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云凝结核浓度对模拟强降水过程的影响:不同云微物理参数化方案的对比研究

董昊  
【摘要】:云凝结核(CCN)对大气环境的作用日益受到人们的重视。以往关于CCN的研究多为对气候方面影响的研究,现在更多的研究关注CCN对强降水天气过程的影响。采用WRF模式模拟了一次影响中国广东省的飑线强降水过程,分别选取Morrison、Thompson07、Thompson09和WDM6云微物理方案实施了四组试验,每组试验包括不同CCN浓度的三次模拟(“低浓度”、“中浓度”和“高浓度”试验)。将模拟区域划分为深对流、浅对流和层云区域,对比分析四组试验中CCN浓度变化对模拟的总降水量、不同区域降水率以及不同区域面积的影响,进一步对比分析四组模拟试验中云微物理过程、动力环流强度等受CCN浓度变化的影响。主要结论:(1)采用不同云微物理方案模拟的CCN-降水影响既有相似又有不同,原因是不同云微物理过程与CCN浓度有着直接或间接的联系、不同云微物理过程之间有着复杂的关联、云微物理过程与动力环流之间存在非线性耦合,而不同方案之间在水凝物谱分布的参数设置、表达各个过程的细节方面存在差别。(2)采用Thompson07和Thompson09方案时CCN-降水影响更加显著,采用WDM6方案的影响最小,这种差别与模拟的CCN浓度对动力环流强度的影响相符。(3)四组模拟均出现CCN浓度增加延迟降水产生、初期降水减弱的情况,在模拟后期降水量也随着CCN浓度增加而减小,而飑线成熟阶段CCN-降水影响更加复杂,这与此阶段冰相过程的作用较强有关。(4)所有模拟试验中浅对流区域的降水量比深对流和层云区域的降水量小3个量级,但是浅对流区域的面积比其他两个区域大,模拟时段内其面积最大时占了总面积的40%以上;四组模拟试验均表现出浅对流区域面积在整个模拟时间段内均随着CCN浓度增加而增加的特点,原因是浅对流区域的降水过程受暖雨过程控制,而CCN浓度增加抑制了云滴向雨滴的转化过程。(5)所有四组试验中层云区域初期降水均受CCN浓度增加的抑制,层云区域面积在整个模拟时间段内随着CCN浓度增加而减小,这也是由于CCN浓度增加导致暖雨过程减弱。


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