河南省一次春季层状云系降水的宏微观特征及降水机理研究

【摘要】： 本文在对2005年3月20日～21日河南省出现的一次层状云系降水过程的观测分析基础上,利用ARPS中尺度数值模式分析了降水云系的宏微观特征、水分收支和微物理转化特征,并探讨了此次降水过程的物理形成机理。 河南省此次春季层状云系降水是西南低槽影响下的冷锋降水,整层基本是来自孟加拉湾的暖湿水汽输送。在与来自北方的地面冷锋在中原地区相遇时,暖湿空气沿锋面缓慢抬升,形成了大范围的系统性层状云系。 河南此次降水的云系水凝物和地面降水都是由南往北逐渐减少的。模拟的云系云顶较为平坦,平均云顶高度约为10 km,平均云底高度约为1 km,平均0℃层高度约为3 km。云系云顶和0℃层呈南高北低的倾斜分布,河南南部的云顶和0℃层较高,而云底较低。云系存在明显的垂直分层结构,7 km以上为冰相云,3～7 km为冰水混合云,有不连续的无云区存在,水云在1～3 km之间。 降水过程中,河南省域的水汽流入主要是水平流入,而地表蒸发作用的贡献相对较小。模拟分析表明,水汽的水平收支状况与天气系统和风场的形势是紧密配合的。当河南处于槽前西南暖湿气流中时,水汽的水平流入率较大、流出率较小,整个区域为水汽辐合;当低槽移入河南境内时,水汽的水平流入率减小、流出率增大,整个区域表现为水汽辐散,降水逐渐减弱。河南南边和西边是此次降水过程水汽的主要水平流入边界,较强流入高度在3 km以下。东边和北边是水汽的主要水平流出边界,较强流出高度在1.5 km以下和2~5 km之间。相对于水汽的水平收支,水凝物的水平收支较少。 数值计算还表明,河南北部和南部的降水形成机理存在差异。固态水在北部和南部的分布相当,而液态水分布在北部较少、在南部较多,相应的过冷水分布也是南部较多。北部地区的雪和霰主要是凝华增长,其次是碰冻过冷水增长,雨水主要来自雪和霰的融化,为“播撒-供给”机制的混合云降水。南部地区上空的水汽凝结强烈,雪和霰主要是碰冻过冷水增长,其次是凝华增长,由于低层液态水非常丰富,雨水除了来自雪和霰的融化外,收集云水的贡献约占了一半,为“播撒-供给”机制和暖云机制的共同降水。 模拟的降水效率、凝结降水效率和凝华降水效率与过程降水实况的分布形势较为相似,都是河南南部较高、北部较低。河南北部地区的降水效率低于20%;南部地区一般在20%以上,信阳地区达到50%以上。河南北部的凝华降水效率高于凝结降水效率,而南部的凝结降水效率高于凝华降水效率,说明河南北部的冷云过程重要,而南部的暖云过程更为重要。