925 / 2026-03-26 19:05:24

基于ARM外场观测数据的SLH&CSH卫星非绝热加热产品评估

非绝热加热、对流系统、约束变分分析、GPM卫星、REOF

主题1 天气、气候、全球变化、行星大气 > 专题1.24 大气波动与多尺度对流系统

大气非绝热加热是指大气与外界发生热量交换从而引起大气内部能量变化的过程，主要包括辐射加热、陆地和海洋与大气间热量交换引起的感热以及与水汽相变相关的潜热，表征非绝热加热结构有助于了解对流和降水活动。一般认为最准确的大气非绝热加热垂直廓线的估计是通过对探空阵列观测数据进行客观分析得到的。然而，一般的外场观测试验持续时间和覆盖范围有限，提供长期连续非绝热加热外场观测数据的站点目前较少。美国NASA和日本JAXA使用GPM/TRMM卫星数据与云解析模式相结合发展的CSH与SLH非绝热加热产品也被广泛应用。GPM/TRMM卫星的观测范围覆盖全球，且时空分辨率高，但由于其融合云解析模式才能得到非绝热加热数据，其准确度还有待考究。

本研究基于长期大气辐射测量（ARM）约束变分分析（VARANAL）强迫数据集，在三个ARM站点评估了SLH和CSH两种卫星反演的非绝热加热产品的性能。结果表明，SLH和CSH的多年平均非绝热加热垂直廓线与VARANAL结果基本一致。然而，由于其采用公里尺度的云分辨模式，未能准确表征边界层湍流加热。在强降水条件下，两者的非绝热加热廓线与VARANAL的一致性最佳，此时显热源（Q1）峰值位于对流层中上部，主要受深对流加热主导。而在弱降水条件下，SLH和CSH未能充分再现VARANAL中层状降水或浅对流降水的加热和冷却特征。旋转经验正交函数（REOF）分析进一步表明，SLH和CSH可能高估了深对流系统的比例，而低估或混淆了层状和浅对流系统的贡献。本研究指出，在存在显著降水时，SLH和CSH非绝热加热产品在自由大气中的表现更为可靠，可为在缺乏密集观测区域推广应用卫星非绝热加热数据提供参考。