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云对中国地区短期气候和辐射特征影响的个例模拟

章建成  
【摘要】:本文在中国气象科学研究院简化混合相云物理方案的基础上,研制和改进了GRAPES短期区域气候模式中的云降水物理显式方案。开展了2004年5月和2003年9月两个短期气候过程的模拟试验,并与部分实况进行了对比和分析,以检验耦合了本云降水物理方案的GRAPES模式对短期气候的模拟能力;其次,分析了暖云和混合相云降水物理方案两种方案模拟的降水、气温、云量等短期气候变量和大气层顶长短波辐射的差异;最后,重点研究了降水粒子的落速、云-降水自动转化、冰晶核化、过冷水冻结等微物理过程对模拟的短期气候、长短波辐射特征以及网格尺度云降水相变潜热释放的影响,并分析了可能的原因。得出了一些有意义的结果。 整体而言,GRAPES模式能较好的模拟我国5月中下旬华南前汛期盛期以及9月“华西秋雨”时期的气候特点。雨量、地表气温以及云量的分布与实况比较接近。模拟的我国中东部地区大气层顶辐射收支各分量的分布与NCEP再分析资料基本吻合。模拟结果表明云降水物理方案的耦合是成功的,研制的云降水物理方案能适用于短期气候的模拟。 不同云降水方案对短期气候影响的试验结果表明暖云方案和混合相云方案模拟的降水、地表气温、云量等有显著的差异。其差异是由于两种方案考虑的物理过程不同,云中水凝物的相态和分布不同造成的。暖云方案模拟的结果与实况相差较大,基本不能反映模拟时段的气候特点,不适合于短期气候的模拟。 不同云微物理过程对降水、温度、云量以及柱云(降)水量的影响是不同的。其中冰晶核化过程对降水影响最大,云水的冻结对雨量影响最小;微物理过程对地表气温的影响较小,影响的幅度在-0.2℃~0.2℃之间;降水粒子的落速对云量的影响最大,其次是冰晶的核化过程;微物理过程的变化对各层柱水量也有显著影响,三层中,以对中层的的影响最大,而对高层和低层的影响较小。 微物理过程影响模拟的云量、柱水总量以及云的微物理特性,而云量、柱水量等云的宏微观特征对地气系统辐射收支有直接影响,因此,对云量和柱水量影响较大的核化过程,降水粒子的落速对大气层顶的长短波辐射也有较大影响。


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