The Vertical Momentum Budget of Shallow Cumulus Convection: Insights From a Lagrangian Perspective
The Vertical Momentum Budget of Shallow Cumulus Convection: Insights From a Lagrangian Perspective
复制标题
浅积云对流的垂直动量收支：拉格朗日视角的见解
DOI：
10.1029/2018ms001451
复制
发表时间：
2019
影响因子：
6.8
通讯作者：
Nie, Ji
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Tian, Yang;Kuang, Zhiming;Singh, Martin S.;Nie, Ji
将拉格朗日粒子色散模型嵌入到大涡模拟中，以诊断浅积云对流对小幅度大规模温度扰动的响应。拉格朗日框架允许分解垂直动量预算并诊断调节多云上升气流的力。结果用于阐明对流方案中垂直速度的参数化，其中夹带效应以及浮力引起和机械引起的压力梯度的处理仍然高度不确定。我们表明，浮力引起的压力梯度和机械引起的压力梯度对于多云上升气流的垂直动量预算都很重要，而夹带稀释项相对不那么重要。基于对主导力平衡的分析，我们提出了一个简单的模型来推导微扰压力梯度力。我们进一步说明，在给定云半径的情况下，可以使用简单的圆柱形上升气流模型在很大程度上近似有效浮力和动态扰动压力。这一发现有可能改善对流方案中垂直速度的参数化以及开发积云对流的统一方案。
A Lagrangian Particle Dispersion Model is embedded into large eddy simulations to diagnose the responses of shallow cumulus convection to a small‐amplitude large‐scale temperature perturbation. The Lagrangian framework allows for a decomposition of the vertical momentum budget and diagnosis of the forces that regulate cloudy updrafts. The results are used to shed light on the parameterization of vertical velocity in convective schemes, where the treatment of the effects of entrainment as well as buoyancy‐induced and mechanically induced pressure gradients remains highly uncertain. We show that both buoyancy‐induced and mechanically induced pressure gradients are important for the vertical momentum budget of cloudy updrafts, whereas the entrainment dilution term is relatively less important. Based on the analysis of the dominant force balance, we propose a simple model to derive the perturbation pressure gradient forces. We further illustrate that the effective buoyancy and dynamic perturbation pressure can be approximated to a good extent using a simple cylindrical updraft model given the cloud radius. This finding has the potential for improving the parameterization of vertical velocity in convective schemes and the development of a unified scheme for cumulus convection.
登录
查看更多内容
为什么对流层下层和高层的深对流对温度扰动的敏感性不同？
影响因子：
3.1
作者：
Tian, Yang;Kuang, Zhiming
通讯作者：
Kuang, Zhiming
残余垂直速度是否可以很好地代表平流层-对流层臭氧交换？
影响因子：
5.2
作者：
J. Hsu;M. Prather
通讯作者：
M. Prather
水面和高处的有效浮力
DOI：
--
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
--
作者：
N. Jeevanjee;D. Romps
通讯作者：
D. Romps
模拟积云系综的宏观夹带过程。
DOI：
--
发表时间：
1997
期刊：
影响因子：
--
作者：
Chichung Lin;A. Arakawa
通讯作者：
A. Arakawa
有效浮力和动压力对二维上升气流中垂直速度的影响
DOI：
--
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
--
作者：
J. Peters
通讯作者：
J. Peters