劉鵬 王雨 馮沙 李崇銀 傅云飛

1 中國科學技術(shù)大學地球和空間科學學院大氣探測與氣候環(huán)境實驗室，合肥 230026

2 中國科學院大氣物理研究所大氣科學和地球流體力學數(shù)值模擬國家重點實驗室，北京 100029

冬、夏季熱帶及副熱帶穿透性對流氣候特征分析

劉鵬1王雨1馮沙1李崇銀2傅云飛1

1 中國科學技術(shù)大學地球和空間科學學院大氣探測與氣候環(huán)境實驗室，合肥 230026

2 中國科學院大氣物理研究所大氣科學和地球流體力學數(shù)值模擬國家重點實驗室，北京 100029

文中利用熱帶測雨衛(wèi)星 （TRMM）搭載的測雨雷達 （PR）1998～2007年的探測結(jié)果，就熱帶及副熱帶地區(qū)穿透性對流的頻次、條件降水強度及垂直廓線等特征進行了分析。研究結(jié)果表明：深對流和穿透性對流都主要發(fā)生在熱帶輻合帶 （ITCZ）、南太平洋輻合帶 （SPCZ）、亞洲季風區(qū)、20°N以南的非洲以及美洲等地區(qū)，它們的空間分布具有明顯的地域性和季節(jié)變化特征，而且陸地深對流更容易發(fā)展成為穿透性對流，但絕大部分地區(qū)的穿透性對流頻次不超過0.2%。對穿透性對流條件降水強度的分析表明，熱帶及副熱帶大部分地區(qū)的穿透性對流條件降水強度在10mm／h以上，且洋面的條件降水強度要比陸地大，但由于其頻次較小導致其對總降水的貢獻并不大。盡管深對流和穿透性對流降水廓線的外形比較相似，但相同的高度，深對流的降水強度要比穿透性對流偏小，而且這種差異隨海陸和緯度的不同而有所區(qū)別。此外，熱帶地區(qū) （15°S～15°N）冬、夏季深對流和穿透性對流降水廓線都只存在較小差異，并沒有顯示出明顯的季節(jié)變化。

測雨雷達 穿透性對流 降水頻次 降水強度 降水廓線

1 引言

強烈發(fā)展的深對流系統(tǒng)能夠穿透對流層頂［Tropical Tropopause Layer （也 譯 為 Tropical Transition Layer），簡稱 TTL］（Highwood and Hoskins，1998；Sherwood and Dessler，2000；Thuburn and Craig，2002；Fueglistaler et al.，2009；王旻燕和呂達仁，2007；樊雯璇等，2008），形成所謂的穿透性對流 （Overshooting Convection，亦即上沖對流）（Alcala and Dessler，2002）。穿透性對流不僅可以把行星邊界層的空氣輸送至TTL，使得TTL的大氣同時具有對流層和平流層大氣的特性 （Sherwood and Dessler，2000），而且還能將水汽等微量物質(zhì)從對流層經(jīng)TTL輸送至平流層，進而影響TTL及平流層的輻射收支和化學過程 （Sherwood and Dessler，2000；Dessler and Kim，1999；Dessler，2002；Salby et al.，2003）。因此，對穿透性對流的頻次分布、條件降水強度及垂直結(jié)構(gòu)等特征進行研究不僅可以更好地理解TTL和平流層的動力、輻射和化學過程，而且對平流層微量物質(zhì)及氣候等的預測也具有重要意義 （Sherwood and Dessler，2001；Gettelman et al.，2002；Alcala and Dessler，2002；Fueglistaler et al.，2009）。

早在二十世紀六、七十年代，美國學者就利用機載成像設(shè)備對深厚對流系統(tǒng)進行了觀測 （Valovcin，1965；Shenk，1974），而到了七十年代末八十年代初，靜止衛(wèi)星上的11μm紅外通道開始被用于研究雷暴云的云頂高度 （Adler and Fenn，1979；Reynolds，1980；Adler and Fenn，1981；Fujita，1982）。但早期靜止衛(wèi)星上紅外探測的分辨率較差，對較小尺度的穿透性對流無法識別 （傅云飛等，2011）。此外，地基測雨雷達也是研究穿透性對流的一種重要方式 （Conway and Zrni，1993；Spratt et al.，1997；Knupp et al.，1998），但其受地域影響較大，如在無人區(qū)和洋面就無法采用。因此，我們對全球范圍內(nèi)穿透性對流的認識還不夠完善。

