云滴浓度及云雨自动转化对强对流降水影响的数值模拟

摘要

云滴数浓度及云滴向雨滴的自动转化会影响混合相对流云中液、冰相水凝物粒子的形成及增长规律，从而对强对流降水的数值模拟及预报产生重要影响。本文针对江苏2013年7月5日梅雨期一次强对流天气过程，在WRF模式微物理方案中利用当地实际CCN活化谱参数计算云滴数浓度，进行云滴数浓度和云雨自动转化方案对强对流降水影响的模拟研究。
　　利用云凝结核(Cloud Condensation Nuclei，CCN)计数器，对2013年4～12月南京地区CCN进行观测，结果表明:对不同天气条件下CCN活化谱采用公式N=CSK拟合，霾天C值最高，为13085cm-3，雨后C值降至8054cm-3，属于大陆性核谱。CCN数浓度受到环境气象要素、天气状况、气溶胶源排放、气溶胶理化性质等因素影响。南京地区气溶胶(Condensation Nuclei，CN)数浓度和CCN数浓度的拟合结果显示出较好的相关性。C值:冬季＞春季＞秋季＞夏季。
　　对江苏地区2013年7月5日强对流天气过程进行数值模拟。由当地实测CCN活化谱参数及CCN数浓度随高度指数递减规律得到云底C值约为4000cm-3。此次天气过程期间，高空出现东北冷涡并东移，低空南下的冷空气与西南暖湿气流在江淮地区交汇，850hPa上江淮地区出现切变线，是此次过程的主要天气系统。霰粒子和雹粒子的融化共同构成此次降水的重要来源。
　　对上述个例进行云滴浓度试验，结果表明，在高云滴浓度背景下，云滴浓度的增加将造成降水产生时间延后、总降水量减小;云滴浓度异常低时，降水发生时间较晚;高云滴浓度背景下，降水后期高空存留大量冰晶，利于雹粒子增长，导致降水后期雹粒子的融化为低层雨水提供了重要来源，后期降水增强。
　　分别采用Kessler、Ziegler、Ferrier方案对本次个例进行模拟，结果表明:Kessler方案模拟的前期降水量明显偏多。Ziegler方案与Ferrier方案中考虑了实际背景云滴浓度，在降水后期均由于高云滴浓度抑制前期降水，一部分冰晶粒子存留在云中，造成后期降水偏强。

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 气溶胶、云凝结核(CCN)、云滴数浓度对强对流降水的影响

1．2．2 云雨自动转化参数化方案研究

第二章 资料及模式介绍

2．1 观测仪器及资料介绍

2．1．1 观测仪器

2．1．2 观测点与数据处理

2．2 数值模式及资料介绍

2．2．1 数值模式介绍

2．2．2 数值模拟资料介绍

第三章 南京地区云凝结核的观测分析

3．1 不同天气条件下CCN活化谱特征

3．2 不同能见度下CCN活化谱特征

3．3 不同程度雾和霾天气CCN活化谱特征

3．4 CCN数浓度与环境因素的关系

3．4．1 气象要素对数浓度的影响

3．4．2 CN＼PM2．5对CCN数浓度的影响

3．5 不同季节CCN数浓度日变化特征

3．6 本章小结

第四章 江苏一次强对流天气的数值模拟

4．1 个例介绍与天气形势分析

4．1．1 个例介绍

4．1．2 天气形势

4．2 模拟方案设计

4．2．1 WRF模式方案设置

4．2．2 云滴浓度设置

4．3 模拟结果分析

4．3．1 雷达回波

4．3．2 降水

4．3．3 不稳定条件

4．3．4 水汽条件

4．3．5 动力抬升条件

4．3．6 强降水中心水成物粒子分布特征

4．5 本章小结

第五章 云滴浓度对强对流降水影响的数值试验

5．1 试验设计

5．2 模拟结果分析

5．2．1 云滴浓度对区域累积降水的影响

5．2．2 云滴浓度对南京地区单点降水的影响

5．2．3 云滴浓度对区域水成物粒子最大值演变的影响

5．2．4 强降水中心水成物粒子分布

5．3 本章小结

第六章 云雨自动转化对强对流降水影响的数值试验

6．1 试验设计

6．2 模拟结果分析

6．2．1 雷达回波

6．2．2 区域累积降水

6．2．3 南京单点降水

6．2．4 区域水成物粒子含量最大值

6．2．5 强降水中心水成物粒子分布

6．3 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 结论

7．2 本文特色

7．3 研究展望

参考文献

个人简介

致谢