气溶胶对云和降水影响的数值模拟研究

【摘要】：研究表明,气溶胶可以作为云凝结核和冰核改变云和降水的发展,从而改变云和降水的全球分布。为了更好地理解气溶胶对云和降水的影响,本文利用耦合Morrision双参数微物理方案的WRF中尺度数值模式,对2007年6月13日发生在山西地区的一次强降水过程进行模拟,讨论气溶胶对云的微观特征及降水发展造成的影响。 首先,对清洁和污染背景下气溶胶对云微物理结构和降水变化的影响进行了敏感性试验和对比分析。结果显示：污染背景下,降水区域没有明显变化,中心强度变强,网格平均降水量比清洁背景少0.8%；雪和霰是雨水的主要来源,高浓度气溶胶背景下,前期暖云降水减弱,后期大量雪粒子与云中云滴和雨滴碰并增长,造成后期降水增强。 其次,对有巨凝结核(GCCN)作用下气溶胶对云微物理结构和降水变化的影响进行了敏感性试验和对比分析。结果显示：总降水量增加并不是很明显,加入GCCN后,有利于大云滴的形成,云滴向雨滴自动转化作用增强,有更多的云水较早形成雨滴和霰,造成后期降水减少,而没有考虑GCCN的情况下降水特征则相反,前期云水自动转化较慢,大量云水存在云中,与高层的冰雪晶碰冻增长,此时霰粒子尺度也相对较小,造成前期降水减少。在降水的后期,经过长时间增长的霰粒子和雪粒子下落融化成雨水,使得后期的降水增加。 最后,研究了沙尘作为巨凝结核和冰核(IN)在典型大陆和污染大陆背景下对云和降水的影响。在清洁背景下,沙尘气溶胶作为GCCN和IN使降水中心峰值降低,GCCN的存在增加云中凝结核数,促进云中水汽凝结,略微增加整体降水量。当沙尘气溶胶作为有效冰核参与云的发展时,冰核浓度增加使水成物有效半径减小,在一定程度上抑制巨核的影响,从而减少降水。随着大气中背景气溶胶浓度的增加,沙尘粒子通过提高大气中的巨核浓度,前期降水量增加。当考虑沙尘气溶胶作为有效冰核时,冰核浓度增加使冰相粒子有效半径减少,减少地面降水。