1997年11月，美國和日本聯(lián)合研制的熱帶測雨衛(wèi)星 （Tropical Rainfall Measuring Mission，簡稱TRMM）搭載的測雨雷達 （Precipitation Radar，簡稱PR）升空，它能對熱帶及副熱帶地區(qū)的降水系統(tǒng)進行很好的觀測，為進一步研究穿透性對流提供了機遇。TRMM衛(wèi)星是一顆非太陽同步衛(wèi)星，軌道與赤道的傾角約35°，軌道高度為350km（2001年8月7日后調(diào)整為400km），軌道周期約為91.6min，每天在38°S～38°N之間掃描16條軌道。PR天線的掃描角范圍為±17°，每條掃描線上有49個像素，掃描寬度為215km；PR給出的星下點水平分辨率為4.5km，垂直分辨率為250m，探測高度自地表向上至20km （Kummerow et al.，1998）。利用TRMM PR探測結(jié)果，國內(nèi)外學者已經(jīng)對穿透性對流開展了一些研究，如Alcala and Dessler（2002）對發(fā)生在澳大利亞北部的一次穿透性對流進行了分析，發(fā)現(xiàn)其雷達回波頂高在19km以上，另外，他們還統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)1998、1999年1月和7月間約5%的深對流降水 （約占總對流降水的1.5%）為穿透性對流；Liu and Zipser（2005）利用TRMM升軌前的探測資料對穿透性對流進行了統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)有1.3%的熱帶對流其頂高在14km以上，其中有0.1%甚至超過17km；陳丹和呂達仁（2010）對臺風麥莎和赤道穿透性對流云團進行了比較分析。此外，利用TRMM資料，學者們還對不同尺度的降水云特征進行了研究 （Fu and Liu，2001，2003，2007；Fu et al.，2003，2006；Liu and Fu，2001，2007；傅云飛等，2003，2008；鄭媛媛等，2004；何文英和陳洪斌，2006；劉鵬和傅云飛，2010），這些工作為我們利用TRMM PR探測資料進行研究提供了參考依據(jù)。

TRMM PR從發(fā)射至今，已經(jīng)運行10年有余，積累了豐富的降水資料，為開展穿透性對流的研究提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。傅云飛等 （2011）利用該資料，揭示了夏季亞洲對流和層云降水雨頂高度的氣候特征，作為該研究的進一步深入，本文利用1998年至2007年P(guān)R逐日逐軌探測資料，就熱帶及副熱帶地區(qū)夏季和冬季的穿透性對流特征進行了統(tǒng)計分析。

2 資料和方法

文中主要使用了由 GSFC／NASA （Goddard Space Flight Center，National Aeronautics and Space Administration）發(fā)布的第6版PR 2A25資料。該資料屬TRMM PR二級產(chǎn)品，是軌道級資料，它給出了逐條軌道上的降水類型及三維降水強度等信息。根據(jù)TRMM PR的降水反演方案，2A25資料把降水分為層云降水 （PR回波在0℃層附近出現(xiàn)亮帶）、對流降水 （PR回波無亮帶，但回波中出現(xiàn)超過39dBZ的信號）和其它類型降水（非對流降水、非層云降水）（Steiner et al.，1995；Awaka et al.，1998）?？紤]到PR的波長為2.2cm，最小可探測回波反射率約為17dBZ，相應的降水強度為0.4mm／h（Schumacher and Houze，2003），因此，本研究忽略了近地面降水強度小于0.4mm／h的樣本。

