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MM5中新显式云物理方案的建立和数值模拟

赵震  
【摘要】: MM5中的Reisner 2方案是一种含霰的复杂混合相显式云物理方案,该方案包含了云水、雨水、冰晶、雪和霰的混合比预报方程,同时对冰晶的数浓度作了预报。该方案将雪的M—P分布谱参数截距N_(OS)表达为雪的比含水量的函数,建立了N_(OS)的诊断预报方程。该方案采用的是单变参数方案,降水物粒子的谱分布一律是M—P分布。从本质上说,该方案预报的仅仅是粒子的比含水量。 在MM5动力框架内,在其中的Reisner 2方案基础上采用双变参数方案,增加了云水、雨水、雪和霰的数浓度预报方程。除了对初始自动转化形成降水的作用外,云滴数浓度的预报对云化学和辐射传输有特别重要的意义。对降水物粒子引入Γ分布谱函数,采用了与之相适应的微物理过程计算公式。 云中凝结核CCN的数浓度采用超几何函数表示;云水向雨水的自动转换过程采用Grabowski(1999)的公式,考虑了云滴谱的特征和发展变化对该过程的影响,而不是采用原方案给定阈值的方法描述该过程;对连续碰并方程不再将粒子落速差作为常量提出积分号外,而是直接作为粒子直径函数在积分号内求解,这样处理可以回避使用粒子群的平均落速带来的误差;增加了霰和雪、霰和冰晶的碰并微物理过程。通过增加新预报量的计算和输出程序,在MM5显式方案中新增加了一个可选方案,以下称之为新方案。 利用新方案模拟了一次层状云降水过程,新旧方案降水模拟结果的对比表明新方案的降水预报效果有所改进。模拟给出了云的合理微观结构,揭示了层状云的一些特征,增强了MM5研究微观云物理的能力;通过单站微物理过程分析,揭示了降水过程的可能形成机制。说明新方案可以为层状云的宏微观结构特征、降水物理过程和人工影响研究提供一定依据。


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