一次层状云系宏微观结构特征及降水效率的模拟研究

发布时间：2020-06-11 02:38

【摘要】：本文利用耦合了CAMS云微物理方案的WRF中尺度模式的模拟结果结合飞机、卫星、雷达、地面雨量等观测资料,对2012年9月25日山西一次低槽弱冷锋降水层状云系的宏微观结构和过冷水分布特征进行分析,初步研究了该云系的人工增雨潜力。同时本文将耦合在WRF V3.2的CAMS云方案移植到WRF V3.5中,并增加转换效率、相对过饱和率、凝结量、凝华量、蒸发量和升华量等变量的输出,研究了云降水转化效率。主要结果包括：1、模拟结果和实测对比表明,此次降水过程主要受低槽弱冷锋系统影响,锋面后倾,云系水平结构较均匀；云场含水量大值区与云顶温度低值区相对应,降水场分布与云场含水量大值区分布相对应,700hPa风切变前西南气流同云场含水量和光学厚度大值区相对应。山西北部地区多为层状云降水,地面雨强在1～3 mm/h之间,雷达回波强度最大约30 dBZ。总体上,模拟的此过程无论是天气形势、降水、云顶温度、雷达回波、水成物的演变都与实测基本一致。2、锋前云系多为冰相粒子组成的高层冷云,云顶温度约为40℃,地面无降水；锋区云系为冷暖混合云,冷区由少量过冷水和大量冰相粒子组成,地面降水最大；锋后云系为高层冷云,云顶温度约-30℃,云中无过冷水,有较少的冰相粒子,地面降水较弱。3、该冷锋层状降水云系,云中过冷水含量较少,主要分布在锋前低于-5℃的高度区间,过冷水一方面因垂直上升速度供应水汽而维持,另一方面因冰相粒子的凝华过程而消耗。过冷水同垂直上升速度关系紧密,该云系中过冷水区及其下部上升运动较弱、而其上部上升运动较强,不利于大量液态水在过冷区长时间维持,反而促使冰相粒子发展旺盛,此处水汽相对水面不饱和、相对冰晶饱和,因此大量冰相粒子消耗水汽,不利于过冷水的维持,导致云中仅有少量过冷水。本次降水过程中,冰核浓度的增大仅增大冰晶浓度,对雪霰含量及0～-5℃的过冷水几乎没有影响。4、该次降水过程山西省的水汽主要来源于西南气流,水汽经由重庆、湖南、湖北、陕西、河南,向东北输送到山西区域境内。山西区域的水汽和水凝物的主要输入边界为西边界和南边界,具有西风分量和南风分量的西南暖湿气流为云系的主要水分输送带。25日18时前,总水凝物和水汽主要以辐合为主,18时之后,各类水物质在水平方向上均表现为净输出。对山西区域内水汽、总水凝物和总水物质的水分收支平衡等式的各项估算表明,水物质基本达到了平衡。模拟时间内计算了云降水各类转化效率分别为：水汽凝结率为1.0%、水汽凝华率为1.2%、总水物质降水效率为1.3%、总水凝物降水效率为26.7%、总水汽降水效率为1.3%。5、总之,本次低槽弱冷锋层状云降水过程自然降水效率较低,同时由于云中过冷水含量少,冰相粒子发展旺盛,冷云播撒催化潜力条件较弱,该次过程不适合开展冷云人工增雨催化作业。
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P426.5;P481

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