祁连山夏季云系结构和人工催化的个例模拟研究

【摘要】： 本文在GRAPES(Global Regional Assimilation Prediction Enhance System)模式动力框架内,以胡志晋和刘奇俊云物理方案为基础,研制并耦合了一个新的混合相双参数显式云物理方案,利用包含了新云物理方案的GRAPES模式,对祁连山地区夏季两次山区云降水过程进行了数值模拟,并结合FY-2卫星云图、天气图、地面降水资料和雷达资料等进行对比分析,研究了祁连山地区夏季云系的发展演变过程以及宏微观特征。 整体而言,耦合有新双参数方案的GRAPES模式能够较好的模拟夏季祁连山地区云降水过程。降水区域和降水强度与实况比较吻合,模拟的云系发展演变过程与卫星和雷达观测相符。模拟的结果表明双参数方案的耦合是成功的,研制的新云降水方案在云系结构和人工增雨研究方面具有明显优势。 研究表明,夏季祁连山地区云系主要由位于西部的层云和位于东部的积云这两种性质的云组成。在祁连山地区的西部,层云主要是由于西南气流在经过祁连山地区受地形影响抬升,水汽凝结形成。云中,冰晶、云水、雪、霰和雨水分层明显,冰晶和云水处于高层,雪和霰处于中层,雨水处于低层。在祁连山地区的东部,积云主要是西南气流受副热带高压影响发生偏转,产生风向切变,水汽堆积凝结形成。云中,云水分布范围较广,各微物理量在云中分层不明显,液水层与冰层混合在一起。文中还根据数值模拟的个例研究结果,提出了夏季祁连山地区云降水系统形成的概念模型。 本文在对祁连山地区云降水结构研究的基础上,对山区积云还进行了人工催化模拟试验,研究在云的不同阶段和不同位置播撒冰晶对云降水和宏微观特征影响以及热动力反馈。结果表明,在积云的初始阶段播撒,增雨范围较大,增雨中心区在播撒区下风向,没有出现明显的减雨区;在云的发展阶段播撒,增雨范围较小,增雨中心区在播撒区附近,在播撒区左侧上风向地区有一定的减雨区出现。在500hPa播撒最大增雨效率为10﹪左右,在400hPa播撒最大增雨效率为5﹪左右,主要是由于在500hPa播撒后,云水消耗产生较多的霰粒子,同时500hPa离0℃层很近,霰粒子能够较快的融化,提高了降水效率,使得增雨效果明显。