Sherwood and Dessler（2000，2001）研究指出，TTL可從14km（～150hPa）一直延伸到18km左右（～70hPa），據(jù)此，我們把PR 2A25雨頂高度（為TRMM PR測得的第一個回波信號高度，文中以0.1mm／h作為判斷閾值）在10km以上的對流降水定義為深對流，并把超過14km進入TTL的深對流定義為穿透性對流。值得一提的是，文中的雨頂高度是相對海平面的絕對高度，而不是相對地表的高度，這里對降水云厚度問題不做過多討論。

此外，為便于統(tǒng)計和作圖，我們將1998～2007年夏季 （6、7、8月）和冬季 （12月和1、2月）的PR 2A25資料處理成空間分辨率為0.5°×0.5°的格點資料，該格點資料給出0.5°×0.5°格點內(nèi)PR觀測樣本、深對流和穿透性對流樣本及其三維降水強度等信息。傅云飛等 （2008）曾指出，0.5°×0.5°格點內(nèi)10年TRMM PR的總探測樣本已經(jīng)足夠大，具有統(tǒng)計意義，因此，本文的研究結(jié)果也同樣具有可靠性。

3 結(jié)果

3.1 頻次分布

采用傅云飛等 （2008）對降水頻次的定義方法，我們對深對流頻次進行了定義，即格點內(nèi)觀測到的深對流次數(shù)與總探測次數(shù)之比，它指示了深對流出現(xiàn)的概率。考慮到該參數(shù)的水平分布可以很好地反映深對流的區(qū)域性差異，故我們分別給出了0.5°水平分辨率下熱帶和副熱帶地區(qū) （38°S～38°N，下同）深對流頻次夏季和冬季的水平分布（如圖1所示）?？芍?，深對流事件主要發(fā)生在熱帶輻合帶 （Intertropical Convergence Zone，簡稱ITCZ）、南太平洋輻合帶 （South Pacific Convergence Zone，簡稱SPCZ）、亞洲季風區(qū)、20°N以南的非洲以及美洲等地區(qū)。但總體而言，深對流出現(xiàn)頻次較小，大部分地區(qū)都不超過0.8%，相對較大的深對流頻次 （0.8%以上）主要出現(xiàn)在中部非洲、夏季青藏高原南麓以及夏季中北美洲西海岸等地。

此外，同一地區(qū)，夏季和冬季的深對流頻次存在明顯差別，具有顯著的季節(jié)變化，如冬季 （圖1b），深對流主要出現(xiàn)在南半球，而北半球相對少得多，大部分北半球區(qū)域的深對流頻次不超過0.05%，而到了夏季（圖1a），深對流則主要發(fā)生在北半球，明顯的向北移動，在非洲中部、亞洲季風區(qū)以及中北部美洲都存在深對流頻次較大的區(qū)域。

此外，圖1還表明絕大部分洋面的深對流頻次都在0.4%以下，而陸地深對流頻次則明顯偏大，不少區(qū)域其值超過0.6%，如中部非洲等地?？梢?，深對流頻次具有顯著的海陸差異，這可能與不同下墊面對降水云厚度存在影響有關(guān) （傅云飛等，2012）。

進一步，為定量分析不同雨頂高度深對流出現(xiàn)的比例，我們統(tǒng)計了深對流雨頂高度的概率密度分布（不同雨頂高度深對流次數(shù)占深對流總次數(shù)的比例），如圖2所示。圖2表明，在熱帶及副熱帶地區(qū)，無論夏季 （圖2a），還是冬季 （圖2b），隨著雨頂高度的增加，相應雨頂高度的深對流所占比例以指數(shù)形式迅速減小，而且冬、夏季雨頂高度在18km以上的深對流占深對流總次數(shù)的比例都很?。ú蛔?.15%），這與DeMott and Rutledge（1998）利用船載雷達觀測結(jié)果對西太平洋對流云頂高度（0－dBZlevel）的統(tǒng)計結(jié)果是一致的。

圖1 夏季 （a）和冬季 （b）深對流頻次分布Fig.1 Distributions of deep convection frequencies in（a）summer and（b）winter

圖2 夏季 （a）和冬季 （b）深對流概率密度分布 （柱狀圖）和陸地深對流所占比例 （黑線）及其線性擬合 （紅線）Fig.2 Probability density functions（PDFs）of deep convections over the tropical and subtropical regions in（a）summer and（b）winter（bar），the fraction of rain tops occurring over continental regions（black line）and its linear fitting（red line）

