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首先分析了2004年7月4~6日在我国东北地区的一次大范围降雨过程。分析了此次层状云降雨的观测资料,包括机载PMS资料、雷达资料以及地面雨强计资料等,并用包含详细微物理过程的一维层状云模式进行了数值模拟,用顾震潮的三层概念模型分析了云的垂直结构及降水形成过程。天气背景分析表明这次层状云降水过程是由台风Mindulle演变的一个低气压系统。在雷达回波图上,有明显的回波亮带,PMS观测到的资料显示冰晶粒子的平均浓度为2.6×104m-3,在0℃以上有丰富的过冷水,0℃以下含水量较小。层状云模式模拟的地面雨强、雷达回波强度和回波亮带的位置、以及云厚、云中含水量等都与实际接近,数值模拟的结果基本上反映了实际云的一些特征,因而可以用观测资料和模拟结果进行深入讨论。结果表明,顾震潮的层状云三层概念模型基本反映了降水性层状云的结构和降水产生的物理过程。在第一层,也就是冰晶层,主要粒子是冰晶,冰晶的凝华增长很重要,除此之外,冰晶还通过撞冻过程产生一些雪晶,这层的主要参量是云顶温度。第二层也叫过冷水层,这层中的粒子最丰富,有冰晶、雪、霰、云滴和雨滴,冰晶生长主要靠贝吉龙过程,雪晶通过凝华长大,雪和霰在这层的产生和长大,很重要的是雪、霰、冰晶之间,以及与过冷水滴的碰并、粘连和淞附。还有,在这层中通过自动转换,从云滴也可以产生一部分雨滴,所以从第Ⅱ层降落到第Ⅲ层的粒子有雪、霰和雨滴。这层的关键参量是过冷水含量和厚度。第三层又叫暖水层,主要有云滴、雨滴及从上面降落下来以后会融化的雪和霰,在这层中雨滴来源的50%~60%是从第Ⅱ层降落下来的雪和霰的融化,雷达回波亮带及其强度反映了过冷层产生的降水效果。云滴的自我碰并不占主要部分。另外,从第Ⅱ层中也可降落下雨滴,雨滴的长大完全靠对云滴的重力碰并,所以暖层的厚度和含水量是决定因素。第1层和第Ⅱ层的界限应以过冷水的顶高为界。在云发展过程中,此高度是有变化的。层状云发展初期,此过冷层项较低;当云发展旺盛时,此顶高上升;云消衰时又明显降低。整个层状云的云顶和云底高度也会有变化。不同时间、不同层中Bergeron过程的程度不同,并不是唯一重要的作用。云的第一层对第二层有播种作用,三层对降水的贡献分别为7%、54%和39%,冷云过程作用稍大,但暖云过程也起重要作用。
在雾的观测与数值模拟研究方面,介绍了2002年12月和2004年12月在陕西省西安临潼机场进行的雾的外场观测和人工消冷雾试验,作业取得了一些效果,在一定时间和区域内有效地改善了能见度。为了深入分析雾的形成和消散机理,用中尺度模式MM5V3.7对这两次雾过程进行了模拟分析。结果表明:MM5能较好地再现区域雾的演变过程。2002年12月的区域雾是一次平流辐射雾过程,覆盖的面积可从几十平方公里至上万平方公里,雾的水平分布很不均匀;雾首先从地面产生,然后不断向高处发展,雾顶高度最大时可达200m,没出现雾的爆发性增长现象;雾的日变化特征明显,一般在03时左右生成,上午10时左右雾最浓,12时以后雾开始逐渐消散。但模拟的雾比含水量偏大,能见度比实际能见度偏小。地面长波辐射降温是形成雾的重要原因,太阳短波辐射是雾消散的关键因素,此次平流辐射雾过程主要是由于风场、辐射、温度和湿度平流综合影响的结果。另外,一些对比试验表明,使用实时探空对此次区域雾的模拟影响不大。今后在区域雾的模拟中可以不考虑实时探空对初始场的订正。采用双参数的MM5显示云物理方案可以更好地模拟出这次区域雾的分布,同时新的双参数方案提供了更详尽的微物理量的计算,可以为下一步更深入地分析雾的微物理过程提供便利条件。WRF模式Version2.1版本还不能很好地模拟出此次区域雾的生消和分布,详细原因还有待进一步探讨。