云凝结核影响混合型层状云降水的数值模拟研究

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本文使用耦合了新的Morrison双参数微物理方案的中尺度WRF模式V2.2对2008年1月25日至29日发生在我国南方的冰雪降水天气过程进行了数值试验。模式对500hPa和850hPa上的温度、湿度、风场、等压面位势高度和冻雨区的大气层结特征都有较为准确的模拟,清楚地再现出了此次天气过程的演变特点。在此基础上,对模式微物理方案中云滴数浓度影响累积降水量的情况进行了敏感性试验。结果表明,云滴数的增加对累积降水量的影响有明显的空间和时间不均匀性,降水量对云滴数浓度的响应是复杂和非线性的。选取一个较小区域的短时局地降水过程来研究降水量对云滴数浓度的敏感性,能够找到一些线性相关关系。对此次天气过程中的微物理量进行了详细的分析,并从各种水成物粒子的发展演变上,讨论了云滴数浓度的增加在暖云和冷云两种降水机制上对降水产生的不同影响。结论发现,云滴数浓度越大,云水混合比就越大,云滴的尺度越小。雨滴对不同云滴数浓度的响应与云滴的情况相反,随着云滴数浓度的增加,雨滴数浓度减小,雨水也减少,暖云降水过程受到了抑制;冰晶和雪晶的数浓度的演变过程没有明显变化,而冰晶和雪晶的混合比是相应增加的,可见冷云降水过程得到了一定程度的增强。 从本文模拟的个例来看,设置不同云滴数浓度所得到的总累计降水量的差异在1%以内。总的来说,增加云滴数浓度,降水量会减少。从比例上来看,增加云滴数浓度对暖云降水过程的抑制作用比对冷云降水过程的增强作用更为显著,但是在本文模拟的个例中,冷云降水过程占主导地位,减少的降水和增加的降水的绝对值在同一个量级上并且数值相近,它们相互抵消后得到的结果是降水量变化的绝对值大大减小了,这解释了增加云滴数浓度后模拟的总累积降水量变化不明显的原因。如果考虑到此次天气过程中华南大部分地区有强烈逆温层,使冰相降水粒子大规模融化成液态水,云中雪晶减少的同时雨滴增加,那么对于本次天气过程暖云降水减少和冷云降水增多程度会比分析计算所得的数值更大。进行了降水过程对谱形参数的敏感性试验,结果显示,改变谱形参数后模式模拟的累积降水量有显著差异。从模拟的云水含量、雨水含量和雪晶含量的对比上来看,不同的谱形参数所模拟出的降水系统的内部结构和降水量不同。 最后使用了模式自带的气溶胶谱分布进行了预报云滴数浓度方案的模拟试验,将模拟结果与采用常数云滴数浓度方案的控制试验的结果进行了对比。发现其和控制试验的模拟结果之间的差异比起各不同常数云滴数浓度成员与控制试验之间的差异要明显得多。
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