江淮地区夏季气溶胶和云的观测及模拟研究

摘要

利用飞机搭载气溶胶粒子探头和云粒子探头于2014年8月12日-28日对江淮地区气溶胶、云的空间分布特征进行了探测，结合气象数据和GPS资料，分析了气溶胶和云的垂直及水平空间分布特征，并探讨了两者之间的相互关系。 结合飞机观测资料，利用包含云滴活化清除气溶胶过程参数化方案的WRF(Weather Research and Forecasting Model)模式对该地区的云进行了数值模拟，给出云生消过程中宏微观参数的变化特征，并模拟云生成、发展过程中气溶胶数浓度的变化特征，探讨了气溶胶和云的相互关系。主要结论如下: (1)观测期间气溶胶平均数浓度为481±199cm-3，大多数气溶胶粒子集中分布在1km高度以下，气溶胶数浓度随高度减小。云滴数浓度平均值在24-297cm-3，云滴液态含水量平均值为0.04-0.13 gm-3。低云云滴数浓度高，粒径较小，液态含水量偏高，中云则相反，云粒子随高度升高浓度减小、粒径增大、液态含水量减少。云底高度2000m以下的层状云对云内气溶胶有明显的清除作用，云体在发展阶段对气溶胶的清除效果大于成熟和消散阶段，以此推测云对气溶胶的清除过程以云滴活化过程为主。 (2)利用WRF模式对2014年8月28日一次层状暖云过程进行模拟，采用的参数化方案为包含了云滴活化及碰并清除气溶胶过程的Thompson方案。模拟的雷达回波、降水量分布以及云微物理参量垂直分布均与观测结果有良好对应。模拟结果显示08:00安徽西部地区1000m以下有一范围较广的雨层云覆盖，云滴数浓度在安徽西北和西部分别有两个峰值中心呈南北排列，云滴液态含水量分布与云滴数浓度分布区域重合。雨层云在1-1.5h完成由发展阶段到成熟阶段的转化，由成熟阶段到完全消散需要经历3h以上。08:00云顶高度在1.1km左右，云底高度大约为0.1km，云体厚度由西向东增厚。发展过程中云顶逐渐升高，云底高度有小幅上升，云滴数浓度峰值中心在0.8km以下。02:00-20:00期间发生了两次云发展过程，气溶胶数浓度减小的斜率均在云层两次发展过程中最大，其余期间斜率均较小，说明云滴活化过程会清除大量气溶胶粒子。 (3)改变初始气溶胶数浓度，分别增加气溶胶粒子数浓度到参照实验300cm-3的5倍、10倍和20倍，对同一个云个例进行敏感性试验模拟。敏感性试验模拟得到的云滴数浓度整体高于参照试验，模拟区域北部云层覆盖范围没有改变，云滴数浓度高值中心浓度增加一倍，云滴数浓度峰值中心位置没有发生改变。模拟区域南部云层覆盖范围有所扩大，同时云滴数浓度增加。增加云凝结核(CCN)浓度，云体中心部位云滴液态含水量有所增加，继续增加CCN浓度，液态含水量中心数值保持不变。增加CCN浓度导致1km以下云滴数浓度增加，数浓度为50cm-3云滴范围所在高度由0.5km升高到大约0.7km，且范围扩大;不同高度云滴液态含水量改变不同，低层液态含水量增加，高层有所减少。增加CCN浓度促进云的第二次发展更加旺盛，说明充足的CCN有利于云体发展，会增加云的发展高度。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1研究目的及意义

1．2国内外研究进展

1．3研究内容

参考文献

第二章外场观测与数值模式介绍

2．1观测设计

2．2中尺度数值模式WRF介绍

参考文献

第三章气溶胶和云的空间分布特征及其相互关系

3．1引言

3．2气溶胶微物理特征的统计分析

3．3气溶胶的空间分布特征

3．4层状云的空间分布特征

3．5气溶胶和云的相互关系

3．6小结

参考文献

第四章层状云宏微观特征及其对气溶胶清除过程的模拟研究

4．1引言

4．2模式设置

4．3模拟结果验证

4．4云发展期间微物理特征分析

4．5云对气溶胶的清除过程分析

4．6小结

参考文献

第五章气溶胶作为云凝结核对层状云的影响

5．1引言

5．2试验设计

5．3结果分析

5．4小结

参考文献

第六章总结和展望

6．1主要结论

6．2本文特色及创新之处

6．3存在的不足与展望

个人履历

致谢