青藏高原东部和东部降水、深对流和闪电的日变化外文翻译资料

 2022-11-09 15:38:55

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青藏高原东部和东部降水、深对流和闪电的日变化

WEIXIN XU AND EDWARD J. ZIPSER

犹他大学大气科学系，犹他州盐湖城

(2010年3月10日收到的手稿，2010年9月9日定稿)

利用11a的热带降雨测量任务(TRMM)对我国青藏高原(TP)东部总雨量、降水特征、中尺度对流系统、深对流、降水垂直结构和闪电的日周期以及我国东部地区进行了调查。 大约1000公里的青藏高原降雨和降水的日周期特征呈现明显位相东传，相位传播在梅雨前期和梅雨季节最为明显。然而，随着东亚的季风的北上，这一特征逐渐减弱，并且在仲夏停止。在梅雨前，位于TP的中部和东部丘陵的风暴群、总雨量、强对流和闪电的日周期同位相并且在清晨达到顶峰。 梅雨前另一个显著特征是在强对流和闪电极大值之后，TP的东南处丘陵常出现夜间降水和中尺度对流系统。这些强对流和闪电的夜间高峰在季风开始后移到下午，但夜间降水仍然占主导地位。在我国东部山区较少地区，强对流在梅雨期通常有一个下午高峰，但是降水最大值仍位于夜间。在仲夏，中国东部的大部分地区，下午出现强对流、降水和闪电的高峰，但东北地区除外，那里在夜间降水高峰之后在午后出现强对流高峰。

  1. 介绍

降水和对流的日周期是区域天气的最基本特征之一，为在确认天气和气候物理模型提供了一个重要的测试手段(Lin et al. 2000; Trenberth et al. 2003; Dai et al. 1999; Dai and Trenberth 2004)。因为地形复杂和天气形势明显的季节变化(Tao and Chen 1987; Chen 2004; Ding and Chan 2005; Xu et al. 2009)，东亚地区经常被用来调查降雨和对流活动的日变化及其潜在物理学 (summarized in, e.g., Domros and Peng 1988; Zhao et al. 2005)。

在东亚地区，除了广泛的午后降雨高峰外，夜间降雨高峰经常出现在山谷、较高的丘陵、湖泊和海岸线上空，由山谷微风和海陆风的低层辐合形成(Ohsawa et al. 2001; Fujinami et al. 2005; Hirose and Nakamura 2005; Chen et al. 2005; Li et al. 2008)。此外，TP东部下游发现降水和云量位相传播 (Asai et al. 1998; Wang et al. 2004, 2005; Yu et al. 2007b; Zhou et al. 2008; Chen et al. 2009)。这个日相传播与落基山脉背风坡观测到的相似(Wallace 1975; Carbone et al. 2002; Carbone and Tuttle 2008)。进一步发现了日相传播随着东亚季风的北上减弱并在仲夏消失(Asai et al. 1998; Wang et al. 2005; Chen et al. 2009)。午后对流的波状传播，高山平原环流，夜间低空急流被认为是传播和夜间降雨的可能机制(He and Zhang 2010; Huang et al. 2010)。

表1.日变化研究所选择的参数及其定义

参数名 定义

PF Num 分组PR像素定义的降水特征总体 (Nesbitt et al. 2000; Liu et al. 2008a)

MCS Num PFs定义的MCSs群，面积为.2000平方公里，至少有一个对流像素 (Houze 1993)

Total rain PR反演的近地表体积降水 (Iguchi et al. 2000)

Deep Convec 在12公里处有20 dBZ PR的深对流区域(类似于 Liu and Zipser 2008)

Flash Counts LIS检测到的所有选定PFs中的总闪电数(Cecil et al. 2005)

上面提到的大部分论文都是通过仅仅使用雨量计或被动遥感观测资料来研究降水和云量的日变化 (e.g., Asai et al. 1998; Wang et al. 2005; Yu et al. 2007b; Chen et al. 2009)。三维风暴信息从来没有提供过。在这些研究中，很难认识到哪种风暴(垂直结构)主要是造成夜间降雨的原因。然而，对流的日周期，风暴、闪电和降水垂直结构的特性对于更好地理解潜在的物理机制和评估降雨反演以及模型模拟的物理比较都是必要的。 与模型模拟的物理比较(Nesbitt and Zipser 2003; Hirose and Nakamura 2005; Nesbitt et al. 2008; Liu and Zipser 2008)。

热带降雨测量任务(TRMM)降水特征(PF)数据库将来自降水雷达、米卡韦成像仪和闪电传感器的综合信息结合在一起 (Nesbitt et al. 2000; Liu et al. 2008a)。这个数据库配置得很好，足以调查降水、强对流、浅对流、中尺度对流系统（MCSs）和闪电日周期之间的相位差别 (Nesbitt and Zipser 2003; Liu and Zipser 2008)。通过这个数据库现在可以测量降水系统垂直结构的日变化是怎样的 (Liu and Zipser 2008; Liu et al. 2008b)。此外，这个基于特征的数据库可以从降水风暴的角度来对日相传播产生的独到见解。

从这一点出发，此次研究试图回答以下相关问题：1)TP东部下游降水风暴的日变化是否有位相传播而且季节变化是怎样的？2）降水、强对流和闪电的日周期之间的相位不同是什么？这些差别随季节如何变化？3)垂直结构随时间变化？4)位相传播和夜间降水或对流的可能机制是什么？

