研究生 蘇世顥 Su, Shih-Hao
    論文名稱 海洋層積雲邊界層之海氣交互作用
    論文名稱 Air-Sea Interaction in the Marine Stratocumulus-topped
Boundary Layer
    論文頁數 106
     關鍵字 層積雲 Stratocumulus
海洋邊界層 marine boundary layer
逸入不穩定 entrainment instability
長波輻射冷卻 long-wave radiation cooling
再回復過程 recharge process
海氣交互作用 air-sea interaction
毛毛雨降水效應 drizzle effect
[摘要]
本研究是利用二維布氏溼對流模式( Two-dimensional Boussinesq moist convectionmodel)模擬海洋層積雲邊界層(Marine Stratocumulus Topped Boundary LayerMSTBL)的對流,討論不同動力機制對MSTBL結構的影響。所探討的動力機制包含了 (1)逸入不穩定度 (2)大尺度沈降運動 (3)長波輻射冷卻效應 (4)海表面溫度 (5)海表面風速 (6)海沫效應 (7)毛毛雨降水效應。另一方面,利用模式模擬的結果配合氣塊軌跡追蹤分析方法探討MSTBL內海氣交互作用的機制以及能量之補充過程。綜合所有的實驗結果,我們歸納出以下的結論:
(1)
以層積雲結構的觀點出發,沈降作用、逸入作用與降水效應都會導致層積雲破裂,而雲頂長波輻射冷卻效應與海表面通量有助於維持層積雲的層狀結構,海沫效應對層積雲層狀結構維持的效果在模式中並不明顯。
(2)
除沈降運動與降水效應會抑制MSTBL內環流的強度外,包括逸入作用、雲頂長波輻射冷卻效應與海表面通量都會增強MSTBL內環流的強度。
(3) MSTBL
之環流強度會直接影響到層積雲結構的維持,一般情形下環流可以增強海表面通量並將水氣傳送至層積雲,如此一來便可以補充因逸入等過程所造成的液態水損耗,因此有助於維持層積雲層狀結構使層積雲不會破裂。但MSTBL內亂流強度若是超過一定限度之後,層積雲反而會因為邊界層亂流動能過大,而引發更多逸入作用過於明顯而破裂。破碎的層積雲其雲層所覆蓋的面積較少,但在對流呈現單胞結構之情形下,層積雲內整體的液態水含量可能反而會升高。
(4)
雲頂長波輻射冷卻機制所驅動的環流很少會造成MSTBL內亂流強度過強,因為長波輻射冷卻效率會受液態水含量所控制;但由海表面熱量及水氣通量所驅動的MSTBL環流則不會受到其他機制的制衡,有可能會造成MSTBL內亂流強度過強,而引發更多逸入作用導致層積雲的破裂。
(5) MSTBL
內環流之能量來源,在雲頂是由長波輻射冷卻與逸入蒸發冷卻提供負的浮力,在海表面則是由海表面熱量及水氣通量所提供的正浮力。而層積雲雲頂逸入作用的增強過程,可以由蒸發冷卻、長波輻射冷卻與MSTBL內亂流等機制所驅動。
(6)
海氣交互作用(氣塊再回復過程)的運作機制會被MSTBL內環流的驅動機制所影響,MSTBL的邊界條件會決定氣塊再回復的速率與環流的強度。氣塊運動軌跡並不一定是平均的對流結構,會因為再回復過程的驅動機制與速率而有所差異。