【摘 要】
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山西冬季降水量（主要是降雪）极少,全省各地市冬季降水量仅占全年降水的百分之二到三,冬季干冷,土壤墒情差,造成第二年春播困难或抑制越冬作物的正常发育。充分了解山西冬季降雪云的微结构和形成机理,可为设计人工增雪催化作业方案提供依据。为深入研究山西冬季降雪云微物理结构,本文借助飞机、雷达、卫星等观测资料,结合中尺度WRF模式,对不同天气系统影响下降雪云的结构特征和主要微物理过程进行详细分析。对2011年
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山西冬季降水量（主要是降雪）极少,全省各地市冬季降水量仅占全年降水的百分之二到三,冬季干冷,土壤墒情差,造成第二年春播困难或抑制越冬作物的正常发育。充分了解山西冬季降雪云的微结构和形成机理,可为设计人工增雪催化作业方案提供依据。为深入研究山西冬季降雪云微物理结构,本文借助飞机、雷达、卫星等观测资料,结合中尺度WRF模式,对不同天气系统影响下降雪云的结构特征和主要微物理过程进行详细分析。对2011年11月29日（111129个例）受高原槽和回流倒槽影响典型暴雪云系进行观测表明,降雪发展强盛阶段在10～20 d BZ大片层状云回波中镶嵌了超过30 d BZ的块状强回波。3.2 km以下存在逆温层,抑制云内淞附增长和凝华增长,且逆温强度越大抑制作用越大。-9.3℃附近出现冰雪晶数浓度和冰水含量最大值,位于层积混合降雪云的上部,以冰雪晶聚并碰撞和折裂繁生为主。-14.4～-19.7℃冰晶图像以针状、柱状和不规则状为主,以冰晶的凝华增长为主。利用指数形式能较好地拟合冰雪晶谱分布。为深入研究降雪云在不同发展阶段云体结构的演变特征,对2019年11月29日（191129个例）受西风槽和回流倒槽影响下大雪云系不同发展阶段进行飞机探测。通过观测可知,第一次探测云顶温度-10℃,以通过凝华增长生成的小于200μm板状、针状冰雪晶为主,2.0 km以下由于相对湿度减小大部分雪粒子未到达地面。随着降雪云的发展,第二次探测云顶温度-12.5℃,云内冰雪晶以板状、针状、辐枝状及聚合体为主,通过凝华和攀附增长在-11℃和-2℃附近出现了冰雪晶数浓度的峰值,近地面形成雪花最大直径为2800μm。将FY-4A卫星反演的云内粒子相态与飞机观测结果进行对比检验,发现两者具有较好的一致性。为进一步揭示降雪云冰晶形状与云中环境温度的分布规律,并解释其形成机理,选择了受高原槽和回流倒槽影响典型暴雪云系（111129个例）和受短波槽和回流系统影响小雪云系（120303个例）进行对比分析。冰雪晶形状的种类与冰云的高度分布有关,111129个例云顶温度低于-19.5℃,除观测到针状、辐枝状、板状和不规则状冰雪晶外,在云的中低层观测到柱帽状冰雪晶,在云的上层观测到柱状冰雪晶。120303个例云顶温度-12.6℃,观测的冰雪晶形态主要包括针状、辐枝状、板状和不规则状。两次降雪过程云上部以凝华增长为主、云中部以聚合和淞附增长为主,111129个例含有较多液态水,淞附程度高于120303个例。指数函数均能准确拟合两次降雪过程冰雪晶谱,111129个例冰雪晶谱拟合参数N0值较120303个例偏大,λ的变化范围多1个量级。在观测的基础上,利用WRF模式着重研究111129暴雪个例并与观测进行对比。WRF3.9.1模式能较好地模拟暴雪天气过程的降水范围、降水演变、总降水与降雪分布、降雪云回波强度、回波顶高、强回波中心等,模拟的总降水量和降雪量的大小、落区与观测实况比稍有偏弱。在水凝物粒子的垂直分布方面,模式能较准确模拟云中云水的垂直分布,但冰晶和雪晶的垂直分布与观测不一致,这可能是由于WRF3.9.1模式没有考虑冰相粒子的形状,忽视了雪粒子的聚合增长过程导致的。WRF4.3模式能较好地模拟冰晶形态随高度的分布,通过有无繁生过程的敏感性试验表明,双倍繁生使地面降水量增加且更接近观测值。
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