副热带高压中心云和降水及热带和副热带穿透性对流活动分布特征

摘要

副热带高压（副高）是副热带地区最主要的天气和气候系统。人们对副热带地区云和降水的分布、副高的结构及其与中国旱涝关系的研究日益增加。但受观测手段限制，副高中心云和降水的气候分布一直未能得以全面的解答。
　　 随着卫星观测的广泛应用，穿透性对流活动逐渐为人们所认识，特别是星载主动微波雷达的有效应用，穿透性对流活动的结构逐渐被人们所了解，但对更为细致的结构的认识仍有不足，其中的关键点更在于对对流层顶的定义。对流层顶位置的确定，决定了穿透性对流的确定。
　　 本论文利用多种观测资料、再分析资料和模式模拟，对副高中心云、降水及该地区穿透性对流的气候特征进行了全面分析和研究。其中，以西太平洋超强台风“蔷薇”为个例分析了天气尺度穿透性对流的结构特征。同时，论文还研究了对流层顶的气候特征及长期变化趋势，并给出对流层顶层的定义方式，为研究穿透性对流奠定了基础。本论文得到以下结论：
　　 (1)副热带高压中心降水气候分布特征
　　 副高中心以弱降水为主。夏季副高中心的降水频次为40-80％，其它季节降水频次不超过40％。副高中心季平均降水率冬季约1-2mmd-1、夏季约4mmd-1。副高中心降水对局地总降水的贡献变化于30-90％之间，其中夏季北美南部、经大西洋至北非南部的副高中心降水占局地总降水的70％以上，而西太平洋副高中心降水占局地总降水量不足50％。其它季节副高中心降水对局地总降水的贡献一般不超过40％。
　　 副高控制对降水的发生概率略有减少，其更大的抑制作用主要表现在对降水的明显减弱。副高条件下，西太平洋副高和大西洋副高区的降水发生概率比非副高条件下降水发生概率减少30％，但强度却仅为非副高条件下降水强度的一半。
　　 (2)副热带高压中心云气候分布特征
　　 副高中心内绝大部分地区平均云量超过30，以低云的云量最多，且以光学厚度较薄的云型分布为主，对地气系统起到辐射冷却的作用。受副高控制时，太平洋副高主体区主要为下沉气流控制，限制高云的形成。
　　 副高中心不同云型日变化有明显的地域性特征。大洋副高东部，高云云量全天维持在2以下；中、低云则在凌晨达到峰值，午后最少，主要云型为积云和层积云，二者均在9LST达到频次峰值。大洋副高西部，高云云量在午后达到峰值，夜间最少，其中卷云出现频次明显高于其他云型；中、低云日变化不明显。
　　 (3)副热带地区对流层顶（层）气候特征
　　 副热带地区对流层顶多发生断裂现象，即“多对流层顶事件”，其发生频次平均可达42.46％。对流层顶层在赤道地区较薄，随纬度增加而增厚。除赤道地区外，对流层顶层厚度均有明显季节变化，且在最近40年中呈现变厚趋势。更为显著的是，对流层顶上边界在全球范围内有明显增高趋势，对流层顶层变冷相对应。
　　 另外，青藏高原大地型对对流层顶有明显抬升作用，表现为：动力抬升冷点对流层顶(CPT)，热力抬升热力学对流层顶（LRT）。夏季，受地表加热影响，对流混合加剧，青藏高原上空的LRT较平原地区高出2.5km，但到冬季却较平原地区低。与此同时，在高原西部高海拔地区(～5000m)，CPT高达18km，而到平原地区(～100m)仅为15km。
　　 (4)热带和副热带地区穿透性对流特征
　　 热带和副热带地区穿透性对流降水主要发生在ITCZ、SPCZ、东亚季风区、非洲中部及美洲部分大陆地区，且冬夏差异较大。虽然穿透性对流降水的发生频次仅为2％，但其平均条件降水强度为10mmh-1，远大于局地平均条件降水强度。
　　 针对研究台风天气系统的穿透性对流过程，论文利用WRF三维变分系统同化AMSR-E可降水资料和QuikSCAT风场资料模拟了台风“蔷薇”最强盛发展时期。整个模拟阶段，台风上部均有云体位于对流层顶层。第一对流层顶处的单位时间冰粒子向上输送最大可为606ts-1、水汽输送为67ts-1;二者随时间的变化相反。