湿深对流渐近分析 I：精细标度与自维持上升气流
流体动力学
2020-06-16 v1
摘要
湿过程是大气动力学最重要的驱动因素之一，而尺度分析与渐近方法是理论气象学的基石。因此，在系统的尺度分析中考虑湿过程对该领域似乎相当重要。Klein 和 Majda (TCFD, 20, 525--552, 2006) 提出了一个标度机制，用于在热带深对流的多尺度渐近分析中纳入湿体微物理闭合。本文对该机制进行了精细改进，以允许理想气体混合物，并建立与更通用的大气流动多尺度建模框架的一致性。深窄上升气流，即所谓的“热塔”，是更大尺度风暴系统的基本构建块。本文在新的标度机制的一个示例应用中对其进行分析。考虑在垂直平流（或热塔生命周期）时间尺度上的单个准一维柱状云。精细的渐近标度机制对此示例至关重要，因为它揭示了此类上升气流自维持的一种新机制。即使对于强正的对流有效位能 (CAPE)，在存在降水的情况下也发现了浮力力的垂直平衡。这种平衡导出了垂直速度的诊断方程，并负责生成自维持的平衡上升气流。随时间变化的上升气流结构编码在降水混合比的 Hamilton-Jacobi 方程中。该方程的数值解表明，自维持的上升气流可能显著延长热塔的生命周期。
引用
@article{arxiv.2006.07466,
title = {Asymptotics for moist deep convection I: Refined scalings and self-sustaining updrafts},
author = {Sabine Hittmeir and Rupert Klein},
journal= {arXiv preprint arXiv:2006.07466},
year = {2020}
}