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準理想中尺度對流系統中的動量傳輸. Mahoney, K. M., G. M. Lackmann, and M. D. Parker, 2009: The role of momentum transport in the motion of a quasi-idealized mesoscale convective system. Mon. Wea. Rev. , 137 , 3316–3338. 前言 前人研究 模式設定 結果 結論. 大鋼. Radar reflectivity.
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準理想中尺度對流系統中的動量傳輸 Mahoney, K. M., G. M. Lackmann, and M. D. Parker, 2009: The role of momentum transport in the motion of a quasi-idealized mesoscale convective system. Mon. Wea. Rev., 137, 3316–3338.
前言 • 前人研究 • 模式設定 • 結果 • 結論 大鋼
Radar reflectivity Houze et al.(1989) → RIJ向下傳遞過程決定於MCS的對流區和層狀區的渦度平衡結果。Weisman (1992) RIJ與對流區的中尺度渦旋結合,會在近地面產生強風。Trapp and Weisman (2003) and Atkins andSt. Laurent (2009) C: 加速度 Cold pool 前言
CPschemes中過於忽略或簡化MCS中的convective momentum transport (CMT) process 會影響正確的MCS運動的表現。 • 本篇主要探討驅使MCS移動的過程,特別是CMT過程。 前言
周圍環境的大尺度動量場中,MCS內CMT的影響。( e.g.,Houze 1973; Grubisˇic´ and Moncrieff 2000; Mechemet al. 2006) • 在熱帶MCSs的層狀區內和其下方的動量傳輸,影響低對流層的風場。Houze et al. (2000) andMechem et al. (2006) • 經由上層西風動量的向下傳輸,使得近地面的西風增強。Mechem et al. (2006) 前人研究
動量方程: (忽略摩擦項) • RIJ受到中尺度低壓的”擾動氣壓梯度力”的影響,產生加速度。 • 下降的RIJ,主要受到層狀區”負浮力”的影響。(融化、昇華、蒸發和雨水) • (e.g., Srivastava 1987; Braun and Houze 1997; Grimet al. 2009) MCS 動量傳輸
RIJ將環境中的乾空氣引入層狀降水區,產生融化、蒸發或昇華,造成冷卻,使得RIJ有助於維持近地面冷池。RIJ將環境中的乾空氣引入層狀降水區,產生融化、蒸發或昇華,造成冷卻,使得RIJ有助於維持近地面冷池。 • RIJ將高層動量傳遞至低層,增加冷池內的風速。 (e.g., Smull and Houze 1987;Haertel and Johnson 2000; Houze et al. 2000; Mechemet al. 2006)
Initial background state (F00) Contours: 500-hPa geopotential heigh Shaded: wind (m/s) Solid contours: isentropes (K) Dash contours: isotachs (m/s) Shaded: CAPE (J/kg) Contours: CIN(J/kg) Weisman and Klemp (1982) Surface-base 35N,95W
WRF modelV2.2 4-km 1800 km X 1800 km 1-km 676 km X 604 km
u = uSR + Cx ; v = vSR +Cy 水平動量方程
Simulated composite reflectivity Cold pool: T’ = -2℃ dBz
Contour:p’ (hPa) Shaded: cold pool Contour: total perturbation wind Gray dotted contour: reflectivity (℃)
(k) (k) Shaded: T’ (k)at 2 m Blak contours : divergence at 10m (-5X10^-4 s-1) Dash : reflectivity
Theoretical cold pool speed: Nicholls et al. (1988) and Trier et al. (2006)
(3 km) (900-200 hPa)
Shaded: totalwind speed (m/s) Contours: reflectivity(dBz)
Blue contours : cold pool Shaded: downward momentum flux Black contours: reflectivity convergence Moment flux 800 m 800 m 2000 m 2000 m (m2/s2) (m/s2)
F06 Shaded : reflectivity 800 m
(TEN) F06 Shaded : u (m/s) Dotted contours: reflectivity (HAu’) (PGA) _ (VAu’) (VAu)
Volume-averaged momentum budget Trailing: △x = 40-120km △z = 0-6km Leading: △x = 0-40km △z = 0-3km
VOL-leading VOL-trailing
由高處向下傳輸的動量,增加冷池內的風速以及MCS本身的速度。由高處向下傳輸的動量,增加冷池內的風速以及MCS本身的速度。 • MCS的運動受到水平動量的垂直傳輸所影響。
CMT影響MCS運動的方式: • MCS運動中的平流項會經由高層部分的RIJ而增加。 • 向下的CMT增加冷池本身的速度,使得系統移速增加。