此外，圖2還給出了不同雨頂高度的陸地深對流次數(shù)占相應雨頂高度深對流總次數(shù)的比例 （黑線）?？梢钥吹剑觏敻叨容^低的時候，洋面深對流占較大的比例，如冬、夏季的洋面分別有60.1%和59.3%的深對流其雨頂高度介于10km和10.5km之間，而隨著雨頂高度的增加，陸地深對流所占比例隨之增加，如雨頂高度在14～14.5km之間的深對流冬、夏季陸地分別占深對流總次數(shù)的53.4%和55.2%，而且雨頂高度超過18km的深對流夏季陸地所占比例可達77.3%，說明陸地深對流更容易發(fā)展成為穿透性對流。這和學者們的研究結(jié)果一致，如Nesbitt等 （2000）曾利用1998年8、9、10月的TRMM PR和TMI資料對中尺度對流系統(tǒng) （mesoscale convective systems）進行過統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)陸地上的中尺度對流系統(tǒng)比洋面上的更容易穿透進入TTL；Alcala and Dessler（2002）對1998、1999年1月和7月深對流的統(tǒng)計也有類似的結(jié)果。實際上，當雨頂高度介于10～17km之間時，陸地深對流所占比例與雨頂高度有很好的線性關(guān)系 （圖2中紅線為其線性擬合），冬、夏季兩者的相關(guān)系數(shù)（R）分別為0.994和0.998，這一線性關(guān)系可能對模式中的降水參數(shù)化具有幫助。

圖3 夏季 （a）和冬季 （b）穿透性對流頻次分布Fig.3 Distributions of overshooting convection frequencies in（a）summer and（b）winter

圖4 冬、夏季緯向平均的穿透性對流頻次分布Fig.4 Zonal mean of overshooting convection frequencies in summer（red line）and winter（blue line）

同深對流頻次相似，我們定義了穿透性對流頻次（格點內(nèi)觀測到的穿透性對流次數(shù)與總探測次數(shù)之比），其水平分布如圖3所示。對比圖3和圖1，不難發(fā)現(xiàn)，冬季和夏季，穿透性對流頻次和深對流頻次的水平分布都有很好的對應關(guān)系，兩者顯示出了相似的地域性和季節(jié)變化特征。但是，深對流和穿透性對流之間仍然存在一定的差別。首先，穿透性對流的覆蓋范圍明顯比深對流小，這主要體現(xiàn)在洋面上，如高緯度洋面冬、夏季都有一定頻次的深對流出現(xiàn)，而這些區(qū)域則很少出現(xiàn)穿透性對流；其次，同深對流頻次相比，穿透性對流頻次明顯偏小，絕大部分地區(qū)的穿透性對流頻次不超過0.2%；再者，穿透性對流頻次顯示出了比深對流頻次更加明顯的海陸差異：陸地的穿透性對流頻次多在0.05%以上，而洋面頻次超過0.05%的穿透性對流并不多見。

此外，統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，全球平均的穿透性對流性頻次冬季和夏季分別為0.027%和0.031%，這比Alcala and Dessler（2002）的結(jié)果 （＞0.01%）明顯偏大，產(chǎn)生這種差異主要有以下幾方面的原因：首先，Alcala and Dessler（2002）在判斷雷達回波頂高時要求至少連續(xù)6層 （厚度≥1.5km）其雷達回波強度大于12dBZ，這會對穿透性對流樣本產(chǎn)生很明顯的低估；其次，Alcala and Dessler（2002）采用的分辨率為5°×5°，而我們所使用的分辨率為0.5°×0.5°，不同的分辨率必然會對統(tǒng)計結(jié)果產(chǎn)生影響；再者，Alcala and Dessler（2002）所用資料時間為1998、1999年的1月和7月，文中采用資料的時間長度大10年，時間長度不同，也會導致統(tǒng)計結(jié)果有所差別。

