云凝结核浓度对模拟强降水过程的影响:不同云微物理参数化方案的对比研究

摘要

云凝结核(CCN)对大气环境的作用日益受到人们的重视。以往关于CCN的研究多为对气候方面影响的研究,现在更多的研究关注CCN对强降水天气过程的影响。本研究采用WRF模式模拟了一次影响中国广东省的飑线强降水过程,分别选取Morrison、Thompson07、Thompson09和WDM6云微物理方案实施了四组试验,每组试验包括不同CCN浓度的三次模拟(“低浓度”、“中浓度”和“高浓度”试验)。将模拟区域划分为深对流、浅对流和层云区域,对比分析四组试验中CCN浓度变化对模拟的总降水量、不同区域降水率以及不同区域面积的影响,进一步对比分析四组模拟试验中云微物理过程、动力环流强度等受CCN浓度变化的影响。主要结论：⑴采用不同云微物理方案模拟的CCN-降水影响既有相似又有不同,因为是不同云微物理过程与CCN浓度有着直接或间接的联系、不同云微物理过程之间有着复杂的关联、云微物理过程与动力环流之间存在非线性耦合,而不同方案之间在水凝物谱分布的参数设置、表达各个过程的细节方面存在差别。⑵采用Thompson07和Thompson09方案时CCN-降水影响更加显著,采用WDM6方案的影响最小,这种差别与模拟的CCN浓度对动力环流强度的影响相符。⑶四组模拟均出现CCN浓度增加延迟降水产生、初期降水减弱的情况,在模拟后期降水量也随着CCN浓度增加而减小,而飑线成熟阶段CCN-降水影响更加复杂,这与此阶段冰相过程的作用较强有关。⑷所有模拟试验中浅对流区域的降水量比深对流和层云区域的降水量小3个量级,但是浅对流区域的面积比其他两个区域大,模拟时段内其面积最大时占了总面积的40％以上；四组模拟试验均表现出浅对流区域面积在整个模拟时间段内均随着CCN浓度增加而增加的特点,因为是浅对流区域的降水过程受暖雨过程控制,而CCN浓度增加抑制了云滴向雨滴的转化过程。⑸所有四组试验中层云区域初期降水均受CCN浓度增加的抑制,层云区域面积在整个模拟时间段内随着CCN浓度增加而减小,这也是由于CCN浓度增加导致暖雨过程减弱。

目录

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第一章 引言

1.1 云凝结核对云和气候系统的影响

1.2 基于观测实验研究云凝结核对强降水过程的影响

1.3 数值模拟试验研究云凝结核对强降水过程的影响

1.3.1 模式中云凝结核核化过程的参数化方法

1.3.2 描述CCN活化形成云滴的方法

1.3.3 数值模拟研究的结论

1.4 本文的主要工作

1.4.1 本论文的研究目的和意义

1.4.2 本论文的主要研究内容及创新点

第二章 模拟设计与分析方法

2.1 WRF模式简介

2.1.1 云微物理参数化方案

2.1.2 积云对流参数化方案

2.1.3 模式的其他方案

2.2 资料介绍

2.3 模拟个例介绍

2.4 模拟设计方案

2.4.1 模式构建与模拟设计

2.4.2 模式方案内部云微物理过程介绍

2.5 分析方法

第三章 模拟降水和降水区域面积分析

3.1 区域平均降水强度

3.1.1 地面累积降水的区域平均

3.1.2 地面降水区域平均的时间演变

3.1.3 小结

3.2 深对流、浅对流和层云区域平均降水量和面积变化

3.2.1 深对流和层云区域平均降水量分析

3.2.2 深对流、浅对流和层云区域面积分析

3.2.3 小结

第四章 云微物理过程分析

4.1 深对流区域结果

4.2 层云区域结果

4.3 浅对流区域结果

4.4 小结

第五章 结论与讨论

5.1 结论

5.2 讨论

致谢

参考文献

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