气候模式中积云夹卷率参数化方案的建立

摘要

云覆盖了地球约2/3的面积,在地气系统的辐射收支中起着重要作用:一方面,云反射太阳短波辐射,对地气系统起到降温作用;另一方面,云亦能吸收地表和云下大气发射的长波辐射,并且以云顶较低的温度向外发射长波辐射,对地气系统起到保温作用.全球气候模式中云与气候变化之间的反馈存在很大的不确定性,积云是导致该不确定性的一个重要原因.夹卷率表征环境空气夹卷进入积云的快慢程度，是积云参数化方案中的重要参数。利用西南涡的模拟结果，分析了影响夹卷率的动力和热力因子，结果表明:夹卷率和云内垂直风速以及浮力之间存在负相关关系，可用幂函数拟合。负相关的原因是:一方面夹卷混合能通过降低云内外温差从而使云内浮力减小，进而使云内的垂直上升运动减弱;另一方面云内更强的浮力和上升运动意味着云块在上升一定距离所用时间更短，从而云与环境相互影响的机会减少，所以夹卷率值变小。因为气候模式无法识别出水平尺度较小的单个积云及其内部的详细特征，所以本研究根据云顶高度对所有符合条件的二维云进行分档求平均，从而得到云平均的夹卷率、垂直风速以及浮力。使用主成分回归法将平均垂直风速和浮力联立起来，同时对夹卷率进行拟合，建立了夹卷率的参数化方案，该方案适用于气候模式。