上面的分析表明，穿透性對流頻次存在明顯的季節(jié)變化。為進一步了解這一特征，我們給出了冬、夏季緯向平均的穿透性對流頻次 （圖4）。由圖4可知，冬季 （藍線），穿透性對流主要分布在南半球，緯向平均的穿透性對流頻次高值區(qū)主要位于20°S至赤道之間，其值在0.03%以上。而到了夏季 （紅線），南半球穿透性對流顯著減少，其分布明顯向北移動，峰值 （超過0.04%）位于10°N附近，主要是中部非洲和東太平洋沿岸等地的貢獻 （圖3）；此外，受亞洲季風區(qū)和美國大陸的影響，20°N～30°N緯度帶緯向平均的穿透性對流頻次也在0.03%以上。

3.2 條件降水強度

利用PR 2A25資料，學者們針對不同區(qū)域?qū)α鹘邓臈l件降水強度 （0.5°格點內(nèi)PR測得的總降水強度與相應降水總像素的比值）進行過統(tǒng)計，如Liu and Fu（2001）統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)熱帶及副熱帶地區(qū)深對流的條件降水強度約為8.6mm／h，而夏季東亞陸地對流降水的條件降水強度可達15.5mm／h（Fu et al.，2003），可見，不同區(qū)域?qū)α鹘邓臈l件降水強度存在很大差別 （Liu and Fu，2001；Fu et al.，2003；傅云飛等，2008；劉鵬和傅云飛，2010）。下面，我們將利用十年的PR 2A25資料，對穿透性對流的條件降水強度進行統(tǒng)計。

0.5°水平分辨率下，熱帶及副熱帶地區(qū)夏季和冬季的穿透性對流條件降水強度水平分布如圖5所示。從圖5中可以清楚地發(fā)現(xiàn)，熱帶及副熱帶大部分地區(qū)的穿透性對流條件降水強度在10mm／h以上，冬、夏季所占面積比例 （條件降水強度在10mm／h以上的格點數(shù)與穿透性對流總格點數(shù)的比例）分別為69%和67%，而且冬季和夏季分別有11%和8.5%的地區(qū)其條件降水強度超過25mm／h，可見，穿透性對流的條件降水強度較大。此外，我們還計算了冬、夏季全球平均的穿透性對流的條件降水強度，分別為14.8mm／h和14mm／h，這比Liu and Fu（2001）統(tǒng)計的深對流條件降水強度（8.6mm／h）大得多。這說明雨頂高度越高，地表的條件降水強度越大，這和傅云飛等 （2012）的研究結(jié)果是一致的。

圖5還表明穿透性對流的條件降水強度同樣存在明顯的海陸差異，主要體現(xiàn)為洋面條件降水強度要高于陸地，這可能源于洋面降水系統(tǒng)易于獲得充足的水汽。為定量分析穿透性對流條件降水強度的這種海陸差異，我們給出了冬、夏季陸地和洋面穿透性對流條件降水強度的概率密度分布 （不同條件降水強度的穿透性對流次數(shù)占穿透性對流總次數(shù)的比例）（如圖6所示）?？梢钥吹?，陸地和洋面穿透性對流條件降水強度概率密度存在一定的差異。首先，洋面和陸地概率密度達到峰值的條件降水強度略有不同，洋面概率密度峰值在6.5mm／h左右，而陸地稍大，在7.5mm／h附近；其次，陸地穿透性對流條件降水強度超過40mm／h的很少，夏季和冬季的面積比例分別為1.8%和1.6%，而洋面其所占面積較大，夏季和冬季分別為7.0%和6.1%。

前面的分析表明，盡管穿透性對流的頻次很小，但是其條件降水強度卻很大。降水頻次和條件降水強度的變化都會對局地的降水量產(chǎn)生影響。下面，我們將對穿透性對流對總降水的貢獻 （各格點穿透性對流總降水強度與相應格點探測到的總降水強度之比）作進一步的探討。圖7給出了基于PR十年探測結(jié)果的熱帶及副熱帶穿透性對流對總降水貢獻的水平分布，可知熱帶及副熱帶地區(qū)穿透性對流對總降水貢獻冬、夏季都不大，大部分區(qū)域都在3%以下，冬季和夏季所占面積比例 （格點數(shù)之比）分別為78%和74%，貢獻大于12%的區(qū)域并不多見，冬、夏季所占面積比例 （格點數(shù)之比）分別為1.9%和3%，且這些區(qū)域主要位于陸地。

