华南前汛期极端降水云微物理过程研究

来源 :中国气象科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xhg123456
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华南前汛期极端降水较多,对人们的生活和当地经济发展带来了极大的困扰。华南前汛期强降水是中、低纬度不同系统共同作用的结果,其成因和物理机制复杂。华南地区的大气斜压性不强,但水汽含量丰富,热力不稳定显著,常常难以用锋面抬升及位势不稳定理论解释强降水的形成机制,目前对该类强降水的准确预报存在极大的困难和挑战,这很可能与云内的微物理过程有关。因此,华南前汛期强降水中云微物理过程的研究是降水研究中的难点和热点之一。鉴于东亚季风对华南降水的重要影响,本研究根据南海夏季风爆发时间将前汛期划分为南海夏季风爆发前(4月)、南海夏季风爆发过渡期(5月)和南海夏季风爆发后(6月)三个时期,然后根据平均2006–2016年4–6月Cloud Sat星载云雷达数据得到的华南地区云的垂直结构,分析发现华南地区的云高度在南海夏季风爆发后明显抬升,云中粒子尺度增大。此外,不同地区云垂直特征的对比还表明华南地区的云兼具大陆性云和海洋性云的特征。基于前期统计华南地区云垂直结构得到的对云-降水微物理过程的整体认识,针对2020年5月21日–22日(夏季风爆发后3天)发生在广州-东莞地区的一次极端降水过程进行了数值模拟研究。多源观测数据资料的分析表明,此次突发性极强的极端降水过程发生在暖区,具有发展迅速、雨强大等特点,降水过程中冰相过程活跃。在观测分析的基础之上,利用WRF(v4.2.1)模式,开展了不同初边值条件和不同云微物理过程的对比试验。结果表明,使用ERA5数据作为初边值条件的模拟结果显著优于FNL作为初边值的结果。在确定初边值条件的基础上,对比分析了WSM7、Thompson、NSSL 2-mom和Goddard 4-ice四种常用云微物理参数化方案对此次极端降水模拟结果的影响。结果显示利用WSM7方案模拟的结果与实况较为一致,基本再现了对流系统的发生发展及时空演变,但极端降水的落区在一定程度上较实况偏南。进一步的分析结果表明导致强降水落区偏南的主要原因是模拟的冷池过强,且雨水蒸发冷却是形成强冷池的关键因素。鉴于此,开展了多组削弱雨水蒸发对模拟结果影响的敏感性试验。结果显示,随着雨水蒸发的逐渐减弱,冷池强度逐渐减弱,对流系统向南偏移的程度缩小,模拟结果更加接近实况。本文的研究进一步加深了对华南前汛期极端降水中云微物理过程的认识,为数值模式中云微物理方案的改进提供了参考。
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