非绝热过程和沙特阿拉伯低水平的位势涡度异常的暴雨的产生外文翻译资料

 2022-11-16 11:29:26

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非绝热过程和沙特阿拉伯低水平的位势涡度异常的暴雨的产生

H. Abdel-Basset1, A. K. AL-Khalaf2, A. Albar3

摘要：

非绝热加热被计算，利用2009年11月25日吉达，沙特阿拉伯的一次大暴雨在等压坐标系下的热力学方程，在整个时期的研究中，水平热对流是显性的，而垂直对流项是绝热的。局地温度在非绝热过程的长期变化中的贡献目前相对很小。红海及邻近山脉的存在表明，在下雨天，低层大气的非绝热加热主要是由于潜热对流释放。动力学的研究案例也在等压位势涡度（PV）研究。结果表明，加热区与低水平光伏异常的位置相一致。位势涡度（EPV）生成的评估暗示冷凝占低级EPV异常的存在提供了一个足够大的水分来源。低级别的非绝热加热产生光伏辅助放大表面热波早在暴雨的发展和上层波系统在生长的后期阶段。

关键词

位势涡度，非绝热加热，水分过程，对流，暴雨，沙特阿拉伯

1. 简介

非绝热加热是驱动大气环流必不可少的力量。大气的非绝热加热由潜热释放，感热加热和辐射加热和冷却组成。然而，非绝热加热的理解已经被阻碍因为大气加热不能直接测量，必须从其他变量间接估计.许多调查研究表明水分对成熟气旋的强度的影响。然而，一个问题的相当大的重要性是气旋结构和传播的水分在其发展阶段是如何变化的。这个问题部分是由[ 1 ]谁提出解决意见的基础上，凝结发生倾斜中性条件下。由此产生的结构是二维的，这种约束具有斜压波，一个非常小的水平尺度的强烈的上升气流，但几乎不变的降落区。倾斜的强上升气流的特征已在数值模拟[ 2 ]和[ 3 ]气旋的观察中被强烈注意。 对凝结、斜压周期影响的全三维图片波仍然是不完整的。事实上，太少的研究已经放在对流发展上，它仍然是一个讨论的重要问题。

以前的案例研究表明，非绝热势涡度（PV）在对流层低层的最大值可以影响的温带气旋[ 4 ] - [ 7 ]演变。在许多情况下，非绝热的光伏最大提高对流层上部的最大光伏和表面电位之间的耦合相互作用的温度（theta;）最大，导致更强的反馈过程和更强烈的旋风[ 6 ] [ 8 ]。 不过，在其他情况下，非绝热的光伏最大可以阻碍对流层顶和面波[ 9 ]。非绝热产生对流层低层PV最大可显著影响这层风场，有很多湿气的地方。这可以显着修改水分运输，并最终通过低空急流的增强修改降水分布[ 10 ] [ 13 ]。另外，可以导致高动量空气表面的运输，导致在对流或非对流情况破坏性的狂风。许多研究属性的PV浓度梯度的非绝热加热是在目前中尺度对流系统的降水区域[ 14 ] [ 17 ] [ ]。 这一传统观点得到了事实的支持，中尺度对流涡旋都在中尺度层状组件开发对流系统中被观察到。然而，非绝热加热分布[ 18 ] [ 19 ]意味着光伏浓度可能是来自对流或层状的过程。当垂直梯度的非绝热加热作用于涡度中心，它们产生的浓度的光伏物质[ 20 ] [ 21 ]中的水平和稀释的光伏物质以上，导致近似垂直叠加的正和负的光伏异常。这项工作的目的是研究非绝热过程和低的产生之间的关系，2009年11月25日发生在吉达，沙特阿拉伯的全生命周期中尺度对流系统（强雷暴）的水平位势涡异常。

2.理论思考

2.1. 非绝热加热

从基本的热力学，我们发现= Cp (1)

是单位质量的非绝热加热速率、温度T、alpha;比容，CP定压比热，和omega;= dp/dt。扩展dT/dt和重新排列方程（1），这个在等压坐标单位质量热力学能量方程给出

 (2)

其中V是在等压面上的水平风矢量和nabla;二维delta算子。根据方程（2），估计可以作为剩余

因此，非绝热加热的变化是由准水平温度平流确定（V·nabla;T）、绝热与工作相关的温度变化（omega;gt; 0）或（omega;＜0）的空气包裹的环境中垂直位移（minus;omega;alpha;/ CP）、局部温度变化，（part;T/part;P），和垂直温度平流