3.3 降水廓線

降水廓線是由測雨雷達回波信號反演得到的不同高度降水強度的分布，它是降水垂直結(jié)構(gòu)的直觀表現(xiàn)。實際上，降水廓線反映了降水云團的熱—動力結(jié)構(gòu)和微物理過程特征 （傅云飛等，2008），如降水廓線隨高度向地表增加 （減少）的現(xiàn)象是由于降水粒子在下降過程中增長 （破碎、蒸發(fā)）所致 （Fujiyoshi et al.，1980；Szoke et al.，1986；Hobbs，1989），而陸地和洋面降水廓線的區(qū)別則與降水云中上升氣流的差異有關(guān) （Zipser and Lutz，1994）。利用TRMM PR探測資料，國內(nèi)外學者對不同類型降水的廓線已經(jīng)開展了一些研究 （Fu and Liu，2001；Liu and Fu，2001；Fu et al.，2003）。文中我們將針對熱帶及副熱帶地區(qū)穿透性對流降水廓線的結(jié)構(gòu)特征作進一步探討。

Liu and Fu（2001）利用1998年TRMM PR的探測結(jié)果研究指出，由于平均降水廓線和降水廓線EOF分析的第一模態(tài) （解釋方差最大）非常相似，故可以直接用平均降水廓線來研究降水垂直結(jié)構(gòu)特征?；诖耍覀兘o出了15°S～35°S、15°S～15°N和15°N～35°N三個緯度帶陸地和洋面穿透性對流降水10年平均的冬、夏季降水廓線 （圖8）。作為對比，圖8還給出了深對流降水廓線 （僅包括雨頂高度＜14km的深對流）。此外，由于夏季15°S～35°S和冬季15°N～35°N緯度帶穿透性對流樣本太少，我們并未給出其廓線。

首先，可以看到，盡管深對流和穿透性對流的近地表降水強度和雨頂高度存在很大差別，但二者降水廓線的外形仍比較相似，如二者降水廓線的凍結(jié)層均清晰可見（4km附近，不同區(qū)域略有差異），并且都顯示出了明顯的四層結(jié)構(gòu) （Liu and Fu，2001）。這說明對同一種降水類型而言，即使近地表降水強度和雨頂高度不同，它們的平均降水廓線仍具有相似性，這與Liu and Fu（2001）的研究結(jié)果相符。此外，在雨頂高度的穩(wěn)定性方面，深對流和穿透性對流降水廓線也較為類似。無論是陸地還是洋面，三個緯度帶深對流降水廓線的雨頂高度都在12.5km附近，而穿透性對流降水廓線的雨頂高度則在17km左右，兩者降水廓線的雨頂高度都沒有顯示出明顯的海陸差異和緯度差異。

但是，盡管穿透性對流降水廓線的雨頂高度沒有明顯的海陸差異和緯度差異，但它們各層的降水強度卻存在顯著的海陸差異和緯度差異，即相同的高度，洋面的降水強度要比陸地偏大，以2km處的條件降水強度為例，冬季15°S～35°S洋面的穿透性對流在2km處的降水強度為20.3mm／h，而陸地僅為10.8mm／h，比洋面小9.5mm／h；再如，夏季15°N～35°N洋面的穿透性對流降水廓線顯示其在2km處的降水強度為16.9mm／h，而陸地為9.3mm／h，海陸之間相差7.6mm／h，比15°S～35°S緯度帶小1.9mm／h；相比之下，15°S～15°N緯度帶穿透性對流降水廓線在2km處降水強度的海陸差異更小，冬、夏季分別為6.7mm／h和5.9mm／h。這不僅說明穿透性對流降水廓線在2km處的降水強度存在明顯的海陸差異，而且這種差異在較高緯度帶更甚。

