传统全球模式（GCM）的对流参数化方案基于云的深对流结构，因此产生的对流动量传输（CMT）只有降尺度的效果（downscale：即能量从次网格向大尺度传播，出现在有组织的深对流中）。有组织的对流通过水平动量的垂直传输，与大尺度环境流场交换能量的过程，称为“对流动量传输”（CMT）,它在天气尺度系统和积云对流之间起着至关重要的连接作用。通过一个给定的切边环境场的数值模拟研究，可以看到CMT在斜压模态的中尺度对流系统中的升尺度（upscale：能量从大尺度向次网格传播，出现在无组织的对流中）和降尺度的作用。
本研究给出了在特定垂直切变场背景下的多尺度对流系统演变的数值模拟结果。模拟结果有两个不同传播速度的中尺度扰动系统：分别是以6m/s缓慢移动的波和20m/s的快波。其结构表明，这两种波分别是慢移动的深对流波和快移动的层状云波。快速移动的大尺度层状波通过倾斜系统循环自我维持，系统将潮湿的空气从以水汽蒸发为主的近海面输送到对流层上层，在那里凝结并形成层状云；而慢速移动的对流扰动系统则是由网格尺度上的对流单体来维持，比如在对流层中层存在的浓云（congestus cloud）。其沉积的湿润水汽通过有组织的对流系统向对流层上部传输。而在对流层下层，网格尺度的上升气流被强的下沉气流包围。模拟结果只有快速移动的层状波呈现较强的倾斜结构，这与东太平洋ITCZ观测到的中尺度对流系统类似。但两种移动速度的波都通过对流动量传输（CMT）影响背景风切变场。从结果中可以看出，背景风切变正在缓慢地均匀化和衰减。虽然这种系统均匀化和衰减可能是由于积云摩擦和其它不稳定驱动的湍流涡，但两个中尺度波的CMT对背景风的影响是明显的。因此，在积云对流参数化方案中需考虑由这两类型的波引起的CMT。
值得注意的是，这里所说的CMT是由与切变平行的中尺度对流系统的倾斜引起的，这与传统的CMT不同，后者是作为深对流的质量通量参数化的一部分。如前所述，倾斜对于产生升尺度的CMT非常重要。这给积云参数化方案的设计提供了重要的思路：对流动量传输在大尺度和次网格尺度天气系统之间的能量传递中扮演着十分重要的角色。因此，将CMT引入到对流参数化方案框架中，将有助于提高模式对有组织对流系统的模拟能力。
上述研究成果近期发表于Climate Dynamics，由中国科学院大气物理研究所韩瑛副研究员与加拿大维多利亚大学Boualem Khouider教授合作完成。
文章信息：
Ying Han, Boualem Khouider. 2023: Convective momentum transport and multiscale organization in simulated shear parallel mesoscale convective systems. Climate Dynamics. https://doi.org/10.1007/s00382-022-06632-3
图：模拟第14-16日的降水（等值线）和850hPa上的纬向风（阴影）的Hovmoller diagram图。其中用白色虚线标注了快波 (20m/s)和慢波 (6m/s)
