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为了研究南京地区辐射雾微物理结构的演变特征,本文在石春娥建立的三维辐射雾模式的基础上,添加粒子分档处理的微物理模块,并引入地形数据,发展了一个能够较好地模拟南京地区辐射雾的三维模式,并对2007年12月13-14日的雾过程进行模拟试验,并进行了一系列敏感性试验。主要结论如下:
1、模式采取体积分档,添加了雾滴和气溶胶粒子,对每档气溶胶进行跟踪计算,考虑粒子凝结增长、辐射特性和重力沉降过程,结合气象要素的变化就能够得出雾滴谱的演变。
2、实例雾过程中,高空有弱冷平流,近地层长波辐射降温,发展阶段有明显的双层结构,并导致雾的爆发性增长。日出后增温,湍流增强促进了雾的消散。模式对低层模拟效果较好,但晴天、无平流假设对实际的低云未能进行准确模拟,不能模拟出雾的爆发性增长。由于短波辐射模式考虑粗略,所以模拟的消散过程存在一些偏差。模拟出的雾滴谱演变与实际相近,雾滴数量级与实测结果相当,由于缺少雾滴的碰并过程,所以模拟的雾滴谱谱宽比实际结果窄。
3、对比辐射雾过程中南京不同区域,在形成阶段,雾首先在地势高的地方形成,市区雾形成比郊区晚,江面空气达饱和最晚;消散阶段,市区增温快,因此市区雾的消散速度快。郊区和市区的雾滴谱变化由于不同的气溶胶类型以及气象要素的变化存在差异。郊区的雾滴谱谱宽能超过20μm,出现大、小滴数相当的情况。市区的雾滴数浓度远比郊区大,雾滴谱谱宽也能达20μm,但是成熟阶段时,谱宽在20μm左右不断波动。
4、如果不考虑热岛效应,市区辐射雾形成时间早,长波辐射降温率大,市区空气很快就能够达到饱和;进入成熟阶段后,雾中液水混合比明显增大;由于没有热岛效应,日出后增温较慢,温度较低,雾并没有很快地消散。不考虑热岛作用时,由于温度低、湍流弱,市区雾滴谱谱宽较有热岛效应存在时窄,雾滴数浓度反而更大。因此,热岛效应不利于雾的形成和发展,但加快了雾的消散。同时热岛效应使湍流作用增强对雾滴谱的增宽也有一定的影响。