（）。主要过程:有助于由于凝结水的潜热释放蒸气、湍流通量和长短波辐射。

2.2.位涡估计

从现有的气象参数，即温度和潜在的涡度场计算恒定压力面上的水平风分量。在等压坐标的位势涡度近似由绝对涡度的垂直分量和潜在的温度梯度的乘积。

其中 f是科氏参数 ， theta;是温差电势 U风在网格 （我们在 X方向原则）和V Y方向的风。以下[ 22 ]动态对流层顶的位势涡度的定义原则 ）和 V Y方向的风 。以下 [ 2 2 ]动态对流层顶的位势涡度的定义哪里 ，为方便起见 ，位势涡度单位 （ P V U ）设置 10minus;7 Kpaminus;1∙sminus;1.10minus;7 kPaminus;1∙sminus;1。
3.1.数据
在这项研究中所使用的数据已经从欧洲中心的档案采取中程天气预报（ECMWF; http://www.ecmwf.int/）。它们由水平风组件（ueastward，V-向北），温度（T），并定期经纬度网格位势高度（Z）点（2.5˚times;2.5˚分辨率）为等压水平1000，850，700，500，400，300，250，200，150和100百帕。所使用的数据是在00:0006:00，12：00至18:00 GMT期间11月23日至26日2009年研究域的范围是从10W至60E和10N至60N。

3.2.分析方法
非绝热加热是在00:00，06:00，12:00和18:00 GMT使用公式（3）计算。因此，时间导通过中心差分跨越12小时提供的一段合理的评价指标加热的变化。中心有限差异用于计算水平衍生物和所有垂直衍生物除了那些在1000和100百帕，其中非中心的差异被雇用。内部域用于计算的热力学方程的条款3延伸从37.5˚E到47.5˚E和从17.5˚N到27.5˚N。在公式（3）的每个术语诊断计算。在本研究中，垂直整合针对不同层次的大气非绝热加热项Q已经确定。因此，非绝热加热速率是使用残留评价，通过在方程的所有条款求和（3）。趋势任期作为中心有限差方案进行计算。非绝热加热，在热力学方面评价在等压坐标方程式，由垂直运动（omega;）的评价的影响。这项议案是使用准地转omega;方程[23]的Q向量表示来计算，使用松弛法[24]。在公式（3）的所有术语都表示为每单位质量的加热速率，并且可以每天通过以下转化加热，1瓦∙KG-1 = 86ķ∙D-1。中心有限的差异也被用来计算水平衍生物和除了那些在涡式（4）所有的垂直衍生物1000和100百帕。
4.结果与讨论

从高分辨率（25公里times;25公里）热带降雨测量卫星看到和观察H.阿卜杜勒 - 巴塞特等。278雨量合并产物（未示出）。吉达站录得降雨74.0毫米在短短四个小时。在吉达降雨量这一数额几乎是平均水平的两倍整整一年，并在沙特丰水沙特阿拉伯是十年。这个2009年11月25日大暴雨情况下的动力学过冬研究即开发了地中海期间00:00 GMT（03:00当地时间）11月23日抑郁症至12:00 GMT 2009年11月26日按1000百帕和700百帕图表，这个研究的的生命周期情况下，可以分为两个阶段。第一阶段（生长）是格林威治时间00:00 11月23日至格林威治标准时间12:00 11月25日，第二期（衰减）06:00 GMT 11月26日12:00北京时间11月27日。位势高度米（GPM）和温度c。在1000百帕和700百帕排行榜的00:00格林威治标准时间12:00在期间11月23-26日的每天分别示于图1和图2，。在00:00北京时间11月23日，图1（a）所示的副热带高气压支配了北非和地中海地区;它还扩展东风覆盖沙特阿拉伯和地中海东部北国家。该图还示出，苏丹低和其相关联的倒V形槽（红色海槽）振荡向北覆盖埃及东部和整个红海地区。一个明显的热梯度与红海槽的振荡向北延伸相关的纬向覆盖沙特南部阿拉伯和苏丹北部。在接下来的12小时（格林威治标准时间12:00 11月23日），副热带高压减弱和东移，而红海低谷慢慢传播向北和苏丹加深低至80加仑（图1（b））。该系统首先表现为抑郁旅游的延伸，东临地中海00:00北京时间11月23日（图2）。截止低形成于格林威治时间12:00 11月23日和一个明确的气旋性抑郁症成为埃及（图2（b））明确。在格林威治时间00:0011月23，热梯度沿着位于沙特阿拉伯东北部;此斜压区导致形成的上层切断低压。在格林威治时间00:00 11月24日强劲的发展发生在表面并在高层大气，在苏丹在表面的低及其相关红海槽移动向北覆盖地中海东部，埃及和沙特阿拉伯的北部。苏丹低的中心目前在红海（15N37.5˚E），而在该中心的地形高度达到100加仑。在里面上层大气（700百帕），截止低深化和缓慢移动向东到达北部的埃及。在该中心的位势高度达到3100加仑（如图2（c））。在接下来的12小时（12:00 GMT 11月24日），倒V形槽与相关联的苏丹低振荡向北和在上层大气（700百帕），截止低也向东移动到刚刚到达埃及东北部的。期间18:00 GMT 11月24日12:00北京时间11月25日（梅雨期），强烈的相互作用从热带延伸的倒V形槽之间发生地区和中纬度地区。两个凹陷合并，以形成一个单一的系统。最有趣特点是从周围的空气流相关的热带地区向北强的暖平流苏丹低，南强冷平流。这两个气团之间的相互作用引起不稳定的大交易在地中海东部和沙特阿拉伯西部。经过格林威治标准时间12:00 11月25日，苏丹低举动倒V形槽向南向西而高空槽向西撤退，其中相关的切断低压是集中在西北埃及，并且两个槽之间的相互作用消失。在第二天（26月），低压开始减弱其中心气压逐渐增加。在另一方面，副热带高气压在北非和地中海西部扩展与连接西伯利亚高上一大垄。11月27日。换句话说，没有更多的冷平流适应该系统。而西伯利亚高压传播向西，该系统的水平延伸而减小并缓慢向东移动。它成为了固定涡旋地中海（图2（G），图2（h）条）的东北部上方旋转。最后系统漂移慢慢北向东和11月28日离开区域（未示出）。

