动,有两个较低的H2O浓度在MCC 17公里和19公里,附近的比外面高H2O内容里面MCC比外面附近(图18公里6 (d))。
(一)
(b)
(c)
(d)
4所示。结论和讨论
各种卫星观测和WRF模拟被用来研究上对流层和低平流层的组成和热结构的MCC发生在中国南部2009年6月8日。
WRF模拟支持上对流层和低平流层温度结构通过GPS无线电掩星观测和MLS观测得到。内空气−5°C冷MCC在第一个CPT 17公里附近,比外面−2°C冷在MCC在第二个CPT比外面,和3°C之间的温暖在MCC比外面两个部署。有在MCC水蒸气浓度低于17公里附近外,MCC内水蒸气浓度高于18公里附近外,相应的温度结构。这是因为水汽分布控制的温度分布通过微观物理学的过程当大量冰晶交在MCC上对流层和低平流层。ozone-poor空气上对流层和低平流层反映了MCC的对流运输。
本研究提出的精细结构上对流层和低平流层穿透MCC在亚洲夏季季风很少报道。由于大规模的MCC比常见的对流活动,第二个CPT是位于位置高于背景气候CPT,而第二CPT常见的位置附近的对流活动背景气候CPT (10]。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
本研究由国家科学基金会共同支持中国(41375047,41375047,41675039)和优先级的学术程序开发江苏高等教育机构(PAPD)。作者要感谢美国国家航空航天局(NASA) UCAR /宇宙,和中国国家卫星气象中心提供的数据。