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随着我国人口增长、经济发展,我国(特别是我国北方)淡水资源的短缺问题已严重影响着我国地区经济和社会持续健康发展。人工增雨是开发利用空中云水资源,缓解水资源短缺的一种有效新途径。而对于人工降雨来说,最大的困惑来自于无法对降雨效果进行有效的评估。本文对一维层状云分档模式进行了改进,使其可以生成稳定的并与实际观测值相近的雨滴谱型。由于分档模式消除了参数化模式过大的统计特征,提高了降水模拟的精度,无疑对人工降雨效果的检验以及层状云降水精确预报的工作具有重要的意义。
在我国典型的北方层状云系统中,由于云内上升气流速度非常小,以现有手段对无法对上升气流大小及分布进行探测。因此,在以往对层状云数值模拟的研究中,上升气流的大小及分布一直是一个不确定因素。上升气流速度和空间分布对于地面降水强度及雷达回波强度廓线确具有较大影响,特别是对于需要将上升气流作为初始场的一维层状云模式来说,上升气流的选取存在一定的困难。
本文对中科院大气物理研究所一维层状云雨滴分档模式中的雨滴粒子档间传输方案、差分格式及一些暖云微物理过程进行了改进,使其在对雨滴粒子谱的计算方面更加稳定。对层状云中上升气流无法直接测量的问题,本文采用了多种上升气流方案,并利用分档模式在描述粒子谱型自然演变方面的相对精确性对2005年6月21日吉林省长春市一次气旋性层状云降水进行模拟。将计算出的多组数据与实际的地面雷达观测到的雷达回波强度廓线相比较。同时,取出了与实际雷达观测值最接近的一组值继续与地面雨滴谱、雨强计之间进行了比较。结果显示,模式能够很好的模拟几种上升气流下雨滴粒子谱的拓宽过程,同时模拟结果能够很好的幅合实际雨滴谱的观测值以及地面雨强,为模式与雷达观测相结合测定定量降水提供了一个有效的工具。同时,本文模拟了本次降雨过程三个不同时刻,并与实际观测结果做了比较。结果显示,暖区碰并过程对本次降水的贡献在10%左右,与上升气流的速度有关。