4.1.非绝热加热的空间分布
时间步非绝热加热率从06:00 GMT开始于11月24日00:00 GMT结果2009年11月26介绍。由于是研究非绝热加热的时间变化的所研究的情况下，图3示出在非绝热加热速度在1000百帕斯卡的空间分布所研究的系统的生命周期。非绝热加热的每日图案示于图3，它表示在1000百帕槽（大约西部红海）以西，提供非绝热冷却的存在;而到了低谷的东部，非绝热加热为准。通过比较水平分布

图1.20 2009年11月1000hPa高度在5℃的增量温度（虚线）为23 /00-26/ 12 UTC

图2.20 2009年11月700百帕高度（固体）和温度（虚线）在5℃的增量为23 /00-26/12 UTC

图3.非绝热加热率的水平分布，等值线间隔为1 K /天，正值（固体）负值
（负），1200 UTC18-25，1981年1月。

1000百帕如图3位势高度和温度的非绝热加热在1000和850百帕图1
以及图4分别应该注意的是槽的西部（这是向下运动的面积），

图4 850 hPa高度以10米的间隔并在2℃增量温度（虚线）为24 /06-26/ 00 UTC
2009年11月。

有绝热冷却的区域，并在槽的东侧（向上垂直运动的面积），有非绝热加热的主导区域。换句话说，在非绝热加热的行为像暖平流，和非绝热冷却的行为像冷平流。因此，非绝热加热/开发附近冷却，对流通常与运动上升/下沉对应，。严格地说，一个相对在最大的非绝热加热与运动有关的不断上升，而在非绝热相对最小的是
与下沉运动有关。通过观察在加热的时间变动和冷却过的内域，这是用于本计算，在格林威治时间06:00 11月24日升温速率的水平分布的两个主要特点2009年可以看出（图3）。一个功能，突出清晰是关闭的西海岸最大降温红海埃及和苏丹北部（最大冷却为0.25 K / 6H）。这个最大降温出现进行相关的强烈西风冷空气的存在和渗透。最大冷却倾向于降低南红海的西南部地区，这表明冷却的来源是由于
寒冷的北极平流在大多数地中海。另一个显着特点是时间的变化超过沙特阿拉伯北部的加热模式。实际上，这两个特征的时间变化是重大。它检测到的冷却，在格林威治标准时间12:00上找到红海的西北部地区。2009年11月24日18:00北京时间11月24日之间慢慢南移，以00:00 GMT 11月25日。它最终被削弱，南迁加热的中心之前也被削弱。红海东部地区的降温与集约化过程中东迁了苏丹北部期间06：00-12：00 GMT 11月25日。与此同时，一个加热区域重建过东北沙特阿拉伯然后移至北向东。最大加热（00:00 GMT 25日发生的月）被发现与风暴系统的最大深化有关。的运动加热或冷却模式是强烈风暴的运动有关。最后，在最后两个时间步长（18:00 GMT在11月25日00：00 11月26日），在中心的散热面积东北苏丹进展缓慢南向东，最终削弱。

4.2.绝热加热的时间，高度的变化
大气非绝热加热的等压热力学方法而言估计允许每种效果个人贡献进行审查[25]。然而，热力学的利用率在等压坐标方程式提供了一种方法来可视化如何非绝热加热由水平平衡显热和绝热加热平流由于垂直运动。用于计算内域热力学方程式3中的条款的范围是从37.5˚E到47.5˚E并从17.5˚N到27.5˚N。通过时间 - 压力的横截面的非绝热加热的垂直传输如图5图中示出图5（b）示出了局部温度术语的给非绝热加热

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