云凝结核对南京地区冰雹天气影响的数值模拟研究

摘要

本文采用中尺度数值模式(WRF V3.7.1)，对发生在南京地区的一次冰雹强对流过程进行了综合分析和数值模拟，根据实际观测资料开展了云凝结核(CCN)浓度对此次冰雹云过程影响的敏感性试验，并进一步引入CCN的垂直分布，通过分析强对流过程的宏微观特征、水凝物粒子垂直分布演变探究了云凝结核对强对流过程演变规律和降水机制的影响。结果表明: 在东北冷涡的影响下，由于冷涡与槽线随高度的倾斜，南京地区高空与底层分别受到北方干冷气流和南方暖湿气流的影响，致使空气层结处于不稳定状态。同时，低空西南气流在带来水汽的同时，与地面冷锋影响下的冷空气汇合，形成上升气流辐合区，触发了对流过程的产生，并在不稳定层结的影响下不断发展演变，促使了此次冰雹过程的产生。 利用包含了CCN和霰雹密度预报的NSSL方案模拟了一次发生于江苏地区的强冰雹过程，分别将CCN初始浓度设置为默认值500m-3、南京地区观测值4000m-3以及试验值10000m-3，对模拟得到的云微物理结构特征进行分析。CCN设定为观测值4000m-3的模拟结果更加符合实际情况，低CCN浓度使降水集中在此次过程前期且降雹很少，高浓度CCN使得冰雹落区较为分散且降雹更偏向过程的中后期。CCN初始浓度的不同对于本次强对流过程的暖云和冰云过程有着截然不同的影响:较大的CCN初始浓度不利于暖云过程，抑制了初期雨水产生，阻碍了强对流过程的初期发展，但是有利于雪与冰晶的产生并释放更多的潜热，使得冰雹云单体的对流强度得到加强，更有利于地面降雹的产生，冰雹云单体的发展更持久。同时，CCN浓度的增大会使得霰粒子的平均密度减小，对冰雹密度的影响不大。 考虑CCN浓度随高度的演变特征后，模拟结果与增大CCN整体浓度的结果相似，促进了云滴的产生，抑制了雨水的增长，使地面降水和降雹减少，大气底层(0～2km)的CCN浓度起着相对主要的作用。云滴粒子的数量和质量都明显增加，使雨滴数量增多但抑制了雨滴的碰并增长，间接使得冰晶和雪的含水量中心高度发生了变化，并进一步抑制了冰雹和霰的产生。

目录

声明

摘要

第一章前言

1．1研究目的及意义

1．2国内外研究进展

1．2．1数值模式

1．2．2云微物理方案

1．2．3云凝结核及其对降水过程影响的研究进展

1．3本文研究内容

第二章模式及模拟方案介绍

2．1数值模式

2．1．1 WRF模式

2．1．2云物理方案介绍

2．1．3 NSSL 2-mom+ccn方案

2．2资料介绍和模拟方案设计

2．2．1资料介绍

2．2．2模拟方案设计

2．3模式试验设计

2．3．1云凝结核的相关公式

2．3．2云凝结核的浓度设置

第三章南京地区一次强对流冰雹云过程的数值模拟

3．1个例介绍和天气过程分析

3．1．2天气形势

3．2对流发生条件分析

3．2．1低空风场

3．2．2水汽条件

3．2．3条件不稳定层结

第四章CCN浓度变化对强对流过程的影响

4．1雷达回波与降水分析

4．2水凝物粒子演变特征分析

4．3云微物理结构垂直分布

4．4本章小结

第五章CCN垂直分布对强对流过程的影响

5．1雷达回波与降水分析

5．2水凝物粒子演变特征分析

5．3水凝物粒子垂直分布演变分析

5．4本章小结

第六章总结与展望

6．1结论

6．2本文特色

6．3研究展望

参考文献

个人简介

致谢