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一次积层混合云降水不同尺度结构特征的数值模拟研究

张微  
【摘要】:积层混合云是一种降水效率较高的云系,研究发现积层混合云降水云系有其特有的云系结构,在微物理结构、动力热力结构都与一般的积状云或层状云有所不同,更为复杂,不仅存在着积状云与层状云形态之间的混合,有时还存在着冷云降水过程和暖云降水过程相态间的混合。因此,研究积层混合云自然降水发生机制和云宏、微观结构,不仅有利于提高对该类型降水的预报水平,对积层混合云的人工增雨作业也有一定的指导意义。 本文利用新一代中尺度数值模式WRF-ARW(V3.2)对2009年4月18-19日发生在张家口地区的一次积层混合云降水进行了实例模拟,并结合观测资料从不同尺度对这次降水过程进行了对比分析,在对比分析基础上还对不同尺度间的联系做了进一步的分析。得到以下主要结果: (1)通过对不同尺度的对比分析发现:此次降水过程WRF模式模拟效果较好,对这次降水的天气形势、积层混合云的云带分布、降水量分布、雷达回波的模拟结果可见,模式对于实况的模拟在时间上没有滞后,落区也比较准确,具有较好的模拟能力。 (2)700hPa的西风槽及蒙古地区下来的低压,850hPa的低涡是影响这次降水的主要天气系统,来自于南方的暖湿空气和西北内蒙低涡带来的水汽是这次降水的主要水汽输送,输送来的水汽在张家口附近出现了低层辐合、中高层辐散的配置,这种大尺度的辐合、辐散有利于云系的发展、降水的形成;降水云系呈东北—西南向带状分布,带长约1000km,带宽300km,在大片的云带中分布着很多个小的高值中心,中心区域一般在几十公里;降水也呈东北—西南向带状分布,在较大的雨带中分布着几个小的雨核,降水总体分布不均匀;结合雷达回波可以看到在大片均匀的回波层中镶嵌着柱状对流回波,具有典型的积层混合云降水回波特征,对流回波呈柱状分布,水平范围一般在10~20km,回波顶高约11km,回波中心值达到50dBz;沿着云带的方向作剖面发现云系中云水含量分布不均匀,无论是水平方向还是垂直方向云水的分布都是不均匀的,雨水的大值中心与上层的霰、雪的大值中心相对应,中心水平范围均在10~20km,其位置与雷达回波图中的剖线处对流回波相对应,可见霰、雪和雨水是主要的降水质粒,是形成雷达回波的主要影响因子。 (3)利用模拟结果结合实测资料对这次降水过程中不同尺度之间的联系进行了简单的分析,结果表明:大尺度天气形势与风场的分布息息相关,而风场的分布直接决定着水汽的输送情况,水汽的输送与降水区的水汽辐合、辐散情况联系起来,在低压、低涡等特殊天气形势及垂直风速配合下,水汽在降水区由低层向高层输送,而水汽的垂直输送是云系形成、发展的必备条件,进而使大尺度天气形势与中尺度的云场联系起来;对于云系又从宏、微观两个方面分析其特征,进而找到中尺度与微尺度间的联系。


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