RQL's Blog 菜鸟成长记

大气视热源

2019-02-01
renql

最近,经常接触视热源的这个物理量。例如用视热源做滤波及EOF来衡量季节内振荡的传播过程,用视热源来衡量TP的热力作用。但始终不知道他是如何计算的,以及为什么要这么做。咨询了师兄师姐后,理解如下:

the vertically integrated atmospheric apparent heat source 整层积分的大气视热源


上述公式1是用可观测的变量去估算垂直扩散加热(感热加热),大气潜热加热,辐射加热(包括长波短波),进而算得大气视热源。因为无法观测到上述三个加热过程,因此需要用可以观测到的风场、温度场去估算。其中垂直速度是p坐标系下的垂直速度(单位Pa/s)。Cp一般取 1004.0 J/(K kg) ,所以计算得到的视热源单位 W/kg,整层积分后的单位是 W/m2

此外,计算时注意用逐日的风场、温度资料来计算,不能用气候平均的UVT来计算,那样会忽略瞬变涡旋的热通量,如下面的公式所显示的那样(下面的非绝热加热忽略了温度的时间变化率,因为这一项一般都比较小,可以忽略。此外该非绝热加热乘以Cp后即视热源)。听说,对于热带这些瞬变涡旋作用很弱的地区,可以用气候平均的UVT来计算

由于在模式中可以用物理方程求解所有过程,因此上述三个加热过程可以直接用方程计算出来,而不需要用观测资料去估算。
CESM会默认输出月平均的上述三个加热过程的物理量,如下所示。把他们都加起来乘以Cp再整层积分后得到的值与用上述公式(1)得到的结果差不多。也可以分别看每一项对加热的贡献。

    float QRL(time, lev, lat, lon) ;
        QRL:mdims = 1 ;
        QRL:Sampling_Sequence = "rad_lwsw" ;
        QRL:units = "K/s" ;
        QRL:long_name = "Longwave heating rate" ;
        QRL:cell_methods = "time: mean" ;

    float QRS(time, lev, lat, lon) ;
        QRS:mdims = 1 ;
        QRS:Sampling_Sequence = "rad_lwsw" ;
        QRS:units = "K/s" ;
        QRS:long_name = "Solar heating rate" ;
        QRS:cell_methods = "time: mean" ;

    float DTCOND(time, lev, lat, lon) ;
        DTCOND:mdims = 1 ;
        DTCOND:units = "K/s" ;
        DTCOND:long_name = "T tendency - moist processes" ;
        DTCOND:cell_methods = "time: mean" ;

    float DTV(time, lev, lat, lon) ;
        DTV:mdims = 1 ;
        DTV:units = "K/s" ;
        DTV:long_name = "T vertical diffusion" ;
        DTV:cell_methods = "time: mean" ;

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