在暖季，大尺度环流和降雨模式最明显的变化伴随是梅雨模式的出现(Tao and Chen 1987; Ding 1992)。在梅雨爆发之后，中国南部热带季风盛行而且与雨带联系密切的梅雨锋频繁出现 (Chen 1994; Ding and Chan 2005; Chen 2004)。对流梅雨系统的强度和风暴性质也不同于爆发前的强度和风暴性质 (Xu et al.2009)。因此，本研究的重点是tp和大陆下游的不同区域在不同季节：梅雨开始前，梅雨季节和仲夏。

本文第二节详细介绍了这些数据和方法。第三节展示了11年来大规模流动、降雨和风暴活动的气候变化.相位传播结果 关于日周期，不同参数之间的相位差及其海-声变化见第四节。下午和午夜降雨和暴雨高峰的比较 活动见第5节。第六节总结了纬向风廓线的变化与位相传播的关系，以及日风在低层的变化情况。 可能会影响降雨的日周期。第7节简要总结了我们的主要结论。

2.数据与方法

a.ECMWF再分析数据

欧洲中程天气预报中心(ECMWF)重新分析1998年至2008年中期再分析数据 (ERA-Interim; Berrisford et al. 2009; Dee and Uppala 2009)来检验季节变化和日变化。欧洲再分析数据集的水平空间分辨率为1.5°x 1.5°和6小时时间分辨率。此数据集有37个垂直层，从1000到1 hPa，大多数层以25hPa间隔。

b.TRMM PF和3B42数据集

本研究使用TRMM PF数据库的11年资料(1998-2008) (Nesbitt et al. 2000; Liu et al. 2008a)。降水特征（PFs）是由TRMM降水雷达（PR）衍生而来的连续近地表雨区。不同仪器的测量在用邻接像素法将它们分组为降水雷达像素之前先进行配置(Liu et al. 2008a)。标准产品1B11，1B01，2A23，闪电 成像传感器(LIS)轨道数据，2A25 (Iguchi et al. 2000)。和2A12(Kummerow et al. 1998)投入到配置过程中。参数如雷达反射率、闪电、微波或红外亮度温度可以直接从降水雷达中降水特征的每个像素处得到，降水雷达分辨率在2001年卫星升空前为4.2km和升空后为5.1km。

表2.三个纬度带的降水特征样本：带1(32°-36°N)、带2(28°-32°N)和带3(23°-28°8 N)；具体而言，图1中的八个盒子。

Strip 1 (32°–36°N) Strip 2 (28°–32°N) Strip 3 (23°–28°N)

A

B

C

D

E

F

G

H

Premonsoon

4808

4747

3781

6694

4507

41559

3256

4576

Mei-yu

11761

6724

4035

9797

5266

4048

5352

5526

Midsummer

17127

10509

9074

15862

7160

5404

6949

5390

TRMM多卫星降水分析(TMPA)3B42雨产品(Huffman et al. 2007)用于研究季节性降水和昼夜降水的空间分布。3B42 产品具有3小时时间分辨率和0.25° 3 0.25°空间分辨率，覆盖从50°S到50°N的全球范围，从1998年至2008年。该算法既使用了来源于低轨道卫星的无源微波测量和来自静止卫星的红外辐射测量。在他们融合之前首次将多个被动微波降雨估计校准为（TRMM PR）和TRMM微波成像仪(TMI)。红外估计是利用校准后的微波估计产生的，用于填补无源微波覆盖间隙。3B42雨量估计将会在它们可用时收敛于TMI和PR估计。研究表明3B42在我国降雨量和降水空间格局上与雨量计数据具有较好的一致性(Zhou et al. 2008; Shen et al. 2010)。

C.总雨量、MCS和深对流的定义

大部分关于日周期的研究都集中在降水上，但了解对日变化峰值贡献的降水系统的风暴类型、对流和三维结构是非常重要的。本次研究除了提供降水、日变化信息外，还提供了风暴和闪电结构的变化信息。五个被选中的参数定义如下(表1)。

  1. PF总数

降水特征是通过分组连续的近地表PR像素来定义的(Nesbitt et al. 2000; Liu et al. 2008a)。在本次研究中，PF至少有100平方公里，PF边界反射率值为18-20 dBZ，因为PR的最小可探测反射率约为18-20 dBZ。

  1. MCS群

MCS被定义为具有至少一个对流像素的面积为.2000平方公里的PF (Awaka et al. 1997)。这个定义保证了MCS具有一个至少有一个对流单体的水平降水区域，正如Houze (1993)的定义，对于这个数据集，MCSs的总数约占PFS总量的10%(表2)。

  1. 总雨量

总降雨量由PR 2A25算法(Iguchi et al. 2000)反演的PF的近地表总降雨量来定义。PF的总降雨量结合了该地区和该平均雨率的特征。

  1. 强对流

强对流的定义是12公里MSL 20-dBZ雷达回波面积(类似于 Liu and Zipser 2008)。根据这个定义，风暴会或不会达到对流层顶(约14；15公里)，但是有降水大小的冰粒飘移到对流层上部。

图1.TP东部及下游地区地图。标高由色条表示。虚线黑匣子被选中(从北到南)：条1、2和3。被字母标注的实心方框是白天研究的不同区域。本文讨论了四川盆地、长江和TP地区。

图2.（a）是TP和其下游的综合风场(左)850和(右)500 hPa，(b)前梅雨，(c)，(d)梅雨期间，和(e)，(f)在1998-2008年仲夏。风矢量的刻度已用箭头标注。大陆边界和海拔1500米和3000米是等值线。

5)闪光计数

由LIS检测到的总闪光次数包括

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