基于飞机观测的华北降水云系上升气流区微结构研究

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上升气流是成云致雨的基本条件之一。本文利用河北省2017年5月22日、2018年5月16日、2018年5月21日三次降水云系的机载云物理探测系统测量资料,详细分析了华北地区降水云系的云微物理参量分布、垂直结构特征及降水形成机制,研究了云中上升气流速度分布,上升气流区微物理结构变化特征以及二者的相关性,增强了对相关云物理过程的科学认识。华北地区飞机观测资料显示,2017年5月22日发展中的积层混合云内最大上升气流速度为7.7 m/s;2018年5月16日发展中浅薄对流云内垂直气流速度变化强烈,最大上升气流速度为6.2 m/s,;2018年5月21日成熟的积层混合云内,0℃层附近存在有组织的上升下沉气流,最大上升气流速度4.3 m/s。通过对平飞过程的分析来看,2017年5月22日云中上升气流速度随高度呈抛物线型分布,云底部较小(0.75±0.52 m/s),云中部最大(3.64±2 m/s),云顶部最小(0.32±0.29 m/s)。华北地区积层混合云的高层云滴数浓度、液态含水量水平分布比较均匀,但在云中部存在对流,上升气流速度较大,使得云滴数浓度和液态含水量水平分布明显不均匀。在云的高层云滴数浓度和液态含水量都很低。降水云内的不同位置,粒子生长机制存在明显差异,除降水云系的播撒-供应机制外,当云内高层过冷水含量较低时,云内大量冰晶分布在高层,冰粒子主要增长方式以聚并过程为主,0℃层以下融化现象明显。降水云系三次探测过程中,共发现33个上升气流区,其中,在2017年5月22日积层混合云云底以上1600 m处(云厚5000 m)存在水平范围至少为2000 m的云内上升气流区。随高度增加,云中上升气流区内冰粒子形状依次以片状、针状、柱状为主;暖云上升气流区中,云内液态水含量水平分布非常不均匀,但是上升气流速度与液态含水量变化正相关,相关系数达到了0.61;强垂直气流条件下云滴数浓度、最大云滴直径大于弱上升气流相应的数值,强垂直气流云粒子谱更符合Г函数分布。
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