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《中国科学院研究生院(大气物理研究所)》 2007年
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一次华北暴雨中地形动力作用对云和降水物理过程影响的数值研究

廖菲  
【摘要】: 为更全面的认识、理解云系和降水发展物理过程本质,把云的宏观动力过程同微物理过程相结合起来研究云系的发生发展是非常必要的。本文选取了2005年7月22日~24日的一次华北暴雨过程作为研究个例。采用1o×1o的NCEP再分析资料和TBB资料分析了暴雨发生的天气背景。在此基础上利用中尺度模式ARPS模拟,成功再现了此次暴雨过程,并利用模式的输出结果研究了地形动力过程对云和降水过程的影响。 分析结果指出,此次暴雨是在高低空急流的合理配置、水汽向华北的输送和集中、大气不稳定的条件下,由中尺度对流云团所造成的。此次暴雨过程的动力场、云和降水微物理过程的主要特征是:水平气流在迎风坡附近形成风场辐合,雨区与辐合区位置基本一致,垂直方向上出现明显的气流爬升—上升—下沉的中尺度环流。云中冰晶位于最高层,其次是雪和霰、云水,接下来是雨水,0℃层之上云的冷区冰相粒子与过冷水共存。冷云过程对降水贡献较大。冰晶繁生、雪的凝华和撞冻过冷云水增长、雨水撞冻雪转化为霰、霰融化成雨水是降水粒子的最主要源项微物理过程。 在不改变模式初始边界条件的前提下,进行了地形增高和降低的敏感性试验,进一步分析了地形引起的动力场变化对云和降水物理过程的影响。数值试验结果指出:地形引起的动力场变化不会改变云中水成物的垂直分布结构,且降水都以冷云过程为主。地形高度增加后,阻挡作用加强,使水汽通量辐合加强,垂直气流增大,中低层云水增多,导致雪撞冻过冷云水增多,促使了雨水撞冻雪转化为霰和霰干增长过程的加强,霰融化为雨水增多,低层雨水碰并云水加强,冷云过程得到增强。地形高度降低后,低层风切变不利于低层垂直气流发展,引起水汽通量辐合区抬升,同时主上升区中水汽通量辐合强度减弱,从而最大云水含量减小、所在高度降低;各种水成物的最大源项微物理过程都减弱,导致地面降水减少。
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