圖5 夏季 （a）和冬季 （b）穿透性對流條件降水強度Fig.5 Conditional rain rates of overshooting convections in（a）summer and（b）winter

圖6 陸地 （實線）和洋面 （虛線）冬季 （藍色）、夏季 （紅色）穿透性對流條件降水強度概率密度Fig.6 Probability density functions（PDFs）of overshooting convections'conditional rain rates over land （solid line）and ocean（dashed line）in summer（red line）and winter（blue line）

圖7 夏季 （a）和冬季 （b）穿透性對流對總降水的貢獻Fig.7 Distributions of overshooting convections'contribution to total rain in each grid for（a）summer and（b）winter

圖8 陸地 （a－c）和洋面 （d－f）冬季 （藍色）、夏季 （紅色）深對流 （實線）和穿透性對流 （虛線）降水廓線：（a、d）15°S～35°S；（b、e）15°S～15°N；（c、f）15°N～35°NFig.8Precipitation profiles of deep（solid line）and overshooting（dashed line）convections over（a－c）land and（d－f）ocean between（a，d）15°S－35°S，（b，e）15°S－15°N，and（c，f）15°N－35°N during summer（red line）and winter（blue line）

深對流降水廓線不同高度的降水強度也顯示出了與穿透性對流相似的海陸差異和緯度差異，但對同一高度而言，這種差異較穿透性對流降水小。如，冬季15°S～35°S緯度帶洋面兩者在2km處的降水強度分別為16mm／h和20.3mm／h，它們之間的差值達7.3mm／h，而同緯度陸地兩者2km處降水強度的差異就要小得多 （其值分別為9.1mm／h和10.8mm／h）。相比之下，其它兩個區(qū)域的這種差異有所減小，夏季 （冬季）15°S～15°N緯度帶深對流和穿透性對流降水廓線在2km處降水強度的差 值 洋 面 和 陸 地 為 2.4mm／h（2.5mm／h）和1.3mm／h（1.1mm／h），而夏季15°N～35°N 緯度帶則分別為3.5mm／h和1.7mm／h。

此外，由圖8還可以看到，在熱帶地區(qū) （15°S～15°N），冬、夏季深對流和穿透性對流降水廓線僅存在略微差異，并沒有顯示出明顯的季節(jié)變化。Liu and Fu（2001）曾對不同緯度帶降水廓線的季節(jié)變化進行過比較，指出低緯度地區(qū) （15°S～15°N）降水廓線的季節(jié)變化要比高緯度 （30°N～35°N）小得多，這與本文的結(jié)果一致。

4 結(jié)論

本文利用1998～2007年的PR 2A25資料，就冬、夏季熱帶及副熱帶地區(qū)穿透性對流的頻次、條件降水強度及垂直廓線等特征進行了統(tǒng)計分析，取得如下結(jié)果：

（1）深對流和穿透性對流都主要發(fā)生在熱帶輻合帶 （ITCZ）、南太平洋輻合帶 （SPCZ）、亞洲季風區(qū)、20°N以南的非洲以及美洲等地區(qū)，且冬、夏季之間存在明顯的差別，顯示出了明顯的地域性和季節(jié)變化特征。同時，陸地的深對流和穿透性對流頻次較洋面偏大，這可能是由于下墊面狀況對降水云的厚度存在影響。此外，陸地穿透性對流占總穿透性對流的大部分，表明陸地深對流更容易發(fā)展成為穿透性對流。但總體上，絕大部分地區(qū)的穿透性對流頻次不超過0.2%。

（2）對穿透性對流條件降水強度的分析表明，熱帶及副熱帶大部分地區(qū)的穿透性對流條件降水強度在10mm／h以上，且有不少區(qū)域超過25mm／h。洋面穿透性對流的條件降水強度要高于陸地，這可能源于洋面降水系統(tǒng)易獲得充足的水汽。統(tǒng)計還表明，盡管穿透性對流的條件降水強度很大，但由于其頻次較小，故其對總降水量的貢獻并不大。

