利用三参数伽马谱模拟研究雨滴谱的碰并增长过程

发布时间：2020-10-16 06:19

　　 中尺度云分辨模式在暴雨的落区和雨量的预报方面存在很大的不确定性,其中一个重要的原因是描述云微物理过程的云模式存在很大缺陷。建立和改进云模式,特别是对暖雨形成的参数化方案的研究,能够更准确的描述云微物理过程,是提高暴雨预报水平的重要途径。暖雨是云滴通过随机碰撞过程产生的,在参数化方案中需要计算云雨转化率,以此确定云滴谱和雨滴谱的演变。目前的参数化方案并不是依据随机碰撞理论确定云雨转化率,原因是认为利用伽马函数表示云滴和雨滴谱演变时无法找到随机碰撞的解析解。因此,在云滴谱相同的条件下,利用目前不同的云雨转化率方案,模拟结果最大可相差三个数量级。雨滴谱的单参方案优点是简单,缺点是只能通过斜率的变化来反映谱变化。双参雨滴谱方案可通过两个参数的变化来反映谱变化。本文引入第三个参数,谱形参数。希望通过形参,斜率和截距三个可变参数的Gamma函数谱来描述碰并过程中雨滴谱的变化情况,获得更近似于自然变化的雨滴谱。因此本文所采用的计算方法就是直接利用多项式近似表示碰并效率,利用数浓度,质量浓度和雷达反射率因子三个量求解三参数Gamma函数的解析解。新的三参数碰并增长方案以准随机碰撞理论为依据,通过计算自动转化率,雨滴收集率和云滴/雨滴自收集率的解析解,确定碰并过程后新的云滴三参数谱和雨滴三参数谱。本文对云滴碰并增长过程进行了讨论,模拟结果表明:在碰并过程中,云滴数浓度随时间逐渐减少,且数浓度减少率在该模拟时间内基本不变。随时间变化,云滴碰并逐渐生成更大的云滴和雨滴,云滴谱变窄,雨滴谱变宽,且雨滴尺度逐渐增大。在碰并增长过程中并非越大的雨滴碰并效率越高。形参的增大会导致初始云滴谱变窄,使由云滴碰并生成的雨滴谱也相应变窄。形参增大使云滴数浓度减少率变小,雨滴数浓度增加率也变小。云滴初始总质量浓度的增大能使初始云滴平均直径增大,小云滴随时间减少率更大,数浓度减少更快。增大初始云滴质量浓度,使数浓度平缓段所占尺度范围更大,有更多云雨转化过程。雨滴谱向大尺度拓宽。
【学位单位】：成都信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P457.6
【部分图文】：

图 3.1 云滴谱和雨滴谱的计算示意图图 3.1 中，云滴质量分布的谱形为 x0~x2，雨滴质量分布的谱形为 x1~x3，完整的 Gamma 函数谱，云滴谱和雨滴谱的交界处质量为 xm。则根据定义的过程，计算云滴谱时，为简化云滴谱计算过程，积分限为 0~∞，即 x0=0，x2=云滴谱谱形完整。计算雨滴谱时，由于定义的碰并过程中，由云滴碰并产生小雨滴为 xm，因此雨滴谱为不完整谱形，如图中所示应为红线部分谱形，x1的雨滴谱形在碰并过程中无法产生。故，计算雨滴谱时，积分限为 xm~∞，需要 x1,x3=∞。.2 计算不同碰并过程中云滴和雨滴随时间变化率2.1 云滴与云滴碰并过程的分析根据 3.1 中碰并过程对云滴过程和雨滴过程的分类，云滴的相互碰并可被碰并后质量大于 xm的和质量小于 xm的两类。（1）x<xm0tt (t ) t0t （3.

-7g（即液滴直径约为 82 μm）此时的初始云滴谱如图 4.1 所示：图 4.1 形参υc,0=0 时的初始数浓度分布根据初始条件，初始云滴的平均直径约为 24.3 μm，即对应图 4-1 的峰值处，图中显示，初始时刻云滴大小主要集中于 0 到 50 μm，超过 60 μm 的云滴几乎没有。纵坐标表示数浓度，此时对应峰值的数浓度约为 4.3 cm-3，谱宽较宽，表明各尺度云滴数浓度分布相对均匀。

形参υc,0=1时的初始数浓度分布
【参考文献】

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本文编号：2842888