（3）深對流和穿透性對流降水廓線的外形比較相似，且二者降水廓線的雨頂高度都沒有顯示出明顯的海陸差異和緯度差異，但不同高度的降水強度卻存在顯著的海陸差異和緯度差異。即，相同的高度，洋面的降水強度要比陸地偏大，而且高緯度帶大于低緯度帶。對同一高度而言，深對流的降水強度比穿透性對流偏小，而且這種差異隨海陸和緯度的不同而有所區(qū)別。此外，熱帶地區(qū) （15°S～15°N），冬、夏季深對流和穿透性對流降水廓線僅存在略微差異，并沒有顯示出明顯的季節(jié)變化。

致謝感謝日本國家空間發(fā)展署 （JAXA）的地球觀測研究中心（EORC）和美國航空航天局 （NASA）的戈大德空間飛行中心 （GSFC）為本研究提供TRMM PR資料。對審稿人提出的寶貴意見表示感謝！

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Climatological Characteristics of Overshooting Convective Precipitation in Summer and Winter over the Tropical and Subtropical Regions

LIU Peng1，WANG Yu1，F(xiàn)ENG Sha1，LI Chongyin2，and FU Yunfei1

1LaboraboryofAtmosphericObservationandClimatologicalEnvironment，SchoolofEarthandSpaceSciences，Universityof ScienceandTechnologyofChina，Hefei230026
2StateKeyLaboratoryofNumericalModelingforAtmosphericSciencesandGeophysicalFluidDynamics，InstituteofAtmos
phericPhysics，ChineseAcademyofSciences，Beijing100029

The climatological characteristics of overshooting convective precipitation including frequency，conditional rain rate，and precipitation profiles are investigated based on the measurements of Tropical Rainfall Measuring Mission（TRMM）Precipitation Radar（PR）during 1998－2007over the tropical and subtropical areas.Results indicate that both deep and overshooting convections are mainly distributed over the intertropical convergence zone，the South Pacific convergence zone，the Asia monsoon region，Africa south of 20°N，and America.The distributions of deep and overshooting convections show remarkable regionality and seasonal variations.Meanwhile，deep convections over land penetrate into TTL（Tropical Tropopause Layer）more easily than those over ocean.And totally，the overshooting convection frequencies are under 0.2%over most of the tropical and subtropical areas.Conditional rain rates of the overshooting convections over most regions exceed 10mm／h，and those over ocean are higher than that over land.But the contribution of the overshooting convections to total rain is small due to the low frequency.The shapes of deep and overshooting convective precipitation profiles are similar，but rain rates of overshooting convections are larger than that of deep convections，and the differences also show remarkable regionality.Moreover，seasonal variations of deep and overshooting convective precipitation profiles over the tropical areas（15°S－15°N）are minimal.

TRMM PR，overshooting convection，precipitation frequency，rain rate，precipitation profile

1006－9895（2012）03－0579－11

P426

A

10.3878／j.issn.1006－9895.2011.11109

劉鵬，王雨，馮沙，等.2012.冬、夏季熱帶及副熱帶穿透性對流氣候特征分析 ［J］.大氣科學，36（3）：579－589，

10.3878／j.issn.1006－9895.2011.11109.Liu Peng，Wang Yu，F(xiàn)eng Sha，et al.2012.Climatological characteristics of overshooting convective precipitation in summer and winter over the tropical and subtropical regions［J］.Chinese Journal of Atmospheric Sciences（in Chinese），36（3）：579－589.

2011－06－09，2011－11－03收修定稿

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目2010CB428601，中國科學院科技創(chuàng)新項目KZCX2－YW－Q11－04、KZCX2－EW－QN507、KJCX2－YW－N25，國家公益性行業(yè)支撐項目GYHY200906002、GYHY200706032，國家科技基礎(chǔ)性工作專項2007FY110700，國家自然科學基金資助項目40730950、40805008，中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金WK2080000002

劉鵬，男，1984年出生，博士研究生，目前主要從事衛(wèi)星資料處理及降水方面的研究。E－mail：lipe＠m(xù)ail.ustc.edu.cn

傅云飛，E－mail：fyf＠ustc.edu.cn